[发明专利]用于确定作用在物体上的力的方法和系统

权利要求书

1.一种确定作用在物体(2)上的力的方法，包括以下步骤：

(a)将物体(2)布置在流道内部预定的封闭受控容积(3)中，所述封闭受控容积(3)具有多个限定表面；

(b)针对限定了封闭受控容积(3)的每个表面，同时检测压力分布和速度场；

(c)根据针对封闭受控容积(3)的限定表面同时检测到的压力分布和速度场，来计算作用在物体(2)上的力(F)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，针对封闭受控容积(3)的限定表面，光学地检测速度场。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，物体(2)在流道中暴露给包含分散微粒的流体(4)的流。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，利用由脉冲激光器(5)产生的激光，针对限定表面检测相应的激光交叉，以检测相应限定表面中分散微粒的微粒分布。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，将由摄像机(6A，6B)记录的分散微粒的微粒分布作为图像临时存储在存储器(7)中。

6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的方法，其中，封闭受控容积(3)的限定表面的压力分布是由能够在一个或多个限定表面上移动的至少一个压力传感器(11)来检测的。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，通过将检测到的微粒分布互相关，来计算局部微粒位移矢量。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，基于微粒位移矢量来计算速度场的速度矢量。

9.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的方法，其中，作用在物体(2)上的力(F)是如下计算的：

其中：

V是速度矢量，

S是封闭受控容积的限定表面，

p是检测到的压力，以及

ρ是流动流体的密度。

10.根据权利要求1至9中任一项权利要求所述的方法，其中，封闭受控容积(3)由具有六个限定表面的立方体或长方体构成，或者由具有四个限定表面的四面体构成。

11.根据权利要求1至10中任一项权利要求所述的方法，其中，根据当前压力分布和速度场来动态地确定作用在物体(2)上的力(F)的时间特性。

12.一种用于确定作用在物体上的力的系统，包括：

(a)封闭受控容积(3)，被提供在流道内部，在所述封闭受控容积(3)中布置有物体(2)；

(b)第一测量装置(11)，用于针对限定了封闭受控容积(3)的每个表面检测压力分布；

(c)第二测量装置(5，6A，6B)，用于针对封闭受控容积(3)的每个限定表面检测速度场；其中第一测量装置和第二测量装置同时检测封闭受控容积(3)的每个限定表面的压力分布和速度场；以及

(d)计算单元(10)，用于根据同时检测到的受控容积(3)的限定表面的压力分布和速度场来计算作用在物体(2)上的力(F)。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，第一测量装置(11)包括能够在封闭受控容积(3)的一个或多个限定表面上移动的至少一个压力传感器。

14.根据权利要求12所述的系统，其中，第二测量装置(5，6A，6B)针对封闭受控容积(3)的每个限定表面产生激光交叉，以检测限定表面上的分散微粒的微粒分布。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，物体(2)是3D模型，所述3D模型的体积小于封闭受控容积(3)。