光滑洞壁风洞用双视角光路装置

摘要

本发明公开了一种光滑洞壁风洞用双视角光路装置，其包括：侧视光路单元，布置在所述光滑洞壁风洞的试验段侧观察窗处，用于产生侧视光路以正对所述光滑洞壁风洞中投放的模型成像；和仰视光路单元，布置在所述光滑洞壁风洞的试验段下驻室内，用于产生仰视光路以对所述光滑洞壁风洞中投放的模型的正下方成像。本发明通过上述技术方案克服了空间和安装条件的限制，解决了现有的多台高速摄像机不能安装在风洞中，以及摄像光路无法布置的技术问题，为模型投放试验采用多视角摄影测量技术提供了技术手段。

说明书

技术领域

本发明涉及光滑洞壁风洞用双视角光路装置，尤其涉及一种在光滑洞壁 风洞中，能够应用于模型投放试验的双视角光路装置。

背景技术

目前风洞中模型姿态测量的技术手段很多，但是针对小型快速运动的 物体，特别是针对风洞内的缩比模型投放试验中的模型姿态测量的成熟技 术非常少。主要是由于风洞试验的环境特殊，被测物体的形体小，并且大 多是回转体，以及被测物体在试验过程中运动速度快等因素造成的。现有 的惯性测量设备、激光跟踪测量设备等必须在模型上加装装置，破坏模型 的固有特性，其他已知的测量方法也存在着测量参数少、测量范围小、测 量速度慢等问题。在风洞模型投放试验中采用多光路高速摄像方法，具有 高灵活性、非接触、精度高等特点，但是多台高速摄像设备如何在光滑洞 壁风洞中安装布置，是试验技术中的一个难题。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种光滑洞壁风洞用 双视角光路装置，其包括：侧视光路单元，布置在所述光滑洞壁风洞的试 验段侧观察窗外，用于产生侧视光路以正对所述光滑洞壁风洞中投放的模 型成像；和仰视光路单元，布置在所述光滑洞壁风洞的试验段下驻室内， 用于产生仰视光路以对所述光滑洞壁风洞中投放的模型的正下方成像。

根据如上所述的双视角光路装置，优选，所述侧视光路和所述仰视光 路正交。

根据如上所述的双视角光路装置，优选，所述侧视光路单元包括：侧 视相机，用于对所述光滑洞壁风洞中投放的模型成像；和三脚架，所述三 脚架上固定有所述侧视相机。

根据如上所述的双视角光路装置，优选，所述三脚架为摄影三脚架， 所述摄影三脚架用于调节所述侧视相机成像的高度和角度。

根据如上所述的双视角光路装置，优选，所述侧视相机为高速相机。

根据如上所述的双视角光路装置，优选，所述仰视光路单元包括：反 射镜，位于所述光滑洞壁风洞中投放的模型的正下方，以倾斜方式设置； 高度和反射角度调节机构，所述高度和反射角度调节机构的一侧固定有所 述反射镜，用于调整所述反射镜的高度和反射角度；固定架，所述固定架 的一侧固定有所述高度和反射角度调节机构，所述固定架的另一侧固定在 所述光滑洞壁风洞的试验段下驻室的壁板上；仰视相机，对准所述反射镜 的反射面，用于通过所述反射面对所述光滑洞壁风洞中投放的模型的正下 方成像；和俯仰角度调整平台，用于调整所述仰视相机的俯仰角度以使所 述仰视相机对准所述反射镜的反射面。

根据如上所述的双视角光路装置，优选，所述俯仰角度调整平台包括： 角度活动板，所述角度活动板上安装有所述仰视相机，用于旋转改变角度 活动板的俯仰角从而改变所述仰视相机的俯仰角度；和支撑架，用于支撑 所述角度活动板。

根据如上所述的双视角光路装置，优选，所述固定架为弯刀槽；所述 弯刀槽具有竖直段和水平段，所述竖直段上固定有所述高度和反射角度调 节机构，所述水平段呈U型，所述呈U型的水平段的底部与所述竖直段连 接，所述呈U型的水平段的两侧部的外表面设置有凹槽，所述水平段通过 所述凹槽固定在所述光滑洞壁风洞的试验段下驻室的壁板上。

根据如上所述的双视角光路装置，优选，所述仰视相机为高速相机。

本发明实施例带来的有益效果如下：

一、实现双视角光路正交，同时完成攻角、偏航角、滚转角的测量。 采用本发明的双视角光路，可以保证尽可能精确的获得风洞模型三个姿态 角的测量数据。同时，这种光路的后期图像和数据处理的算法简单、计算 量小，保证了快速准确的获得试验结果。另外，本发明的双视角光路标定 方法也比较简单，在中小型试验段中应用非常方便。

二、两个光路相互之间没有干扰，空间利用率高。采用其他的光路布 置方法，一种是共用观察窗，使观察窗的有效利用率大大降低，测量范围 减小，甚至导致测量精度降低；另一种是使用两个观察窗，这给风洞试验 段提出了严格的要求，大多数中小型风洞的试验段都不能满足这种要求。

三、采用了反射光路，既避免了投放的模型砸坏高速相机，又实现了 成像光路的方便快速调节。采用本发明中的反射镜装置，可以将高速相机 安全的安装在风洞下驻室内，避免试验中投放的模型砸坏价格昂贵的测量 设备，同时通过调节反射镜的俯仰和偏转角，可以很方便的实现对指定测 量区域的成像。

四、克服了空间和安装条件的限制，解决了现有的多台高速摄像机不 能安装在风洞中，以及摄像光路无法布置的技术问题，为模型投放试验采 用多视角摄影测量技术提供了技术手段。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种光滑洞壁风洞用双视角光路装置的结 构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种反射镜、弯刀槽和高度和反射角度调 节机构的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本 发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1和图2，本发明实施例提供了一种光滑洞壁风洞用双视角光路 装置，其包括：侧视光路单元和仰视光路单元，侧视光路单元布置在光滑 洞壁风洞的试验段侧观察窗处，用于产生侧视光路以正对光滑洞壁风洞中 投放的模型成像。仰视光路单元布置在光滑洞壁风洞的试验段下驻室内， 用于产生仰视光路以对光滑洞壁风洞中投放的模型的正下方成像。优选侧 视光路和仰视光路正交。

具体地，侧视光路单元包括：侧视相机5和三脚架6，侧视相机5用于 对光滑洞壁风洞中投放的模型成像。三脚架6用于为侧视相机5提供支撑， 其上固定有侧视相机5。优选三角架6为摄影三脚架，如此可以方便地调节 侧视相机5成像的高度和角度。侧视相机5优选为高速相机。即本发明实 施例提供的侧视光路由安装在风洞试验段侧观察窗外的高速相机实现，侧 视光路中的高速相机通过三脚架固定，可以方便的调节成像高度和角度， 从而实现正对模型成像。

仰视光路单元包括：反射镜41、高度和反射角度调节机构42、固定架 3、仰视相机7和俯仰角度调整平台8，其中反射镜41与高度和反射角度调 节机构42可以统称为反射镜装置4。其中，反射镜41位于光滑洞壁风洞中 投放的模型的正下方，以倾斜方式设置；高度和反射角度调节机构42的一 侧固定有反射镜，用于调整反射镜41的高度和反射角度；固定架3的一侧 固定有高度和反射角度调节机构42，固定架3的另一侧固定在光滑洞壁风 洞的试验段下驻室的壁板上；仰视相机7对准反射镜41的反射面，用于通 过反射镜的反射面对光滑洞壁风洞中投放的模型的正下方成像；俯仰角度 调整平台8用于调整仰视相机7的俯仰角度以使仰视相机7对准反射镜41 的反射面。仰视相机为高速相机。即本发明实施例提供的仰视光路由安装 在风洞试验段下驻室内的高速相机和安装在固定架中的反射镜装置组成。 仰视光路中的高速相机安装在俯仰角度调整平台上，可以快速对准固定架 中的反射镜装置；反射镜装置固定在固定架中，通过反射镜装置的高度和 反射角度调节机构调节反射镜的反射面的高度和反射角度，通过反射光路 (或称为仰视光路)，从而实现对模型的正下方指定区域成像。高度和反射 角度调节机构还可以称为三维调节机构，即采用二维光学调节架对反射镜 进行二维调节，然后再调整二维光学调节架在固定架上的安装高度，即可 实现三维调节，该二维光学调节架具有两个螺杆。

俯仰角度调整平台包括：角度活动板和支撑架。角度活动板上安装有 仰视相机，用于旋转改变角度活动板的俯仰角从而改变仰视相机的俯仰角 度。支撑架用于为角度活动板提供支撑，其上固定有角度活动板。应用时， 当角度活动板旋转到合适的俯仰角时，可以锁死并保持角度，从而调整完 仰视相机的俯仰角。

固定架3为弯刀槽；弯刀槽具有竖直段31和水平段32，竖直段上固定 有高度和反射角度调节机构，水平段呈U型，呈U型的水平段的底部33 与竖直段31连接，呈U型的水平段的两侧部34的外表面设置有凹槽35， 水平段通过凹槽固定在光滑洞壁风洞的试验段下驻室的壁板上。应用时， 弯刀槽上部U型的两边分别插入并夹紧在弯刀槽的两侧的壁板边缘，可以 用螺钉进行固定。

在实际应用时，某风洞为光滑洞壁，洞内不能设置任何设备。试验中 在风洞侧观察窗外布置一个高速相机光路，试验段下驻室内安装一台高速 相机，弯刀槽中安装反射镜装置，实现了双视角光路成像。在模型投放试 验中，通过对两台高速相机成像结果的图像和数据处理，获得了投放模型 的攻角、偏航角和滚转角测量结果。

需要说明的是本发明实施例中涉及的光滑洞壁是指风洞试验段内表面 无任何附作物凸起，没有装置安装条件的试验段内壁。

综上所述，本发明实施例带来的有益效果如下：

一、实现双视角光路正交，同时完成攻角、偏航角、滚转角的测量。 采用本发明的双视角光路，可以保证尽可能精确的获得风洞模型三个姿态 角的测量数据。同时，这种光路的后期图像和数据处理的算法简单、计算 量小，保证了快速准确的获得试验结果。另外，本发明的双视角光路标定 方法也比较简单，在中小型试验段中应用非常方便。

二、两个光路相互之间没有干扰，空间利用率高。采用其他的光路布 置方法，一种可能是共用观察窗，使观察窗的有效利用率大大降低，测量 范围减小，甚至导致测量精度降低；另一种可能是使用两个观察窗，这给 风洞试验段提出了严格的要求，大多数中小型风洞的试验段都不能满足这 种要求。

三、采用了反射光路，既避免了投放的模型砸坏高速相机，又实现了 成像光路的方便快速调节。采用本发明中的反射镜装置，可以将高速相机 安全的安装在风洞下驻室内，避免试验中投放的模型砸坏价格昂贵的测量 设备，同时通过调节反射镜的俯仰和偏转角，可以很方便的实现对指定测 量区域的成像。

四、克服了空间和安装条件的限制，解决了现有的多台高速摄像机不 能安装在风洞中，以及摄像光路无法布置的技术问题，为模型投放试验采 用多视角摄影测量技术提供了技术手段。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。