專利名稱：拖曳水池隨車式piv測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及船舶水動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及拖曳水池隨車式Piv測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
拖曳水池PIV (粒子成像測(cè)速)技術(shù)正在艦艇及水中兵器水動(dòng)力、噪聲研究與設(shè)計(jì) 中發(fā)揮越來越重要的作用。拖曳水池PIV可分為隨車式PIV與岸基式PIV。岸基式PIV的測(cè)試系統(tǒng)不隨拖車 而運(yùn)動(dòng)，當(dāng)拖車攜帶試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?jīng)過測(cè)試點(diǎn)時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)工作，可測(cè)量時(shí)間短，且激光光源及 CCD(圖像傳感器)是靜止的，不隨模型運(yùn)動(dòng)，因而一次只能得到一幅圖像，不能連續(xù)拍攝， 因而工作效率低、誤差大。隨車式PIV最大的優(yōu)點(diǎn)是連續(xù)性、高效率、高精度，激光光源及 C⑶的拍攝是跟隨模型一起同步運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中激光光源所產(chǎn)生的片光、(XD、模型相對(duì) 位置不變，因此，能做到連續(xù)拍攝，通過計(jì)算模型相對(duì)位移距離和所用時(shí)間的比，一次性得 到某一截面的速度場(chǎng)，通過三維架調(diào)整模型與片光、CCD的相對(duì)位置，得到立體速度場(chǎng)，因而 大大提高了測(cè)試精度和效率。CSSRC于1999年研制開發(fā)出一種基于連續(xù)激光器的混合式PIV系統(tǒng)，已經(jīng)具備了 隨車式Piv系統(tǒng)的功能，只不過激光器過于龐大而放置在水池一端，CXD等圖像采集系統(tǒng)放 置在拖車上。其缺點(diǎn)是，連續(xù)激光的能量低，測(cè)試面積??；由于采用的是非跨幀式CCD，所測(cè) 量的速度偏低，測(cè)量精度偏低；水下機(jī)構(gòu)未采用流線型抗流激振動(dòng)設(shè)計(jì)，也限制了可測(cè)量的 速度。1997年Dantec公司與美國(guó)IOWA大學(xué)拖曳水池聯(lián)合研制出國(guó)際上第一套拖曳水池 數(shù)字化隨車式PIV系統(tǒng)。這是一種連體式水下Piv系統(tǒng)，即水下片光支架與CXD支架是相 連的，盡管C⑶魚雷體可以圍繞片光魚雷體旋轉(zhuǎn)，但自由度有限。2004年美國(guó)IOWA大學(xué)拖曳水池改進(jìn)開發(fā)的隨車式3D-PIV系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是水下片 光支架與CCD支架的魚雷體都采用了垂直圓柱型，容易產(chǎn)生流激振動(dòng)、干擾被測(cè)流場(chǎng)。此外在現(xiàn)有的隨車式PIV系統(tǒng)中，都是在水下片光支架內(nèi)設(shè)置兩個(gè)反射鏡，通過 反射鏡將激光器發(fā)射的激光傳導(dǎo)至片光魚雷體的片光模塊上，從而發(fā)射出去。其缺點(diǎn)是反 光鏡會(huì)由于支撐桿的晃動(dòng)，使光路發(fā)生偏移，導(dǎo)致測(cè)試部位偏差，并產(chǎn)生速度測(cè)試誤差。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，申請(qǐng)人經(jīng)過研究改進(jìn)，提供一種拖曳水池隨車式 PIV測(cè)試裝置，可以實(shí)現(xiàn)多種PIV測(cè)量狀態(tài)，基本覆蓋各種模型、不同測(cè)量位置的試驗(yàn)要求， 實(shí)現(xiàn)大功率激光器激光的水下準(zhǔn)確傳輸，并克服水下機(jī)構(gòu)的流激振動(dòng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種拖曳水池隨車式PIV測(cè)試裝置，包括安裝于水面上的拖車、處于水面下的片 光魚雷體和CCD魚雷體，以及安裝于拖車上的激光器，所述片光魚雷體及CCD魚雷體分別通 過各自的支架與所述拖車連接。[0012]其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述激光器通過安裝于支架內(nèi)的導(dǎo)光臂與片光魚雷體連 接。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述片光魚雷體內(nèi)設(shè)有片光模塊。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述CXD魚雷體內(nèi)設(shè)有CXD模塊。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述片光魚雷體或CCD魚雷體內(nèi)設(shè)有反射鏡模塊。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述片光魚雷體和CXD魚雷體相連接。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述片光魚雷體和CXD魚雷體為水平圓柱型。本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是一、本實(shí)用新型采用模塊化結(jié)構(gòu)、水下支架采用流線型的水平魚雷體。突破了拖曳 水池隨車式PIV連體式水下支架的局限，實(shí)現(xiàn)了水下分體式、模塊化、多功能模式，可滿足 多種PIV測(cè)量狀態(tài)，基本覆蓋各種模型、不同測(cè)量位置的試驗(yàn)要求。實(shí)現(xiàn)了拖曳水池隨車式 Piv的數(shù)字化、連續(xù)化、實(shí)時(shí)化測(cè)量，測(cè)量效率大為提高，測(cè)量精度大幅提高。二、本實(shí)用新型在照明和攝像布局上具有靈活性，可根據(jù)測(cè)量需求，設(shè)計(jì)出各種 CCD與片光的布局方案。具備測(cè)量水平面、縱垂面、橫截面三向截面流場(chǎng)的功能。在2D-PIV 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)CXD模塊及其配套模塊，就可以組建3D-PIV系統(tǒng)。三、采用導(dǎo)光臂將激光從激光器輸?shù)剿缕饽K，有效地保障了激光傳輸?shù)闹?向性，實(shí)現(xiàn)大功率激光器激光的水下準(zhǔn)確傳輸。四、可測(cè)量船舶及水中兵器、螺旋槳周圍流場(chǎng)、尾流場(chǎng)等復(fù)雜精細(xì)流場(chǎng)能。拖車速 度可達(dá)到3. 5m/s，一次性最大測(cè)量面積達(dá)到了 300mm X 300mm。五、本實(shí)用新型在泵噴推進(jìn)器內(nèi)流場(chǎng)PIV試驗(yàn)、水下標(biāo)模SOBOFF尾流場(chǎng)(水平面) 的二維、三維速度場(chǎng)測(cè)量、以及水下回轉(zhuǎn)體模型大攻角分離流場(chǎng)等的PIV試驗(yàn)中得到成功應(yīng)用。

[0024]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。[0025]圖2是尾部打光，側(cè)面攝像狀態(tài)的布局圖。[0026]圖3是圖2的左視圖。[0027]圖4是圖2的俯視圖。[0028]圖5是側(cè)面打光，尾部攝像狀態(tài)的布局圖。[0029]圖6是圖5的左視圖。[0030]圖7是圖5的俯視圖。[0031]圖8是尾部打光，上面攝像狀態(tài)的布局圖。[0032]圖9是圖8的左視圖。[0033]圖10是圖8的左視圖。[0034]圖11是側(cè)面打光，上面攝像狀態(tài)的布局圖。[0035]圖12是圖11的左視圖。[0036]圖13是圖11的左視圖。[0037]圖14是側(cè)面打光，側(cè)面攝像狀態(tài)的布局圖。[0038]圖15是圖14的左視圖。[0039]圖16是圖14的左視圖。以上各附圖中1、拖車，2、片光魚雷體，3、C⑶魚雷體，4、片光支架，5、(XD支架，6、 激光器，7、導(dǎo)光臂，8、片光模塊，9、CXD模塊，10、反射鏡模塊。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步說明。如圖1所示，本實(shí)用新型包括安裝于水面上的拖車1、處于水面下的片光魚雷體2 和CXD魚雷體3，以及安裝于拖車上的激光器6，片光魚雷體2及CXD魚雷體3分別通過片 光支架4及CXD支架5與拖車1連接，并隨拖車1運(yùn)動(dòng)。片光魚雷體2和CXD魚雷體3采用 分體式布局；激光器6、片光魚雷體2和CXD魚雷體3又連接于同一個(gè)位移平臺(tái)(拖車1)， 可實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的整體位移。此外還采用模型支架用于固定被測(cè)模型(圖中未示出)，實(shí)現(xiàn) 模型相對(duì)于片光魚雷體2、CCD魚雷體3的三向位移，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量截面的相對(duì)位移。如圖1所示，激光器6通過安裝于片光支架4內(nèi)的導(dǎo)光臂7與片光魚雷體2連接， 采用導(dǎo)光臂7將激光從激光器6傳輸?shù)剿缕饽K，有效地保障了激光傳輸?shù)闹赶蛐?，?shí) 現(xiàn)大功率激光器激光的水下準(zhǔn)確傳輸。片光魚雷體2和CCD魚雷體3為水平圓柱型，可以 減小了水下機(jī)構(gòu)的流激振動(dòng)。本實(shí)用新型采用模塊化結(jié)構(gòu)，片光魚雷體2內(nèi)設(shè)有片光模塊8，CCD魚雷體3內(nèi)設(shè) 有CXD模塊9，還可以按需求在片光魚雷體2內(nèi)或者CXD魚雷體3內(nèi)安裝反射鏡模塊10，CXD 模塊9與片光模塊8可互換連接于對(duì)方的支架上，且片光魚雷體2和CXD魚雷體3還可以 相連接為一體。通過各模塊不同的連接、組合及布局模式，可以實(shí)現(xiàn)多功能的隨車式PIV測(cè) 試，使本實(shí)用新型具備測(cè)量三向截面流場(chǎng)、測(cè)量螺旋槳尾流場(chǎng)、分離流、導(dǎo)管內(nèi)流場(chǎng)等復(fù)雜 精細(xì)流場(chǎng)的功能?？梢詽M足五種測(cè)量狀態(tài)，以覆蓋各種模型、不同測(cè)量位置的試驗(yàn)要求。下 面分別說明采用本實(shí)用新型來實(shí)現(xiàn)五種測(cè)量狀態(tài)時(shí)的布局模式。實(shí)施例1 尾部打光，側(cè)面攝像如圖2、圖3、圖4所示，是尾部打光，側(cè)面攝像狀態(tài)的布局圖。其中圖2為z-x平 面，圖3為z-y平面，圖4為y-x平面，即圖3是圖2的左視圖，圖4是圖2的俯視圖，圖2 中箭頭方向?yàn)橥宪嚨倪\(yùn)動(dòng)方向。在此測(cè)量模式下，片光魚雷體2和CXD魚雷體3處于同一水平面，且片光魚雷體2 位于CXD魚雷體3的側(cè)后方。片光魚雷體2包括片光模塊8，CXD魚雷體3包括CXD模塊9 和反射鏡模塊10。片光模塊8發(fā)射的片光從尾部打到被測(cè)模型上后反射，然后經(jīng)反射鏡模塊10反射 后被側(cè)方的CCD模塊9捕捉。實(shí)施例2 側(cè)面打光，尾部攝像如圖5、圖6、圖7所示，是側(cè)面打光，尾部攝像狀態(tài)的布局圖。其中圖5為z-x平 面，圖6為z-y平面，圖7為y-x平面，即圖6是圖5的左視圖，圖7是圖5的俯視圖，圖5 中箭頭方向?yàn)橥宪嚨倪\(yùn)動(dòng)方向。在此測(cè)量模式下，片光魚雷體2和CXD魚雷體3處于同一水平面，且CXD魚雷體3 位于片光魚雷體2的側(cè)后方。片光魚雷體2包括片光模塊8和反射鏡模塊10，CXD魚雷體 3包括CXD模塊9。[0052]片光模塊8發(fā)射的片光經(jīng)反射鏡模塊10反射后從側(cè)面打到被測(cè)模型上后反射，被 尾部的CXD模塊9捕捉。實(shí)施例3 尾部打光，上面攝像如圖8、圖9、圖10所示，是尾部打光，上面攝像狀態(tài)的布局圖。其中圖8為z-x平 面，圖9為z-y平面，圖10為y-x平面，即圖9是圖8的左視圖，圖10是圖8的俯視圖，圖 8中箭頭方向?yàn)橥宪嚨倪\(yùn)動(dòng)方向。在此測(cè)量模式下，片光魚雷體2和CXD魚雷體3處于同一垂直面，且片光魚雷體2 位于CXD魚雷體3的下后方。片光魚雷體2包括片光模塊8，CXD魚雷體3包括CXD模塊9 和反射鏡模塊10。片光模塊8發(fā)射的片光從尾部打到被測(cè)模型上后反射，然后經(jīng)反射鏡模塊10反射 后被上方的C⑶模塊9捕捉。實(shí)施例4 側(cè)面打光，上面攝像如圖11、圖12、圖13所示，是側(cè)面打光，上面攝像狀態(tài)的布局圖。其中圖11為z_x 平面，圖12為z-y平面，圖13為y-x平面，即圖12是圖11的左視圖，圖13是圖11的俯視 圖，圖11中箭頭方向?yàn)橥宪嚨倪\(yùn)動(dòng)方向。在此測(cè)量模式下，片光魚雷體2和CXD魚雷體3既不處于同一水平面，也不處于同 一垂直面，片光魚雷體2位于CCD魚雷體3的下后側(cè)方。片光魚雷體2包括片光模塊8，CCD 魚雷體3包括CXD模塊9和反射鏡模塊10。片光模塊8發(fā)射的片光從側(cè)面打到被測(cè)模型上后反射，然后經(jīng)反射鏡模塊10反射 后被上方的C⑶模塊9捕捉。實(shí)施例5 側(cè)面打光，側(cè)面攝像如圖14、圖15、圖16所示，是側(cè)面打光，側(cè)面攝像狀態(tài)的布局圖。其中圖14為z_x 平面，圖15為z-y平面，圖16為y-x平面，即圖15是圖14的左視圖，圖16是圖14的俯視 圖，圖14中箭頭方向?yàn)橥宪嚨倪\(yùn)動(dòng)方向，圖15、圖16中箭頭方向?yàn)镃CD拍攝方向。在此測(cè)量模式下，片光魚雷體2和CXD魚雷體3相互連接為一體，且片光魚雷體2 在前、CXD魚雷體3在后，且在片光魚雷體2的片光模塊8前方也裝有一個(gè)CXD模塊9和一 個(gè)反射鏡模塊10，因此共有兩個(gè)CCD模塊9以及兩個(gè)反射鏡模塊10。處于中部的片光模塊8發(fā)射的片光從側(cè)面打到被測(cè)模型上后反射，經(jīng)前后兩個(gè)反 射鏡模塊10反射后被側(cè)面的前后兩個(gè)CCD模塊9捕捉，得到3D的測(cè)試數(shù)據(jù)。以上所述的僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例?？?以理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的 其他改進(jìn)和變化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種拖曳水池隨車式PIV測(cè)試裝置，包括安裝于水面上的拖車、處于水面下的片光魚雷體和CCD魚雷體，以及安裝于拖車上的激光器，其特征在于所述片光魚雷體及CCD魚雷體分別通過各自的支架與所述拖車連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述拖曳水池隨車式PIV測(cè)試裝置，其特征在于所述激光器通過 安裝于支架內(nèi)的導(dǎo)光臂與片光魚雷體連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述拖曳水池隨車式PIV測(cè)試裝置，其特征在于所述片光魚雷體 內(nèi)設(shè)有片光模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述拖曳水池隨車式PIV測(cè)試裝置，其特征在于所述CXD魚雷體 內(nèi)設(shè)有CCD模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述拖曳水池隨車式PIV測(cè)試裝置，其特征在于所述片光魚雷體 或CCD魚雷體內(nèi)設(shè)有反射鏡模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述拖曳水池隨車式PIV測(cè)試裝置，其特征在于所述片光魚雷體 和CXD魚雷體相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任意一項(xiàng)所述拖曳水池隨車式PIV測(cè)試裝置，其特征在于 所述片光魚雷體和CXD魚雷體為水平圓柱型。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種拖曳水池隨車式PIV測(cè)試裝置，包括安裝于水面上的拖車、處于水面下的片光魚雷體和CCD魚雷體，以及安裝于拖車上的激光器，所述片光魚雷體及CCD魚雷體分別通過各自的支架與所述拖車連接。所述激光器通過安裝于支架內(nèi)的導(dǎo)光臂與片光魚雷體連接，所述片光魚雷體和CCD魚雷體為水平圓柱型。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)多種PIV測(cè)量狀態(tài)，基本覆蓋各種模型、不同測(cè)量位置的試驗(yàn)要求，實(shí)現(xiàn)大功率激光器激光的水下準(zhǔn)確傳輸，并克服水下機(jī)構(gòu)的流激振動(dòng)。
文檔編號(hào)G01P5/20GK201680957SQ20102020388
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者姚明珠, 張軍, 張國(guó)平, 張志榮, 徐鋒, 朱建良, 洪方丈, 陸林章, 陳小玲 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七〇二研究所