[发明专利]一种用于舰船空气流场测量的PIV风洞试验方法

说明书

一种用于舰船空气流场测量的PIV风洞试验方法，首先在试验风洞的流场中布撒大量示踪粒子，令示踪粒子跟随流场运动，产生的激光束经过组合透镜扩束成片光照明流场，使用跨帧CCD相机连续拍摄流场照片，得到多组前后两帧示踪粒子图像，进而得到流场涡量、流场流线、流场等速度线，然后在金属材质水线模型的舰模表面涂以亚光黑漆，使用CCD相机并列摆放，每台CCD相机的轴线均垂直于激光片光面进行试验测量，采用PIV二维测量方式，分别改变舰模中纵线与风洞来流风向的夹角、舰模横摇角或者纵摇角，进而得到不同舰模测量截面中示踪粒子的多组测量数据，最后生成多个空气流场速度云图和空气流场流线图，完成舰模不同测量截面的空间重构。

技术领域

本发明涉及一种风动测试技术，特别是一种用于舰船空气流场测量的PIV风洞试验方法。

背景技术

激光粒子流场测试设备(PIV)是一种通用的流场测试设备，一般可用于测量风洞中或外部风环境中的试件周围的空气流场，具有测量精度高、测量速度快等优点。

通用的PIV激光粒子流场测试设备基本测试流程如图1所示，试验数据处理方法如图2所示，需要的测量面如图3所示。从图1所示测量方法来看，为全面测量船只艉部流场，需开展数千次手动移位，每次移位还需校正对准，每个状态的调试周期长达1个小时以上。从图3所示的测量面定义来看，每个测量面都超过了PIV系统的有效测试范围，每个测量面还需多次测量后拼接，如此计算，每条船仅艉部流场的测量就需要耗费数千小时的有效时间。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于舰船空气流场测量的PIV风洞试验方法，解决了现有技术测量进度慢、耗费时间长的缺陷，加快了试验进度，提高了定位精度和速度，具有很好的使用价值。

本发明的技术解决方案是：一种用于舰船空气流场测量的PIV风洞试验方法，包括如下步骤：

(1)在试验风洞的流场中布撒大量示踪粒子，令示踪粒子跟随流场运动，把YAG双脉冲式激光器产生的激光束经过组合透镜扩束成片光照明流场，使用跨帧CCD相机连续拍摄流场照片，得到多组前后两帧示踪粒子图像；

(2)对前后两帧示踪粒子图像进行相关计算，得到流场一个切面内粒子的速度分布，进而得到流场涡量、流场流线、流场等速度线；

(3)在金属材质水线模型的舰模表面涂以亚光黑漆，其中，舰模能够在水平面内运动，并可以改变舰模中纵线与风洞来流风向的夹角、舰模横摇角和纵摇角；

(4)使用CCD相机并列摆放，每台CCD相机的轴线均垂直于激光片光面进行试验测量，采用PIV二维测量方式，在不移动CCD相机的前提下，分别改变舰模中纵线与风洞来流风向的夹角、舰模横摇角或者纵摇角，进而得到舰模在不同舰模中纵线与风洞来流风向的夹角、舰模横摇角或者纵摇角情况下不同舰模测量截面中示踪粒子的多组测量数据；

(5)根据步骤(4)得到的多组示踪粒子测量数据生成多个空气流场速度云图和空气流场流线图，然后根据流场涡量、流场流线、流场等速度线完成舰模不同测量截面的空间重构。

所述的示踪粒子直径<80μm。

所述的舰模的横摇状态为3°、8°、无横摇，纵摇状态为±2°、±4°、无纵摇。

所述的步骤(4)中的两台CCD相机的视场的边界线重合，CCD相机两帧之间的最小曝光时间间隔<1μs。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用激光PIV技术测量舰模流场，相对于采用七孔探针或热线风速仪而言，测量设备本身不对流场产生干扰，可明显提高测量的准确性；

(2)本发明通过使用全方位移测架，可以明显提高舰模调整位置和角度的速度及精度，从而节约了时间，提高了试验效率。

附图说明