一种应用于三维PIV的高速风洞制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于三维PIV的高速风洞，包括喷管段与实验段，所述实验段内具有能够放入实验模型或真实飞行器的实验区域；所述实验段上位于所述试验区域下游的壁面上设有凹腔，所述凹腔的壁面上设有朝向所述实验区域的观察窗。本发明专利技术应用于空气动力学领域，根据超声速流场的特点，灵活调整观测窗的角度，可在流场观测时将相机镜头可与观察窗垂直布置，避免观察窗玻璃的折射作用带来的成像模糊问题，从而保证拍摄出清晰的流场图像，用于准确计算三维速度场。计算三维速度场。计算三维速度场。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于三维PIV的高速风洞


[0001]本专利技术涉及空气动力学设备
，具体是一种应用于三维PIV测量的高速风洞。

技术介绍

[0002]高速(超声速/高超声速)风洞是开展高速飞行器相关流动机理研究与工程研制的关键设备。风洞主体结构中最重要的部件是喷管段和实验段。喷管段使来流加速形成均匀的超声速/高超声速流动，为实验段提供高速气流的实验环境。实验段内放入实验模型或真实的飞行器，模拟实际飞行时的流场。为了对流场进行观测，实验段的壁面上一般会开设光学观察窗口，即如图1所示。
[0003]三维PIV一般采用Scheimpflug机构让相机镜头倾斜，当被观测平面、镜头等效平面和CCD芯片在空间上交于一条线，则理论上可以在CCD芯片上成像清楚。三维PIV测量时，相机镜头一般与观察窗呈45
°
夹角，即如图2所示。但由于相机镜头不与风洞观察窗垂直，在观察窗玻璃的折射作用下，光线倾斜穿过观察窗后导致成像会模糊，最终导致计算三维速度场时计算不出或不准确。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种应用于三维PIV测量的高速风洞，可在流场观测时将相机镜头可与观察窗垂直布置，避免观察窗玻璃的折射作用带来的成像模糊问题，有效地提升三维PIV实验效果。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种应用于三维PIV的高速风洞，包括喷管段与实验段，所述实验段内具有能够放入实验模型或真实飞行器的实验区域；
[0006]所述实验段上位于所述试验区域下游的壁面上设有凹腔，所述凹腔的壁面上设有朝向所述实验区域的观察窗。
[0007]在其中一个实施例，所述凹腔包括第一壁面与第二壁面，所述第一壁面的一端与所述实验段的壁面相连，所述第一壁面的另一端与所述第二壁面的一端相连，所述第二壁面的另一端与所述实验段的壁面相连；
[0008]所述第一壁面位于所述第二壁面的上游，且所述第一壁面与所述第二壁面围成三角形截面的凹腔，所述观察窗设在所述第二壁面上。
[0009]在其中一个实施例，所述第一壁面与所述第二壁面相互垂直，所述第一壁面、所述第二壁面均与所述实验段的壁面之间呈45
°
夹角。
[0010]在其中一个实施例，所述凹腔的宽度小于或等于所述实验段的宽度。
[0011]在其中一个实施例，所述凹腔的数量为两个，两个所述凹腔对称设在所述实验段的上、下壁面上。
[0012]本专利技术提供的一种应用于三维PIV的高速风洞，根据超声速流场的特点，灵活调整观测窗的角度，可在流场观测时将相机镜头可与观察窗垂直布置，避免观察窗玻璃的折射
作用带来的成像模糊问题，从而保证拍摄出清晰的流场图像，用于准确计算三维速度场。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0014]图1为现有技术中风洞开窗的示意图；
[0015]图2为现有技术中采用Scheimpflug机构进行三维PIV测量的示意图；
[0016]图3为本专利技术实施例中高速风洞的结构示意图；
[0017]图4为本专利技术实施例中高速风洞的原理图；
[0018]图5为本专利技术实施例中的三维流道型面示意图；
[0019]图6为本专利技术实施例中实验段壁面上凹腔的三维构型图；
[0020]图7为本专利技术实施例中高速风洞的另一种实施结构示意图。
[0021]附图标号：喷管段1、实验段2、凹腔3、第一壁面301、第二壁面302、侧壁面303、观察窗4、实验模型或真实飞行器5。
[0022]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0025]另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0026]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0027]另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0028]如图3所示为本实施例公开的一种应用于三维PIV的高速风洞，包括呈直线连接的
喷管段1与实验段2，实验段2内具有能够放入实验模型或真实飞行器5的实验区域。根据超声速流动下游扰动不能影响上游的特点，在实验段2上位于试验区域下游的壁面上设有凹腔3，凹腔3的壁面上设有朝向实验区域的观察窗4。参考图4，由于凹腔3开设在实验模型或真实飞行器5的下游，因此只会在实验模型或真实飞行器5的下游产生膨胀波与激波，因此可以在不影响所需观测流场的前提下，将相机镜头可与观察窗4垂直布置，避免观察窗4玻璃的折射作用带来的成像模糊问题，有效地提升三维PIV实验效果。
[0029]在具体实施过程中，凹腔3包括第一壁面301与第二壁面302，第一壁面301的一端与实验段2的壁面相连，第一壁面301的另一端与第二壁面302的一端相连，第二壁面302的另一端与实验段2的壁面相连；第一壁面301位于第二壁面302的上游，且第一壁面301与第二壁面302围成三角形截面的凹腔3，观察窗4设在第二壁面302上，图3中的线段ab即为第一壁面301，线段bc即为第二壁面302。其中优选地，第一壁面301与第二壁面302相互垂直，第一壁面301、第二壁面302均与实验段2的壁面之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于三维PIV的高速风洞，其特征在于，包括喷管段与实验段，所述实验段内具有能够放入实验模型或真实飞行器的实验区域；所述实验段上位于所述试验区域下游的壁面上设有凹腔，所述凹腔的壁面上设有朝向所述实验区域的观察窗。2.根据权利要求1所述的应用于三维PIV的高速风洞，其特征在于，所述凹腔包括第一壁面与第二壁面，所述第一壁面的一端与所述实验段的壁面相连，所述第一壁面的另一端与所述第二壁面的一端相连，所述第二壁面的另一端与所述实验段的壁面相连；所述第一壁面位于所述第二壁面的上游，且所述第一壁面与所述第二壁面...

【专利技术属性】
技术研发人员：何刚，赵玉新，赵一龙，王前程，杨瑞，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：