本发明专利技术公开了一种测量平面全局摩擦力矢量场的试验装置及工作方法，涉及空气动力学领域，能够解决壁面全局摩擦力矢量场测量的问题。本发明专利技术的装置包括下游平板、可拆卸式发黑平板、校准线、支架、光源、活动式铰链、角度盘、可旋转悬臂、可调节连接杆、相机连接支架、铰链连接部件。本发明专利技术试验装置结构简单，操作控制方便，被测平板可作为测量部件的一部分，可以实现测量/流动壁面一体化设计。通过一定范围的液晶涂层喷涂可实现全局表面摩擦力场的测量。
【技术实现步骤摘要】
一种测量平面全局摩擦力矢量场的试验装置及工作方法
本专利技术属于空气动力学领域，具体指代一种利用液晶涂层技术测量平板表面全局摩擦力矢量场的试验装置及工作方法。
技术介绍
气流与壁面之间的摩擦力是空气动力学领域的一个重要参数，通过壁面摩擦力可以获得很多重要的信息，对边界层理论的研究和漩涡运动机理及控制等方面都有重要的意义。在实际工程应用中，准确的测量壁面摩擦力也有重要的价值，精准、快速的测量壁面摩擦力对飞机的飞行性能的评估有着不可忽视的作用。传统的摩擦力测量技术主要依靠机械或电子器械，但这些技术在测量摩擦力时，所存在的问题主要表现在：其一，测量过程中会对流场产生干扰，且每一次只能测量部分离散点的摩擦力信息，不能进行全局测量；其二，测量过程繁琐；其三，对仪器的设计与安装要求较高，甚至需要对模型表面进行破坏。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种测量平面全局摩擦力矢量场的试验装置及工作方法，以解决现有摩擦力测量技术不能进行全局测量、测量过程繁琐、以及对仪器设计与安装要求较高等问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的一种测量平面全局摩擦力矢量场的试验装置，包括下游平板、可拆卸式发黑平板、校准线、支架、光源、活动式铰链、角度盘、可旋转悬臂、可调节连接杆、相机连接支架、铰链连接部件，其中所述的下游平板与喷管相连，产生流场；可拆卸式发黑平板嵌入下游平板试验区，可拆卸式发黑平板上设有校准线；支架固定在水平地面上，支架置于喷管的出口处，光源通过支架固定悬于试验区正上方，产生平行光源；可旋转悬臂通过活动式铰链和铰链连接部件与支架相连，通过角度盘调节可旋转悬臂角度；可调节连接杆分别与可旋转悬臂及相机连接支架相连，相机连接支架用于悬挂相机。优选地，所述可拆卸发黑平板通过螺钉与下游平板相连，保证平板上表面平整，可拆卸发黑平板外侧画有校准线。可拆卸式发黑平板，既便于拆卸，其表面氧化发黑可以使剪切敏感液晶的对比色更加明显。优选地，所述可旋转悬臂通过活动式铰链和铰链连接部件与支架相连，可绕活动式铰链中心轴360°旋转。该可旋转悬臂可实现相机多视角获得不同观测角下的液晶颜色变化特性，从而可以进行流体壁面摩擦力大小和方向的测量。优选地，所述可调节连接杆与可旋转悬臂相连，沿可旋转悬臂水平轴线方向移动，相机连接支架与可调节连接杆相连，且沿可调节连接杆垂直轴线方向上下移动，方便的调节相机位置。优选地，所述的可旋转悬臂的一侧粘有刻度尺，定量的调节可调节连接杆的位置。优选地，所述可调节连接杆的一侧粘有刻度尺，定量的调节相机竖直高度。本专利技术采用可旋转悬臂绕活动式铰链中心轴360°旋转，所旋转的角度由角度盘调节，并通过调节可调节连接杆，实现全角度观测，满足液晶涂层技术测量平板表面摩擦力矢量场试验对于观测角的需求；除下游平板和可拆卸式发黑平板外所有部件均用亚光黑喷漆喷涂，外侧用遮光罩遮住，避免其他光线干扰。本专利技术的一种测量平面全局摩擦力矢量场的试验装置的工作方法，包括步骤如下：步骤1：将液晶均匀的喷涂于可拆卸发黑平板；步骤2：调节支架位置，使光源中心与可拆卸发黑平板中心位于同一铅垂线内；步骤3：调节相机连接支架和可调节连接杆，固定并计算相机的俯视角；步骤4：进行风洞试验，在试验过程中，通过旋转可旋转悬臂改变相机的周向观测角并捕捉图像；步骤5：根据不同周向观测角拍摄的照片解算摩擦力矢量场。优选地，所述的步骤1具体为：将液晶均匀地喷涂于可拆卸发黑平板后，将可拆卸发黑平板用螺钉固定在下游平板的凹槽内，保证可拆卸发黑平板与下游平板上表面平整光滑连接。优选地，所述的步骤3具体为：由于试验时相机的俯视角需提前确定且保持不变，将相机悬挂于相机连接支架上，调节相机连接支架竖直方向的位置，通过可调节连接杆上的刻度尺读取相机连接支架顶端与可旋转悬臂之间的距离。优选地，所述的步骤4具体为：进行风洞试验，试验要求相机的周向观测角进行360°旋转，在试验过程中，通过旋转可旋转悬臂改变相机的周向观测角并捕捉图像，周向观测角的角度通过角度盘读取并记录。优选地，所述的步骤5具体为：将不同周向观测角所拍摄的照片利用校准线变换视角，提取每张照片的色调值进行Gauss曲线拟合，拟合曲线对称轴为摩擦力方向，曲线峰值与摩擦力大小存在对应关系，从而解算出摩擦力矢量场。本专利技术的有益效果：本专利技术可以为试验提供法向照射光，且保证相机的俯视角保持不变，相机具有360°周向观测角，试验区的采用可拆卸式发黑铝板，有两个优点：便于拆卸；铝板表面氧化发黑可以使剪切敏感液晶的对比色更加明显，能够解决壁面摩擦力矢量场测量的问题。附图说明图1为本专利技术试验装置的结构示意图；图2a为本专利技术中下游平板的剖面示意图；图2b为本专利技术中下游平板的正面剖视图；图3为本专利技术中旋转部件示意图；图4为本专利技术中角度盘示意图；图5为本专利技术中可旋转悬臂示意图；图6为本专利技术中标准角件连接示意图。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。参照图1所示，本专利技术的一种测量平板表面摩擦力矢量场的试验装置，包括下游平板1、可拆卸式发黑平板2、校准线3、支架4、光源5、活动式铰链6、角度盘7、可旋转悬臂8、可调节连接杆9、相机连接支架10、铰链连接部件11，其中，所述下游平板1与喷管相连，连接处平整过渡，产生流场；可拆卸式发黑平板2嵌入下游平板1试验区处，保证可拆卸式发黑平板2与下游平板1上表面平整（无凸起与凹陷），用螺钉固定；在准备试验时可将可拆卸式发黑平板2取下，便于实验准备；可拆卸式发黑平板2上表面光滑，满足液晶喷涂要求，同时避免了反光的问题；可拆卸式发黑平板2外边缘画有红色校准线3，可拆卸式发黑平板，既便于拆卸，其表面氧化发黑可以使剪切敏感液晶的对比色更加明显。方便相机对角与图像校准。如图2a-图2b所示。所述可旋转悬臂8通过活动式铰链6和铰链连接部件11与支架4相连，可旋转悬臂8长度小于支架4宽度的一半，可实现360°自由旋转，角度盘7与螺杆12固定，可以调节可旋转悬臂8的角度，光源5固定于螺栓下方，如图3所示，其为上述各部件构成的旋转部件。保证光源5的中心、角度盘7的中心、活动式铰链6的中心、可拆卸式发黑平板2的中心位于同一铅垂线内。该可旋转悬臂可实现相机多视角获得不同观测角下的液晶颜色变化特性，从而可以进行流体壁面摩擦力大小和方向的测量所述的角度盘7刻有角度线71，可以测量可旋转悬臂的旋转角度。如图4所示。所述的可调节连接杆9与可旋转悬臂8相连，可旋转悬臂8的一侧粘有刻度尺81，可以定量的调节可调节连接杆9的位置。如图5所示。所述的相机连接支架10与可调节连接杆9相连，可调节连接杆9的一侧粘有刻度尺91，可以定量的调节相机竖直高度。如图5所示。所述的支架4采用标准铝型材搭建，保证强度与稳定性的同时减轻重量，连接处使用标准角件13连接，如图6所示。支架4固定在水平地面上，支架置于喷管的出口处，光源5通过支架4固定悬于试验区正上方，产生平行光源。所述的支架4、可旋转悬臂8、活动式铰链6、可调节连接杆9、相机连接支架10使用亚光黑喷漆喷涂，避免反光对试验的干扰。本专利技术试验装置结构简单，操作控制方便，被测平板可作为测量部件本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量平面全局摩擦力矢量场的试验装置，其特征在于，包括下游平板（1）、可拆卸式发黑平板（2）、校准线（3）、支架（4）、光源（5）、活动式铰链（6）、角度盘（7）、可旋转悬臂（8）、可调节连接杆（9）、相机连接支架（10）、铰链连接部件（11），其中，所述的下游平板（1）与喷管相连，产生流场；可拆卸式发黑平板（2）嵌入下游平板（1）试验区，可拆卸式发黑平板上设有校准线（3）；支架（4）固定在水平地面上，支架置于喷管的出口处；光源（5）通过支架（4）固定悬于试验区正上方，产生平行光源；可旋转悬臂（8）通过活动式铰链（6）和铰链连接部件（11）与支架（4）相连，通过角度盘（7）调节可旋转悬臂（8）角度；可调节连接杆（9）分别与可旋转悬臂（8）及相机连接支架（10）相连，相机连接支架（10）用于悬挂相机。
【技术特征摘要】
1.一种测量平面全局摩擦力矢量场的试验装置，其特征在于，包括下游平板（1）、可拆卸式发黑平板（2）、校准线（3）、支架（4）、光源（5）、活动式铰链（6）、角度盘（7）、可旋转悬臂（8）、可调节连接杆（9）、相机连接支架（10）、铰链连接部件（11），其中，所述的下游平板（1）与喷管相连，产生流场；可拆卸式发黑平板（2）嵌入下游平板（1）试验区，可拆卸式发黑平板上设有校准线（3）；支架（4）固定在水平地面上，支架置于喷管的出口处；光源（5）通过支架（4）固定悬于试验区正上方，产生平行光源；可旋转悬臂（8）通过活动式铰链（6）和铰链连接部件（11）与支架（4）相连，通过角度盘（7）调节可旋转悬臂（8）角度；可调节连接杆（9）分别与可旋转悬臂（8）及相机连接支架（10）相连，相机连接支架（10）用于悬挂相机。2.根据权利要求1所述的测量平面全局摩擦力矢量场的试验装置，其特征在于，所述可拆卸发黑平板（2）通过螺钉与下游平板（1）相连，保证平板上表面平整，可拆卸发黑平板（2）外侧画有校准线（3）。3.根据权利要求1所述的测量平面全局摩擦力矢量场的试验装置，其特征在于，所述可旋转悬臂（8）通过活动式铰链（6）和铰链连接部件（11）与支架（4）相连，可绕活动式铰链（6）中心轴360°旋转。4.根据权利要求1所述的测量平面全局摩擦力矢量场的试验装置，其特征在于，所述可调节连接杆（9）与可旋转悬臂（8）相连，沿可旋转悬臂（8）水平轴线方向移动，相机连接支架（10）与可调节连接杆（9）相连，且沿可调节连接杆（9）垂直轴线方向上下移动。5.根据权利要求4所述的测量平面全局摩擦力矢量场的试验装置，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成鹏，焦运，赵吉松，杨馨，程克明，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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