【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及航空，尤其涉及航空領(lǐng)域中的風洞技術(shù)，特別涉及一種用于高速風洞模型的附面層流場測量方法及裝置。
技術(shù)介紹
1、在高速飛行中，附面層對空氣動力特性有著重要影響。附面層的厚度和狀態(tài)（層流或湍流）會影響表面的摩擦阻力、壓力分布和升力。理解附面層現(xiàn)象對于優(yōu)化飛行器設(shè)計、提高氣動效率、減少阻力至關(guān)重要。例如，在超音速和高超音速條件下，附面層中的空氣流動產(chǎn)生高熱量，可能對飛行器表面材料產(chǎn)生損害。研究附面層的熱效應(yīng)可以幫助設(shè)計有效的冷卻系統(tǒng)以及選擇耐熱材料。另外，附面層的狀態(tài)決定了流動是否會分離。流動分離往往會導致失速、飛行器穩(wěn)定性下降等問題。通過研究附面層，可以找到有效的流動控制方法，防止分離或者減少分離的負面影響。附面層的湍流特性也會影響飛行器的振動和噪聲，特別是對高速飛行器，這一點尤其重要。研究附面層有助于降低飛行器在飛行過程中產(chǎn)生的噪音，提高舒適性并減少環(huán)境影響。
2、對附面層流場的研究通常依賴于高速風洞，通常是將飛機模型或其部件，例如機身、機翼等固定在高速風洞中，通過施加人工氣流流過飛機模型或其部件，以此模擬空中各種復雜的飛行狀態(tài)，獲取附面層的試驗數(shù)據(jù)。由于附面層的形成和發(fā)展是一個復雜的非線性問題，尤其在高速條件下，涉及湍流、壓力梯度、熱效應(yīng)等多種因素，難以用簡單模型精確描述。因此，在高速風洞實驗中，除了需要風洞具備精確模擬真實的溫度、壓力、速度等邊界條件之外，還需要精確的測量手段，對邊界層的厚度、速度場和溫度場進行精確測量。現(xiàn)有技術(shù)中，常采用激光流速儀（piv）和紅外成像技術(shù)測量風洞中的整體流場，但是存在成
3、申請人之前的研究中提出了一種用于風洞的三坐標移動測試裝置，其申請公布號為cn?102607795?a。在該研究中，申請人提出的方案包括x軸移動機構(gòu)、y軸移動機構(gòu)和z軸移動機構(gòu)，三軸移動機構(gòu)可以相互垂直移動，用于測量流場參數(shù)的探針安裝在x軸移動機構(gòu)上。該測量裝置的正面迎風結(jié)構(gòu)橫跨整個風洞，對風洞的阻塞度很大，y軸和z軸均需要兩套機構(gòu)進行端部支撐，很難精確的同步運動，三軸移動機構(gòu)的運轉(zhuǎn)部件全部裸露在風洞流場中，嚴重影響風洞模擬真實的溫度、壓力、速度等邊界條件的精確度。另外，該測量裝置的三軸移動機構(gòu)缺乏移動約束機構(gòu)，特別是難以對模型的外表面變化產(chǎn)生動態(tài)響應(yīng)，測量探針無法在附面層厚度范圍內(nèi)精確移動，因而難以勝任附面層流場的動態(tài)精確測量。該測量裝置也沒有對應(yīng)于復雜外形的模型表面附面層的測量方法，無法實現(xiàn)高速條件下對附面層流場的精確測量。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種用于高速風洞模型的附面層流場測量方法及裝置，以減少或避免前面所提到的問題。
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提出了一種用于高速風洞模型的附面層流場的測量方法，其中，所述方法包括如下步驟：將附面層流場測量裝置設(shè)置到高速風洞中；所述測量裝置包括豎向移動機構(gòu)、橫向移動機構(gòu)以及軸向移動機構(gòu)；軸向移動機構(gòu)具有一根可沿其長度方向伸縮的測量軸，測量軸的末端設(shè)置有用于測量附面層參數(shù)的探針以及高度檢測儀；將需要測量的模型的理論輪廓高度l輸入所述測量裝置；操縱測量裝置使所述探針沿理論輪廓高度l加上高度h的安全高度移動一遍，同時利用高度檢測儀檢測探針距離模型的實際高度h，以l+h-h作為模型的實際輪廓高度p存入所述測量裝置；啟動高速風洞，使探針移動到模型的實際輪廓高度p加上要檢測的附面層高度值t的位置測量附面層的參數(shù)，同時利用高度檢測儀實時檢測探針的動態(tài)高度并反饋給測量裝置，測量裝置根據(jù)測量獲得的動態(tài)高度對探針的高度進行修正。
3、優(yōu)選地，所述測量方法進一步包括如下步驟：使探針沿著所述安全高度移動到要測量的位置的上方，然后利用高度檢測儀檢測探距離模型的高度，操縱測量裝置使探針降低到距離模型高度為t的位置；測量完成之后，再使探針升高到安全高度移動到下一個要測量的位置的上方，重復上述步驟進行測量。
4、本專利技術(shù)還提出了一種用于上述測量方法的附面層流場測量裝置，包括豎向移動機構(gòu)、橫向移動機構(gòu)以及軸向移動機構(gòu)；所述豎向移動機構(gòu)連接在風洞中的支撐臂上；所述橫向移動機構(gòu)支撐在豎向移動機構(gòu)上并可在豎向移動機構(gòu)上橫向移動；所述軸向移動機構(gòu)支撐在橫向移動機構(gòu)上并可在橫向移動機構(gòu)上沿其長度方向伸縮移動；其中，所述軸向移動機構(gòu)具有一根可沿其長度方向伸縮的測量軸，測量軸的末端設(shè)置有用于測量附面層參數(shù)的探針以及高度檢測儀。
5、優(yōu)選地，所述豎向移動機構(gòu)包括一根電機驅(qū)動的豎向滾動絲杠以及兩根直角朝向布置的豎向?qū)к墸凰鰴M向移動機構(gòu)上固定連接有一個與所述豎向滾動絲杠配合的豎向絲杠螺母，所述豎向絲杠螺母可隨著所述豎向滾動絲杠的轉(zhuǎn)動而沿其上下移動；所述橫向移動機構(gòu)上固定連接有兩組與所述豎向?qū)к壟浜系呢Q向?qū)к壔瑝K。
6、優(yōu)選地，所述豎向移動機構(gòu)上固定設(shè)置有豎向磁條，所述橫向移動機構(gòu)上固定設(shè)置有檢測所述豎向磁條的豎向磁柵尺讀數(shù)頭。
7、優(yōu)選地，所述橫向移動機構(gòu)包括一根電機驅(qū)動的橫向滾動絲杠以及兩根水平設(shè)置的橫向?qū)к墸凰鲚S向移動機構(gòu)上固定連接有一個與所述橫向滾動絲杠配合的橫向絲杠螺母，所述橫向絲杠螺母可隨著所述橫向滾動絲杠的轉(zhuǎn)動而沿其左右移動；所述軸向移動機構(gòu)上固定連接有兩根與所述橫向?qū)к壟浜系臋M向?qū)к壔瑝K。
8、優(yōu)選地，所述橫向移動機構(gòu)上固定設(shè)置有橫向磁條，所述軸向移動機構(gòu)上固定設(shè)置有檢測所述橫向磁條的橫向磁柵尺讀數(shù)頭。
9、優(yōu)選地，所述軸向移動機構(gòu)包括一根電機驅(qū)動的軸向滾動絲杠，軸向滾動絲杠上設(shè)置有一個可隨軸向滾動絲杠的轉(zhuǎn)動而沿其前后移動的軸向絲杠螺母；環(huán)繞所述軸向滾動絲杠布置有多個導向桿，所述導向桿穿設(shè)在一個與所述軸向絲杠螺母固定連接的導向板的導向孔中；所述測量軸與導向板固定連接。
10、優(yōu)選地，所述導向桿的外側(cè)設(shè)置有整流導向筒，所述整流導向筒的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有多個導向槽，所述導向板具有與所述導向槽配合的凸起。
11、優(yōu)選地，所述軸向移動機構(gòu)的整流導向筒的內(nèi)側(cè)壁固定設(shè)置有軸向磁條，所述導向板上固定設(shè)置有檢測所述軸向磁條的軸向磁柵尺讀數(shù)頭。
12、本專利技術(shù)通過高度檢測儀測量的靜態(tài)輪廓為參考，在靜態(tài)輪廓的基礎(chǔ)上給探針增加一個安全高度，然后在風洞運轉(zhuǎn)之后，通過高度檢測儀實時檢測的輪廓，調(diào)整測量裝置的位置，可以控制探針的精確移動，同時避免探針與模型發(fā)生碰撞。
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1.一種用于高速風洞模型的附面層流場的測量方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：將附面層流場測量裝置設(shè)置到高速風洞中；所述測量裝置包括豎向移動機構(gòu)、橫向移動機構(gòu)以及軸向移動機構(gòu)；軸向移動機構(gòu)具有一根可沿其長度方向伸縮的測量軸，測量軸的末端設(shè)置有用于測量附面層參數(shù)的探針以及高度檢測儀；將需要測量的模型的理論輪廓高度L輸入所述測量裝置；操縱測量裝置使所述探針沿理論輪廓高度L加上高度h的安全高度移動一遍，同時利用高度檢測儀檢測探針距離模型的實際高度H，以L+h-H作為模型的實際輪廓高度P存入所述測量裝置；啟動高速風洞，使探針移動到模型的實際輪廓高度P加上要檢測的附面層高度值t的位置測量附面層的參數(shù)，同時利用高度檢測儀實時檢測探針的動態(tài)高度并反饋給測量裝置，測量裝置根據(jù)測量獲得的動態(tài)高度對探針的高度進行修正。
2.如權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于，進一步包括如下步驟：使探針沿著所述安全高度移動到要測量的位置的上方，然后利用高度檢測儀檢測探距離模型的高度，操縱測量裝置使探針降低到距離模型高度為t的位置；測量完成之后，再使探針升高到安全高度移動到下一個要測量的位置的上方，
3.一種用于權(quán)利要求1或2的測量方法的附面層流場測量裝置，包括豎向移動機構(gòu)、橫向移動機構(gòu)以及軸向移動機構(gòu)；所述豎向移動機構(gòu)連接在風洞中的支撐臂上；所述橫向移動機構(gòu)支撐在豎向移動機構(gòu)上并可在豎向移動機構(gòu)上橫向移動；所述軸向移動機構(gòu)支撐在橫向移動機構(gòu)上并可在橫向移動機構(gòu)上沿其長度方向伸縮移動；其特征在于，所述軸向移動機構(gòu)具有一根可沿其長度方向伸縮的測量軸，測量軸的末端設(shè)置有用于測量附面層參數(shù)的探針以及高度檢測儀。
4.如權(quán)利要求3所述的測量裝置，其特征在于，所述豎向移動機構(gòu)包括一根電機驅(qū)動的豎向滾動絲杠以及兩根直角朝向布置的豎向?qū)к墸凰鰴M向移動機構(gòu)上固定連接有一個與所述豎向滾動絲杠配合的豎向絲杠螺母，所述豎向絲杠螺母可隨著所述豎向滾動絲杠的轉(zhuǎn)動而沿其上下移動；所述橫向移動機構(gòu)上固定連接有兩組與所述豎向?qū)к壟浜系呢Q向?qū)к壔瑝K。
5.如權(quán)利要求4所述的測量裝置，其特征在于，所述豎向移動機構(gòu)上固定設(shè)置有豎向磁條，所述橫向移動機構(gòu)上固定設(shè)置有檢測所述豎向磁條的豎向磁柵尺讀數(shù)頭。
6.如權(quán)利要求3所述的測量裝置，其特征在于，所述橫向移動機構(gòu)包括一根電機驅(qū)動的橫向滾動絲杠以及兩根水平設(shè)置的橫向?qū)к墸凰鲚S向移動機構(gòu)上固定連接有一個與所述橫向滾動絲杠配合的橫向絲杠螺母，所述橫向絲杠螺母可隨著所述橫向滾動絲杠的轉(zhuǎn)動而沿其左右移動；所述軸向移動機構(gòu)上固定連接有兩根與所述橫向?qū)к壟浜系臋M向?qū)к壔瑝K。
7.如權(quán)利要求6所述的測量裝置，其特征在于，所述橫向移動機構(gòu)上固定設(shè)置有橫向磁條，所述軸向移動機構(gòu)上固定設(shè)置有檢測所述橫向磁條的橫向磁柵尺讀數(shù)頭。
8.如權(quán)利要求3所述的測量裝置，其特征在于，所述軸向移動機構(gòu)包括一根電機驅(qū)動的軸向滾動絲杠，軸向滾動絲杠上設(shè)置有一個可隨軸向滾動絲杠的轉(zhuǎn)動而沿其前后移動的軸向絲杠螺母；環(huán)繞所述軸向滾動絲杠布置有多個導向桿，所述導向桿穿設(shè)在一個與所述軸向絲杠螺母固定連接的導向板的導向孔中；所述測量軸與導向板固定連接。
9.如權(quán)利要求8所述的測量裝置，其特征在于，所述導向桿的外側(cè)設(shè)置有整流導向筒，所述整流導向筒的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有多個導向槽，所述導向板具有與所述導向槽配合的凸起。
10.如權(quán)利要求9所述的測量裝置，其特征在于，所述軸向移動機構(gòu)的整流導向筒的內(nèi)側(cè)壁固定設(shè)置有軸向磁條，所述導向板上固定設(shè)置有檢測所述軸向磁條的軸向磁柵尺讀數(shù)頭。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于高速風洞模型的附面層流場的測量方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：將附面層流場測量裝置設(shè)置到高速風洞中；所述測量裝置包括豎向移動機構(gòu)、橫向移動機構(gòu)以及軸向移動機構(gòu)；軸向移動機構(gòu)具有一根可沿其長度方向伸縮的測量軸，測量軸的末端設(shè)置有用于測量附面層參數(shù)的探針以及高度檢測儀；將需要測量的模型的理論輪廓高度l輸入所述測量裝置；操縱測量裝置使所述探針沿理論輪廓高度l加上高度h的安全高度移動一遍，同時利用高度檢測儀檢測探針距離模型的實際高度h，以l+h-h作為模型的實際輪廓高度p存入所述測量裝置；啟動高速風洞，使探針移動到模型的實際輪廓高度p加上要檢測的附面層高度值t的位置測量附面層的參數(shù)，同時利用高度檢測儀實時檢測探針的動態(tài)高度并反饋給測量裝置，測量裝置根據(jù)測量獲得的動態(tài)高度對探針的高度進行修正。
2.如權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于，進一步包括如下步驟：使探針沿著所述安全高度移動到要測量的位置的上方，然后利用高度檢測儀檢測探距離模型的高度，操縱測量裝置使探針降低到距離模型高度為t的位置；測量完成之后，再使探針升高到安全高度移動到下一個要測量的位置的上方，重復上述步驟進行測量。
3.一種用于權(quán)利要求1或2的測量方法的附面層流場測量裝置，包括豎向移動機構(gòu)、橫向移動機構(gòu)以及軸向移動機構(gòu)；所述豎向移動機構(gòu)連接在風洞中的支撐臂上；所述橫向移動機構(gòu)支撐在豎向移動機構(gòu)上并可在豎向移動機構(gòu)上橫向移動；所述軸向移動機構(gòu)支撐在橫向移動機構(gòu)上并可在橫向移動機構(gòu)上沿其長度方向伸縮移動；其特征在于，所述軸向移動機構(gòu)具有一根可沿其長度方向伸縮的測量軸，測量軸的末端設(shè)置有用于測量附面層參數(shù)的探針以及高度檢測儀。
4.如權(quán)利要求3所述的測量裝置，其特征在于，所述豎向移動機構(gòu)包括一根電機驅(qū)動的豎向滾...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊廣珺，蔣鋒，孫靜，耿華，
申請(專利權(quán))人：西北工業(yè)大學太倉長三角研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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