[发明专利]高速风洞序列化流动图像的拍摄系统及方法

说明书

本发明公开了一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统及方法，用于拍摄风洞实验舱内的高速湍流随时间变化图像，系统通过至少两个激光器发出多束激光多次照亮所述高速风洞流场，至少两个CCD摄像头中的每个CCD摄像头进行至少两次曝光，分别拍摄多次照亮高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，每个CCD摄像头进行一次曝光获得一张示踪粒子的图像，则每个CCD摄像头进行至少两次曝光获得至少两张示踪粒子的图像，系统包括至少两个CCD摄像头，则系统至少可以获得四张示踪粒子的图像，故解决了现有技术无法获得多于两幅的时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像的技术问题，达到了获得至少四幅时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像技术效果。

技术领域

本发明涉及空气动力学领域，具体而言，涉及一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统及方法。

背景技术

超声速、高超声速流场结构的显示与测量，是超声速、高超声速流动机理研究中非常重要的内容；为深入研究超声速、高超声速流动机理，不仅需要获得某一时刻下超声速、高超声速流动的空间结构，还需要获得不同时刻下流动结构变化图像(时间演化特性)，以研究流动结构随时间的发展变化规律，为高速飞行器的设计和面临的相关空气动力学难题的解决提供理论依据。

传统的能够满足超声速、高超声速流场结构时间演化特性测量的测试技术，第一类是用高重复频率激光光源配合高速摄影相机获得超声速、高超声速流场结构的连续图像的方法；第二类是采用多腔激光器配合超高速相机获得超声速、高超声速流场结构的连续图像的方法。但是第一类方法，高重复频率激光光源可以在极短时间内多次发光照明(间隔微秒量级，脉冲数几十个)，但单次发光的能量都比较低，导致示踪粒子散射信号微弱，流场结构成像信噪比很低，无法获得清晰的结构图像。对于第二类方法，要实现多个激光器并联在技术实现上技术门槛高，很少有成熟的这类商业激光器可以购买，超高速相机以及专门定制激光器都是成本高昂，还受到国外禁售的限制。

最近，广泛采用的粒子图像速度场技术(Particle Image Velocimetry，PIV)，已经在超声速/高超声速流动中得到成熟的应用，成熟的测试设备，PIV系统成本相对低廉，但不能获得多于两幅的时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统及方法，其旨在获得至少四幅时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像。

第一方面，本发明实施例提供了一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统，用于拍摄风洞实验舱内的高速湍流随时间变化图像，所述系统包括：

相互连接的纳米粒子发生器和同步控制器；所述同步控制器用于控制所述纳米粒子发生器向所述高速风洞流场中投放纳米量级的示踪粒子；

所述系统还包括：与所述同步控制器连接的至少两个CCD摄像头和至少两个激光器；

所述同步控制器还用于在接收到控制指令后，按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号至所述至少两个激光器；

所述至少两个激光器用于在接收到所述至少两个控制信号后，按照第二预定脉冲时序依次发出多束激光，以实现多次照亮所述高速风洞流场；

所述同步控制器还用于，控制所述至少两个CCD摄像头中的每个CCD摄像头按照第三预定脉冲时序依次进行至少两次曝光，以分别拍摄多次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，分别获得多张图像。

可选的，所述系统还包括：

与所述同步控制器和所述至少两个CCD摄像头连接的电子设备，所述电子设备用于发出控制指令至所述同步控制器，以控制所述同步控制器按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号。

可选的，所述至少两个CCD摄像头用于按照第四预定脉冲时序依次将所述多张图像发送至所述电子设备，以使所述电子设备存储所述多张图像。