技术领域
[0001] 本
发明属于
风洞试验技术领域，具体则涉及一种基于PIV测速方式来测量襟翼缝道流动的装置。
背景技术
[0002] 风洞试验中，对类似襟翼缝道等精细流场进行PIV测量会因为缝隙空间的限制使得激光难以照亮整个需要拍摄的流场区域，针对这个问题通常的解决办法是直接通过几何光学知识，尽可能的找到可拍摄的最大区域先行拍摄，对于剩下的部分区域则需要重新布置光路再次拍摄，通过PIV系统的计算，再将两部分实验结果进行拼接，即得到整个拍摄区域的流场结果。
[0003] 上述传统的基于PIV拍摄襟翼缝道流场的方法，存在以下
缺陷：其一，对于找到尽可能大的拍摄区域本身就比较困难；其二，二次布置光路大大增加了工作量，而且效率很低；其三，通过两次测量的结果进行拼接，对于测量结果有很大的误差，不是同一车次的实验结果，存在很多的不确定性。因此，如何寻求一种突破光路限制，既能确保实验结果的准确性，又能提高实验的效率的测量方法，是本领域技术人员迫待解决的技术难题。
发明内容
[0004] 本发明的首要目的在于提供一种基于PIV测速方式的测量襟翼缝道流动的装置，该方法不仅能使测量方便快捷，且测量得到的结果可靠性得到保证。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于PIV测速方式来测量襟翼缝道流动的光路布置方法，包括以下步骤：
[0006] 片光激光从
激光器射出端射出，通过光路装置，使片光激光分成两束片光激光；粗调光路装置内的反光镜，使两束片光激光能分别从两个方向打在襟翼缝道内；细调反光镜并使两束片光激光能重合即光路搭建完毕。
[0007] 上述方案的优点：突破了
现有技术的枷
锁，克服了如何利用PIV测量襟翼缝道流场的光路布置这一难题，另辟蹊径的通过分光原理和光反射原理结合PIV单元可完整的测量出流场的流动情况。该方法不但测算方便快捷，且通过PIV单元计算得到的结果可得到有效保证
[0008] 本发明的另一个目的在于提供一种应用上述方法的装置，本装置结构简单而实用，占地面积也不大。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：.一种测量襟翼缝道流动的装置，包括分光结构，反光结构；所述的分光结构包括分光立方体(2)以及分束立方体转接器(3)，所述的分光结构包括第一方形反光镜固定架(5)，第二方形反光镜固定架(7)以及第一平面全反射镜(6)和第二平面反光镜(8)，其特征在于，还包括测算已通过粒子流速的PIV单元(1)，所述的PIV单元(1)的光路照射方向与待测粒子运动方向平行。
[0010] 所述的分束立方体(2)通过旋转分束立方体转接器(3)上的旋钮，使分束立方体卡在分束立方体转接器内；所述的分束立方体转接器(3)通过调节二维高稳定镜架(4)上的旋钮使二者连接在一起，并通过杆架结构(9)与下
底板(10)连接，所述的第一平面全反射镜(6)，第二平面反光镜(8)通过分别调节第一方形反光镜固定架(5)和第二平面反光镜固定架(7)上一端的两个旋钮，将平面全反射镜固定在方形反光镜固定架上，所述的两个方形反光镜固定架通过杆架结构与下底板(10)连接。
[0011] 所述的PIV单元(1)射出端需要紧靠分光结构布置。
[0012] 所述的分束立方体(2)为非偏正光学分束立方体，立方体由两
块直
角棱镜组成，分束立方体能够将入射光按1:1的比例分为反射光和透过光，所述的分束立方体转接器(3)为金属制件。
[0013] 所述的分束立方体(2)的
镀膜面应作为内侧面和分束立方体转接器(3)
接触。
[0014] 所述的包含有分束立方体(2)的分束立方体转接器(3)
水平放置连接在二维高稳定镜架(4)上。
[0015] 所述分光结构将有分束立方体的一端靠近PIV射出端。
[0016] 所述的两个平面全反射镜前镀有光学介质膜。
[0017] 所述的PIV单元射出端、分光结构以及第一反光结构应在同一轴线上，且平行于风洞气流来流方向。
[0018] 第一反光结构上的平面全反射镜(6)与所在方向上的激光成45°角，第二反光结构上的平面全反射镜(8)与所在方向的激光成45°角。
[0019] 本发明的主要优点在于：
[0020] 1)、本发明将分束立方体靠近PIV单元的片光激光射出端，即相当于在PIV单元的片光激光射出端设置了一个分流装置，由于分束立方体为非偏正光学立方体，故可以认为分出来的两束片光是完全相同的，不同的只是方向上的变化。由于分束立方体并未有很大的
能量损失，在PIV单元最大能量、功率范围内，分出两束片光激光均能满足实验的要求。
[0021] 2)、本装置利用反光结构对分流出来的两束片光激光进行传播路径上的改变，因为所利用的是进行前镀膜效果的光学玻璃，所以在传播能量上并未有过多的损耗，这就为保证实验的精准性提供了保障。同时考虑到激光传播速度为光速，对于装置内部较小的传播距离，可以认为两束激光达到
指定区域的时间是一样的，这就符合了PIV单元测量的基本要求。
[0022] 3)对于类似的襟翼缝道测量方式，利用一台激光器可以把整个待测区域照亮的方法也保证了实验的连贯性和完整性，避免了传统的多次布置光路，多车次进行测量的缺陷，同时突破了传统技术枷锁，而另辟蹊径的在不改变PIV单元本身的特点情况下，仅仅改变了激光的传播路径，即可将待测区域一次性照亮，这对于实验的准确、高效是有利的；而且其结构简单而使用，占地面积及维护效率都可以相应得到显著增强。
附图说明
[0023] 下面结合附图和
实施例对本发明进一步说明。
[0024] 图1是本发明的结构示意图
[0025] 图2是本发明实验原理图。
[0026] 图3是PIV示意图
[0027] 附图中
[0028] 1、PIV单元 2、分束立方体 3、分束立方体转接器[0029] 4、二维高稳定镜架 5、第一方形反光镜固定架 6、第一平面全反射镜[0030] 7、第二方形反光镜固定架 8、第二平面全反射镜 9、杆架结构[0031] 10、下底板 11、CCD相机 12、PIV系统[0032] 13、多段翼模型
具体实施方式
[0033]
粒子图像测速技术(PIV)是一种瞬态流动平面二维流速场测试技术，其基本原理如图3所示，是选择具有良好流动跟随性和光散射性的微小示踪粒子播撒于流场中，然后用激光片
光源(厚度约为1mm)把被测流场的某一测试平面照明，通过
图像采集系统(如CDD相机(11))等)，分别记录下t1、t2时刻的流场粒子图像，经过PIV系统(12)的数字
图像处理，求出两次拍摄时间间隔内粒子的位移，即可算出速度场。然而，PIV技术时至今日虽然已经为较为成熟的粒子测速方式，但是对于细小缝道如襟翼缝道的精细测量仍没有什么进展。关键就在于如何将PIV单元的激光完整的照亮整个缝道。本发明就是采用一种新的光路布置方法，来测量襟翼缝道流场情况，其具体如下：
[0034] 一种新的光路布置方法，如图2所示，包括以下步骤：片光激光从激光器射出端射出，通过光路装置，使片光激光分成两束片光激光；粗调光路装置内的反光镜，使两束片光激光能分别从两个方向打在襟翼缝道内；细调反光镜并使两束片光激光能重合即光路搭建完毕。
[0035] 通过上述的光路布置方法，突破了现有的传统技术枷锁，克服了如何以PIV检测单元测算类似襟翼缝道等精细流场的光路问题，该光路布置方法不但布置简单快捷，且对于实验测量结果准确性有保证。
[0036] 由上述的光路布置方法，设计出一套适用于类似襟翼缝道等精细流场测量的光路装置，具体结构如下：
[0037] 一种基于PIV测速方式来测量襟翼缝道流动的光路装置，本装置包括分光结构，反光结构；所述的分光结构包括分光立方体(2)以及分束立方体转接器(3)，所述的分束立方体(2)通过旋转分束立方体转接器(3)上的旋钮，使分束立方体卡在分束立方体转接器内；所述的分束立方体转接器(3)同样通过调节二维高稳定镜架(4)上的旋钮使二者连接在一起，并通过杆架结构(9)与下底板(10)连接；所述的反光结构包括第一方形反光镜固定架(5)，第二方形反光镜固定架(7)以及第一平面全反射镜(6)和第二平面反光镜(8)，所述的第一平面全反射镜(6)，第二平面反光镜(8)通过分别调节第一方形反光镜固定架(5)和第二平面反光镜固定架(7)上一端的两个旋钮，将平面全反射镜固定在方形反光镜固定架上，所述的两个方形反光镜固定架通过杆架结构与下底板(10)连接。
[0038] 本装置还包括测算已通过粒子流速的PIV单元(1)，所述的PIV单元(1)的光路照射方向与待测粒子运动方向平行。
[0039] 本发明具体结构如图1所示，这样，通过将分束立方体(2)靠近PIV单元(1)的片光激光射出端，即相当于在PIV单元(1)的片光激光射出端设置了一个分流装置，由于分束立方体(2)为非偏正光学立方体，故可以认为分出来的两束片光是完全相同的，不同的只是方向上的变化。由于分束立方体并未有很大的能量损失，在PIV单元最大能量、功率范围内，分出两束片光激光均能满足实验的要求。通过分光分出来两个方向上的片光激光沿直线传播，经过反射结构上的第一、第二平面全反射镜(6)(8)的反射，最终从两个方向打在襟翼缝道内。所用到的第一、第二平面全反射镜(6)、(8)为前镀膜效果的光学玻璃，所以在传播能量上并未有过多的损耗，这就为保证实验的精准性提供了保障。通过调节反光结构的
位置，以及细调第一、第二平面全反射镜(6)、(8)的角度可以使两束片光激光在襟翼缝道内重合，这就使得整个襟翼缝道不存在有被遮挡的部分，为PIV单元系统测算整个缝道流场速度场提供了条件。对于激光而言，传播的速度为光速，对于光路布置中的路程差而言可以认为两束片光激光是同时打亮襟翼缝道的，这就符合PIV单元系统的测算原理。通过这种光路装置布光，其整体结构简单而实用，占地面积及维护效率都可以得到有效的增强。
[0040] 在实际风洞测量中，待测量的多段翼通常垂直于来流方向，而利用PIV测量襟翼缝道流动只需要测量襟翼缝道的一个截面流动即可，这就需要PIV单元激光照亮这个截面。而这个照亮的结构为与来流方向平行时测算效果最佳。而对于PIV单元激光射出端照射方向优选为平行来流，这样就不需要过多的调节反射结构。这就保证了通过其流场的粒子的高效测算，以为其整体结构的有效稳定工作提供保证。
[0041] 作为本发明的进一步优选方案，所述的PIV单元(1)射出端紧靠分束立方体布置，两者的距离约为1～2公分为最适宜，因为PIV单元射出端射出的激光为扇形，远离激光射出端扇形越大，故应选择距PIV单元(1)射出端1～2公分距离放置分光结构，同时也要保证两者的轴线平行来流方向。
[0042] 进一步的，所述的分光机构中的分束立方体转接器(3)、二维高稳定镜架(4)为金属制件；比如
铝或者
铜、
铁等常见的金属材质均可。当然，为确保其材质的均匀性和性能
稳定性，亦可优选为分束立方体转接器(3)、二维高稳定镜架耐
腐蚀的不锈
钢制件，
不锈钢制件材料均匀，性能稳定且不易腐蚀，使用寿命较长，更能符合实际的生产加工以及使用需求。当然最基本要求是不能腐蚀破坏分束立方体。
[0043] 对于反光结构的布置，图1一给出了具体的布置方式，所述的PIV单元(1)射出端、分光结构以及高度较低的反光结构应在同一轴线上，且平行于风洞气流来流方向。反光结构上的第一、第二平面全反射镜(6)、(8)与所在方向上的激光均成45°角。第二反光结构距离分光结构大约为2～3个公分，且他们之间的轴线垂直于来流方向，并要求其上的第二平面全反射镜(8)要在分束立方体(2)正上方，保证从分束立方体分出来的光能打到平面反射镜上。实际上对于第一、第二平面全反射镜(6)、(8)与激光方向所成角度不一定严格要求为45°，可视情况而细调平面全反射镜的角度，只要保证两束片光激光能重合即可。
[0044] 更进一步的，所述的平面全反射镜用其他的平面全反射反光镜也可，当然为了保证激光损反射率大小，亦可优选镀膜介质效果的光学全反射镜，当然，实际选用时亦可采用其他类似特性材料，以实现能够达到PIV单元标准拍摄效果为准。
[0045] 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于
本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的
权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
