[发明专利]一种模型俯仰运动下的流场测量系统及测量方法

说明书

本发明提供一种模型俯仰运动下的流场测量系统及测量方法，在水槽上分别设置有上导轨一和上导轨二，支架上还设置有下导轨，两个上导轨上分别设置两个拖车，拖车一上设置有侧向连接杆，侧向连接杆上设置有滑块一，拖车二上通过连接杆连接有反光镜，下导轨上设置有滑块二，滑块一和滑块二上分别设置有一滑片，两个滑片上分别设置有底座，每个底座上设置有一激光器和一相机，拖车一和拖车二之间设置有横向连接杆，横向连接杆上设置有滑块三，滑块三下端设置有步进电机和编码器，编码器的下端连接有测力天平，测力天平下端连接有待测翼型。本发明成本低、测量效率高，不仅适用于模型动态俯仰运动的测量，也适用于模型其他特定动态运动形式的流场测量。

技术领域

本发明涉及一种流场测量系统，尤其涉及一种模型俯仰运动下的流场测量系统及测量方法，属于船舶水动力学试验技术领域。

背景技术

俯仰运动的翼型在水流或气流超过临界攻角时，流场会产生复杂的非定常分离、大尺度漩涡结构。从而发生失速现象，通常称为动态失速。在船后舵、各类飞行器以及风力机中均存在动态失速现象。俯仰运动可以使翼型在大攻角下获得较高的升力，扩大翼型可用攻角范围，使其在水动与气动方面获得收益的同时，俯仰运动也会对结构的稳定性和安全性造成不利影响。近年来，国际上对俯仰运动翼型的动态失速问题进行了广泛而深入的探讨。研究俯仰运动下翼型的流动特征无论是对航空航天领域还是船舶与海洋结构物设计领域都具有十分重要的意义。计算流体力学(CFD)方法是目前预测动态失速的一种主要手段，其在获得宏观力的同时也能对流场细节进行分析，但其可靠性问题较为突出。PIV(Particle Image Velocimetry,粒子图像测速)技术因为其测量流场的无干扰、瞬态和全场速度测量的特点，近年来备受关注。像PIV这样强大的实验测试技术，可以作为在现有的计算模型存在不足或缺少模型的基础上用于验证模型或作为发现新的物理现象的重要工具。目前国内外关于模型俯仰运动下的PIV实验记录十分少见，本发明提出了一种基于PIV技术的模型俯仰运动下的流场测量系统及测量方法，对研究模型俯仰运动下的流动特征具有重要价值。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种模型俯仰运动下的流场测量系统及测量方法。

本发明的目的是这样实现的：一种模型俯仰运动下的流场测量系统，包括设置在支架上的水槽，在水槽上端的两侧分别设置有上导轨一和上导轨二，支架上还设置有下导轨，且下导轨位于水槽下端的中间位置的正下方，所述上导轨一和上导轨二上分别设置有拖车一和拖车二，拖车一上设置有侧向连接杆，侧向连接杆上设置有既能垂直滑动又能旋转的滑块一，拖车二上通过连接杆连接有反光镜，所述下导轨上设置有滑块二，滑块一和滑块二上分别设置有滑片一和滑片二，滑片一和滑片二上分别设置有可滑动的底座，每个底座上设置有一激光器和一相机，拖车一和拖车二之间设置有横向连接杆，横向连接杆上设置有滑块三，滑块三的下端依次设置有步进电机和编码器，所述编码器的下端连接有测力天平，所述测力天平下端连接有待测翼型，待测翼型伸入至水槽中，拖车一和拖车二由拖车系统驱动。

一种模型俯仰运动下的流场的测量方法，包括所述的测量系统，步骤如下：

1)根据测量工况选定需要测量的待测翼型的待测截面，进行测量系统的标定；

2)将对应的相机和激光器调整到合适的测量位置和测量角度，开启激光器；

3)将待测翼型的俯仰运动规律通过输入运动方程的形式写入编码器，启动步进电机，使待测翼型进行俯仰运动；

4)启动拖车系统，使拖车一和拖车二按一定航速进行行驶，待航速稳定之后开启对应的相机进行拍摄；

5)待拖车停止即关闭相应的相机，关闭相应的激光器；

6)拖车系统使拖车一和拖车二倒回原处，根据新的测量工况选定新的测量截面，启用对应的相机和激光器，同时调整好相机和激光器对应位置和角度，重复实验，完成对模型俯仰运动下的流场的测量。