[发明专利]基于发光材料的空气动力学测试方法

说明书

本发明公开了一种基于发光材料的空气动力学测试方法，将应力发光材料喷涂于空气动力学实物实验中的实物表面；应力发光材料会在空气动力的作用下产生光辐射信号，辐射信号强度同空气动力大小正相关；光辐射信号在传输过程中受到湍流影响产生波前畸变，波前畸变大小同湍流强度正相关；通过成像系统、强度探测器、相位探测器的配合使用，对光辐射信号的强度信息和相位信息分别进行阵列成像、参量还原、立体重构，实物表面的空气动力分布和空气流场分布，为飞行器、车辆等高速移动物体的空气动力学设计提供重要支撑。

技术领域

本发明属于光学测量与传感领域，具体是指一种利用应力发光材料在外力作用下辐射的光信号，为空气动力学实物实验提供全角度、无接触、可定量、可回溯评估指标的测试方法，具体涉及一种基于发光材料的空气动力学测试方法。

背景技术

空气动力学实验是空气动力学研究的基本手段，主要研究空气运动规律、空气与物体相互作用等内容。空气动力学实验包括实物实验和模型实验两大类：前者可对实物在空气中高速运动时的受力特性、空气流动规律和伴随发生的物理化学现象进行准确测试，是鉴定各类飞行器气动性能、校准模型实验结果的最终手段，然而测试费用昂贵、条件难于控制；后者主要通过模拟真实流场评估飞行器气动性能，实验易于开展且具备全角度、无接触、可定量、可回溯等优点，然而，仿真模型与真实环境存在参数失真问题，仅适用于产品初级设计阶段，最终仍需开展实物实验。

按照空气与实物的运动情况，可将空气动力学实验分为三类：实物静止、空气运动，典型如风洞实验；空气静止、实物运动，典型如飞行实验、火箭橇实验、旋臂实验；空气实物均运动，典型如风洞飞行实验、尾旋实验等。以风洞实验为例，将实物(模型)置于可控气流吹过的管道内，测量作用在实物上的空气动力并观测表面/周围的空气流动现象；单次测试获得的信息越全面、越精确、风洞实验效果越好；空气动力测试手段应尽量避免对实物结构参数的改动；空气流场测试方法应尽量避免影响空气流动(即具备无接触特性)；空气动力和空气流场测试结果应具备可视化属性，以获得全面、精确、定量数据。

发明内容

针对现有技术中空气动力学实物实验测试成本较高、条件难于控制，迫切需要提高单次实验效率的问题，为了获得更加全面、更加精确、能定量分析、可存储回溯的空气动力和空气流场数据，本发明提出了一种基于发光材料的空气动力学测试方法，能够通过应力致辐射光的强度分布测量实物表面空气动力分布，通过波前畸变分析获取空气流场分布，对飞行器、车辆等高速移动物体的空气动力学设计提供重要支撑。

为了达到上述效果，本发明提供的基于发光材料的空气动力学测试方法，包括：

步骤一、将应力发光材料喷涂于空气动力学实物实验中的实物表面；

步骤二、在空气动力的作用下应力发光材料实现动能向光能的转换，在机械力作用下会辐射光信号，光信号强度与应力大小满足正相关定量关系；

步骤三、对光辐射信号的强度信息和相位信息分别进行阵列成像、参量还原、立体重构，实物表面的空气动力分布和空气流场分布。

优选的，上述步骤一中辐射信号强度同空气动力大小正相关。

优选的，上述光辐射信号在传输过程中受到湍流影响产生波前畸变，波前畸变大小同湍流强度正相关。

优选的，上述步骤三通过成像系统、强度探测器、相位探测器的配合使用来实现。

优选的，上述强度探测器和相位探测器为阵列型，探测结果为辐射光强度/相位分布而非单一数值。

优选的，上述成像系统将实物表面光辐射信号分布清晰完整地成像于探测器光敏面，根据实物大小进行视场或焦距调整。

优选的，上述强度探测器和相位探测器通过分束器共享同一成像系统，也可各自配置成像系统。