本發(fā)明涉及流體動力技術領域，特別是涉及一種風洞流場觀測系統(tǒng)。
背景技術：
風洞試驗是指在風洞中設置物體模型，比如飛行器，研究氣體流動及其與模型的相互作用，以了解實際物體的空氣動力學特性的一種空氣動力實驗方法。風洞試驗不僅在航空和航天工程的研究和發(fā)展中起著重要作用，而且在交通運輸、風能利用等方面得到更廣泛的應用。
流場觀測是指借助物理或者化學的等流場顯示手段，使高超聲速/超聲速風洞中無色透明的氣流成為可見氣流進行觀察、記錄和分析。利用流場觀測方法，能夠直接觀測到氣體流動的物理圖像，從而加深對氣體流動本質機理的認識并發(fā)現(xiàn)氣體流動中存在的問題。
現(xiàn)有技術中，高超聲速/超聲速風洞流場顯示方案中的一種主要方法是示蹤方法，通過在流場中添加物質，比如有色液體、粒子等，通過照相觀測添加物隨氣體流動的圖像，如平面納米粒子追蹤瑞利散射技術、油流和粒子測速技術等等。
盡管上述方案均能有效地獲得相應的流場結構，但也存在明顯不足。對于添加液體的傳統(tǒng)觀測方法，可能會影響氣體流場的結構，并且也無法從圖像中獲得三維流場結構；對于添加粒子的流場觀測方法，比如平面納米粒子追蹤瑞利散射技術、粒子測速技術等，只能獲得流場某一平面流場結構，也無法在一次試驗中獲得流場的三維結構。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種風洞流場觀測系統(tǒng)，能夠獲得風洞內流場的三維流場結構。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
一種風洞流場觀測系統(tǒng)，包括：
風洞裝置；
位移控制裝置，用于控制物體模型在所述風洞裝置內位置移動；
示蹤粒子產生裝置，用于向所述風洞裝置內添加示蹤粒子；
光源裝置，用于向所述風洞裝置內照射光；
攝像裝置，用于拍攝所述風洞裝置內的流場圖像；
圖像處理裝置，用于根據(jù)所述攝像裝置拍攝的一序列流場圖像以及所述位移控制裝置記錄的物體模型位置信息，構建三維流場結構圖像。
可選地，所述風洞裝置包括依次連通的穩(wěn)定段、噴管、試驗段和真空球；
所述示蹤粒子產生裝置設置在所述風洞裝置的所述穩(wěn)定段一端，所述物體模型放置在所述試驗段內。
可選地，所述示蹤粒子產生裝置用于產生高濕度空氣或者納米粒子。
可選地，所述光源裝置包括：
激光器，用于產生激光；
光傳導部，用于將所述激光器產生的激光引導，形成平面光照射到所述風洞裝置。
可選地，所述位移控制裝置具體用于控制所述物體模型沿水平方向移動或者沿豎直方向移動。
可選地，所述位移控制裝置還用于控制所述物體模型的移動速度。
可選地，還包括與所述示蹤粒子產生裝置、所述光源裝置、所述攝像裝置、所述位移控制裝置分別相連的、用于對各裝置在時間上進行同步控制的同步控制裝置。
可選地，包括多個所述攝像裝置，隨所述物體模型的位置移動由各所述攝像裝置輪流拍攝流場圖像。
可選地，所述攝像裝置包括ccd相機。
由上述技術方案可知，本發(fā)明所提供的風洞流場觀測系統(tǒng)，包括風洞裝置、位移控制裝置、示蹤粒子產生裝置、光源裝置、攝像裝置和圖像處理裝置。其中，由示蹤粒子產生裝置向風洞裝置內添加示蹤粒子，由光源裝置向風洞裝置內照射光，由攝像裝置拍攝風洞裝置內的流場圖像。
將物體模型置于風洞裝置中進行流場觀測時，通過位移控制裝置控制物體模型在風洞裝置內位置移動，由攝像裝置拍攝試驗過程中風洞裝置內的一序列流場圖像，圖像處理裝置根據(jù)拍攝的一序列流場圖像以及位移控制裝置記錄的物體模型位置信息，構建出三維流場結構圖像。因此，本發(fā)明風洞流場觀測系統(tǒng)，能夠獲得風洞內流場的三維流場結構。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實施例提供的一種風洞流場觀測系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。
本發(fā)明實施例提供的一種風洞流場觀測系統(tǒng)，包括：
風洞裝置；
位移控制裝置，用于控制物體模型在所述風洞裝置內位置移動；
示蹤粒子產生裝置，用于向所述風洞裝置內添加示蹤粒子；
光源裝置，用于向所述風洞裝置內照射光；
攝像裝置，用于拍攝所述風洞裝置內的流場圖像；
圖像處理裝置，用于根據(jù)所述攝像裝置拍攝的一序列流場圖像以及所述位移控制裝置記錄的物體模型位置信息，構建三維流場結構圖像。
本實施例風洞流場觀測系統(tǒng)中，由示蹤粒子產生裝置向風洞裝置內添加示蹤粒子，示蹤粒子隨風洞裝置內氣體流場移動；光源裝置向風洞裝置內照射光，具體為光源裝置向風洞裝置內發(fā)出平面光，由攝像裝置拍攝流場圖像。
在將物體模型置于風洞裝置中進行流場試驗過程中，通過位移控制裝置控制物體模型在風洞裝置內位置移動，隨物體模型位置移動，攝像裝置拍攝到試驗過程中風洞裝置內的一序列流場圖像，圖像處理裝置根據(jù)拍攝的一序列流場圖像以及位移控制裝置記錄的物體模型位置信息，構建出三維流場結構圖像。因此，本實施例風洞流場觀測系統(tǒng)，能夠獲得風洞內的三維流場結構。
下面結合附圖以及具體實施方式對本實施例風洞流場觀測系統(tǒng)進行詳細說明。
請參考圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種風洞流場觀測系統(tǒng)的示意圖。由圖可知，本實施例風洞流場觀測系統(tǒng)包括風洞裝置1、位移控制裝置2、示蹤粒子產生裝置3、光源裝置4、攝像裝置5和圖像處理裝置6。
示例性的，本實施例中風洞裝置1包括依次連通的穩(wěn)定段10、噴管11、試驗段12和真空球13。由真空球13形成負壓，控制在風洞裝置內形成氣體流場。所述物體模型放置在所述試驗段12內。所述示蹤粒子產生裝置3設置在所述風洞裝置的所述穩(wěn)定段10一端，通過風洞裝置穩(wěn)定段10向風洞裝置內添加示蹤粒子。
可選的，所述示蹤粒子產生裝置3可以產生高濕度空氣，以凝結的小液滴作為示蹤粒子；或者所述示蹤粒子產生裝置3可以產生納米粒子，或者也可以是其它類型的示蹤粒子。
光源裝置4用于向所述風洞裝置1內照射光，具體為向風洞裝置1內照射平面光。在發(fā)出照射光時相應由攝像裝置5拍攝在當前照射光下的流場圖像。
具體的，所述光源裝置4包括：激光器40，用于產生激光；光傳導部41，用于將所述激光器產生的激光引導，形成平面光照射到所述風洞裝置。光源裝置4產生的平面光在風洞裝置1的照射位置固定，照射在風洞裝置1的試驗段處。
位移控制裝置2用于控制物體模型在所述風洞裝置1內位置移動，在將物體模型置于風洞裝置內進行流場試驗過程中，照射光位置與攝像裝置的位置固定，由位移控制裝置2控制物體模型位置移動，隨物體模型位置移動，攝像裝置拍攝到一序列不同位置且連續(xù)的流場圖像。
具體的，位移控制裝置2具體用于控制所述物體模型沿水平方向移動或者沿豎直方向移動。在流場試驗過程中，由位移控制裝置2控制物體模型連續(xù)地沿水平方向移動、豎直方向移動，拍攝獲得物體模型在移動過程中風洞裝置內的一序列瞬時流場圖像。
位移控制裝置2控制物體模型以預設速度沿水平方向或者豎直方向移動，位移控制裝置2可控制物體模型的移動速度，來控制在一定移動距離內拍攝到的流場圖像數(shù)量，能夠調整所構建的三維流場圖像的分辨率。比如，減小物體模型的位置移動速度，在相同移動距離內拍攝到的流場圖像數(shù)量增多，可提高所構建的三維流場圖像的分辨率。
進一步的，本實施例風洞流場觀測系統(tǒng)還包括與所述示蹤粒子產生裝置3、所述光源裝置4、所述攝像裝置5、所述位移控制裝置2分別相連的、用于對各裝置在時間上進行同步控制的同步控制裝置7。
通過同步控制裝置7控制各裝置的動作，比如，在將物體模型置于風洞裝置后，系統(tǒng)開啟運行，同步控制裝置7控制示蹤粒子產生裝置3向風洞裝置1內釋放示蹤粒子，一段時間(待風洞裝置內流場穩(wěn)定)后，同步控制裝置7控制光源裝置4發(fā)出平面光照射到風洞裝置，同時控制攝像裝置5拍攝圖像，在試驗過程中同步控制裝置7控制位移控制裝置2，通過位移控制裝置2控制物體模型移動，拍攝到試驗過程中隨物體模型移動的一序列流場圖像。
優(yōu)選的，可設置多個攝像裝置5?？紤]到攝像裝置的傳輸速率，隨物體模型位置移動，可控制由多個攝像裝置5輪流拍攝風洞裝置內的流場圖像，由各攝像裝置拍攝的流場圖像傳輸?shù)綀D像處理裝置6，有助于提高所構建的三維流場圖像的精確性。通過拓展攝像裝置的數(shù)量，可以對風洞裝置試驗段全局流場進行重構。由多個攝像裝置5進行輪流拍攝圖像，可通過同步控制裝置7進行控制。
攝像裝置5拍攝的流場圖像傳輸給圖像處理裝置6，所述圖像處理裝置6用于根據(jù)所述攝像裝置5拍攝的一序列流場圖像以及所述位移控制裝置記錄的物體模型位置信息，構建三維流場結構圖像。
可選的，攝像裝置5可以是ccd相機。
本實施例風洞流場觀測系統(tǒng)，采用非接觸性流場顯示技術，通用性較好，能廣泛拓展應用于各類型的高超聲速/超聲速風洞流場觀測，比如自由射流風洞、直流式連續(xù)風洞等，且本系統(tǒng)操作簡便，易于控制，有廣泛的應用價值。并且，本風洞流場觀測系統(tǒng)可在一次試驗中獲得帶位置信息的一序列流場圖像，進而實現(xiàn)對各種復雜試驗模型三維流場結構的有效重構，特別適用于三維效應明顯的流場研究。
以上對本發(fā)明所提供的一種風洞流場觀測系統(tǒng)進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內。