专利摘要

本实用新型公开了一种用于测量风洞试验中大型舰船舰面流场的系统，系统在步进电机固定框正面安装霍尔元件，电机转盘上固定有小磁钢。当舰船横纵摇系统运转起来，小磁钢离离霍尔元件最近时，霍尔元件获得电信号并传输给同步器，作为粒子图像测速系统的拍摄的触发信号。同步器控制激光发射器发射一束激光，照射在远处的反光镜上，该束激光发生方向偏转，并通过圆形玻璃棒获得一个面激光，照亮所需要研究的流场截面。该特殊光路摆脱了激光发生器的尺寸限制以及风洞结构带来的空间限制，同时避免了激光发射器对于风场的影响。本实用新型的测量系统及方法能够对运动周期内舰船模型某一姿态下的截面进行精确地定位锁相拍摄，获得舰船表面的流场特性。

权利要求

1.一种用于测量风洞试验中大型舰船舰面流场的系统，其特征在于，包括舰船模型、运动控制子系统和粒子图像测速组件；所述运动控制子系统包括电机组件，所述电机组件包括步进电机、U槽轴承和电机转盘，所述电机转盘中心开设有中心孔以安装在所述步进电机的转轴上，在距所述中心孔一定距离开设槽孔以安装U槽轴承；所述粒子图像测速组件包括霍尔元件、小磁钢、激光发射器、反光镜、圆柱玻璃棒、CCD相机、同步器、粒子图像处理系统；所述小磁钢分布在所述电机转盘内侧的同一圆周上，所述霍尔元件固定在步进电机固定框上，所述霍尔元件正对分布有小磁钢的圆周；所述CCD相机、激光发射器均与同步器连接，所述反光镜位于激光发射器发射的光路上，所述反光镜将激光反射至舰船模型方向；所述圆柱玻璃棒位于舰船模型尾部，所述圆柱玻璃棒将反光镜反射过来的束激光散射成为面激光；所述CCD相机用于拍摄舰船模型舰面。

2.根据权利要求1所述的用于测量风洞试验中大型舰船舰面流场的系统，其特征在于，所述小磁钢根据需要拍摄的相位布置，所述电机转盘转动时，小磁钢在一定时间内正对霍尔元件。

3.根据权利要求1所述的用于测量风洞试验中大型舰船舰面流场的系统，其特征在于，所述霍尔元件为单极性霍尔元件，用于输出电信号。

说明书

技术领域

本实用新型属于风洞试验技术领域，具体是一种用于测量风洞试验中大型运动舰船舰面流场的系统及方法；

背景技术

我国拥有面积广阔的领海以及相应绵长的海岸线，南北跨距大、海防力量不易到位，因此发展航空母舰与两栖攻击舰具有极大意义。两栖攻击舰主要负责大型运输、武装攻击、武装登录等任务，其中以母舰甲板为起降平台的两栖攻击舰舰载机作为先锋官与机动部队，在执行任务中起到了关键作用。但由于舰船甲板空间狭小，同时海况复杂，舰船会经历复杂的摇晃过程，其特有的起降环境会使得舰载机的操纵性受到严峻考验；舰船复杂的运动、来流的变化以及舰面复杂的建筑会使得舰面流场复杂危险，进而危害到舰载机起降时的安全，所以开展舰面流场研究是至关重要的。

尽管近年来对舰船流场的研究越来越广泛，但是由于舰船流场研究的特殊性，大多数的研究停留在数值计算方面，并且对于舰船在海上横摇、纵摇运动时的流场变化的研究还是比较少的。目前传统的舰船模型流场测量试验中，使用的均为静态的小型舰船模型，无法实现大型舰船的动态舰船舰面流场测量。而针对在大型舰船的动态舰船舰面流场测量会遇到许多问题，如：由于风洞实验段与舰船模型尺寸较大，而粒子图像测速设备无法内置于风洞中，外置的激光控制与发生装置受光导臂的限制无法正确照射；在大型舰船模型运动时，舰船姿态角与粒子图像测速拍摄无法同步触发，导致拍摄的数据无法与理想情况对应；在风洞试验时间紧、实验任务重的情况下减少实验车次，完成实验并达到流场测量的实验目的；对于大型动态舰船模型特殊的姿态角如何拍摄。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于测量风洞试验中大型运动舰船舰面流场的系统及方法，该方法克服了风洞实验中光路限制、同步触发、姿态定位以及一风多测等时空限制，实现对风洞试验中的大型舰船舰面流场进行测量。

本实用新型的测量系统主要与申请号为2019110749419的中国发明专利申请所公开的一种用于风洞试验的舰船姿态动态模拟系统相配合使用。

为实现上述发明目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于测量风洞试验中大型舰船舰面流场的系统，包括舰船模型、运动控制子系统和粒子图像测速组件。所述运动控制子系统包括电机组件，所述电机组件包括步进电机、U槽轴承和电机转盘，所述电机转盘中心开设有中心孔以安装在所述步进电机的转轴上，在距所述中心孔一定距离开设槽孔以安装U槽轴承。所述粒子图像测速组件包括霍尔元件、小磁钢、激光发射器、反光镜、圆柱玻璃棒、CCD相机、同步器、粒子图像处理系统。所述小磁钢分布在所述电机转盘内侧的同一圆周上，所述霍尔元件固定在步进电机固定框上，所述霍尔元件正对分布有小磁钢的圆周。所述CCD相机、激光发射器均与同步器连接，所述反光镜位于激光发射器发射的光路上，所述反光镜将激光反射至舰船模型方向。所述圆柱玻璃棒位于舰船模型尾部，所述圆柱玻璃棒将反光镜反射过来的束激光散射成为面激光；所述CCD相机用于拍摄舰船模型舰面。

进一步的，所述小磁钢根据需要拍摄的相位布置，所述电机转盘转动时，小磁钢在一定时间内正对霍尔元件。

进一步的，所述霍尔元件为单极性霍尔元件，用于输出电信号。

本实用新型的测量系统及方法能够在风洞中实现大型舰船模型的精确横纵摇运动，并能够对运动周期内舰船某一姿态下的截面进行精确地定位锁相拍摄，获得舰船表面的流场特性；此系统通过改变粒子图像测速软件中的延迟时间筛选霍尔元件传输信号，获得需要姿态下的流场拍摄。

附图说明

图1是本实用新型部分运动控制机构示意图；

图2是图1中的电机组件结构示意图；

图3是本实用新型用于测量风洞试验中大型舰船舰面流场的系统示意图；

图4是动态舰船模型舰面流场测试试验具体结构示意图；

图5是本实用新型风洞试验结构示意图；

图6是本发明风洞试验中舰船模型俯仰角度和上洗涡涡量关系效果图。

其中：1、光学平板，2、小型三角固定块，3、花兰扣，4、滑轮，5、支撑杆，6、第二角固定块，7、电机组件，71、步进电机，72、U槽轴承，73、电机转盘，74、霍尔元件，75、小磁钢，8、同步器，9、粒子图像处理系统，10、激光发射器，11、CCD相机，12、反光镜，13、圆柱玻璃棒，14、舰船模型。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型提出的一种用于测量风洞试验中大型舰船舰面流场的系统进行详细说明；在本实用新型描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制；本实例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。

如图1和5所示，本实用新型公开的一种用于测量风洞试验中大型舰船舰面流场的系统，包括舰船模型14、运动控制子系统和粒子图像测速组件。如图1所示，运动控制子系统包括电机组件7，如图2所示，电机组件7包括步进电机71、U槽轴承72和电机转盘73，电机转盘73中心开孔以安装在步进电机71的转轴上，在距中心孔一定距离开设槽孔以安装U槽轴承72。步进电机为高精度大扭矩步进电机，出轴方式为单出轴，配以编码器，可实现速度、加速度等参数的调节，使用时放置在风洞上方。

如图3所示，粒子图像测速组件包括霍尔元件74、小磁钢75、激光发射器10、反光镜12、圆柱玻璃棒13、CCD相机11、同步器8、粒子图像处理系统9。

小磁钢75为直径3mm圆柱小磁钢。小磁钢75分布在电机转盘73内侧的同一圆周上，霍尔元件74固定在步进电机71固定框上，霍尔元件74正对分布有小磁钢75的圆周。霍尔元件74为单极性霍尔元件，用于输出电信号。小磁钢75根据需要拍摄的相位布置，电机转盘73转动时，小磁钢75在一定时间内正对霍尔元件74。

CCD相机11、激光发射器10均与同步器8连接，反光镜12位于激光发射器10发射的光路上，反光镜12将激光反射至舰船模型14方向。圆柱玻璃棒13位于舰船模型14尾部，圆柱玻璃棒13将反光镜12反射过来的束激光散射成为面激光；CCD相机11用于拍摄舰船模型舰面。

如图1和4所示，本实用新型在风洞试验中，完整的试验机构还包括光学平板1、小型三角固定块2、支撑杆5、大型三角固定块6、电机组件和拉绳。光学平板1可拆卸地固定在风洞上壁板外表面，光学平板1亦可安装在其它位置，位于舰船模型上方均可。小型三角固定块2和大型三角固定块6相对安装在光学平板1上，支撑杆5水平安装在大型三角固定块6上，电机组件安装在小型三角固定块2上。

拉绳采用304不锈钢索绳。拉绳也可以为两根；其中一根拉绳一端固定在耳片10的槽孔上，另一端穿过滑轮4固定到U槽轴承72上；另一根拉绳一端固定在另一只耳片10的槽孔上，另一端穿过滑轮4固定到U槽轴承72上。拉绳从顶部风洞观察窗12穿过风洞。

上述试验系统还包括舰船模型底座、耳片和航空地板。舰船模型=下方根据横摇、纵摇运动的选择，纵置或横置轴承座。比如，舰船模型底座包括第一带座轴承、第二带座轴承和轴杆。轴杆用于穿过模型与地板的轴承座，实现舰船模型的单自由度运动。轴杆位于舰船模型底中心轴线上，轴杆穿过第一带座轴承和第二带座轴承。第一带座轴承和第二带座轴承数量分别为两个，两个第一带座轴承安装在舰船模型底部，两个第二带座轴承安装在航空地板上，4个轴承保持一定距离。舰船模型和舰船模型底座通过第一带座轴承组合在一起，舰船模型底座通过第二带座轴承固定到航空地板上。航空地板用以模拟舰船海面。耳片上开设有槽孔。

花兰扣3安装在大型三角固定块6上，拉绳穿过花兰扣3。花兰扣3用于调节拉绳的松紧度。

一种采用上述测量系统进行测量的方法，包括以下步骤：

连接好拉绳后，将舰船模型调整至中立位置，即保证舰船模型的横摇角度为零；将电机转盘处的U槽轴承调整至距舰船模型最远处，即保证电机转盘的槽孔与电机转盘的中心孔在同一竖直线上；收紧拉绳，最终保证两侧拉绳紧绷受力状态的同时，舰船模型和电机转盘同时处于中立位置。

当步进电机顺时针进行转动时，舰船模型一侧拉绳上拉，舰船模型一侧开始上扬；在电机转盘从中立位置转动90°后，模型上扬至最大横摇角；当步进电机转动至180°时，模型回到横摇角为0°的中立位置；步进电机从180°处继续转动，此时舰船模型另一侧拉绳上拉，模型另一侧开始上扬，并在步进电机转盘转至270°时达到最大上扬角度，当转盘转回中立位置时（360°），模型又重回到横摇角为0°的中立状态；以上为风洞试验舰船姿态动态模拟系统模拟横摇运动的一个运动周期；

本实施例中，小磁钢安装在电机转盘的0°、90°、180°、270°等位置，在模拟舰船姿态的过程中，当电机转盘每一次到达相应位置，小磁钢靠近霍尔元件，霍尔输出低电平信号给同步器，同步器传输给CCD相机与激光发射器，CCD相机进行一次拍摄。

上述激光发射器产生一束激光，经由一面反光镜改变=激光束方向，再经由圆柱玻璃棒获得面激光，照亮需要拍摄的截面。

本实用新型中构建了完整的舰船模型动态舰面流场测试系统，利用反光镜与圆柱玻璃棒，摆脱了风洞空间对于粒子图像测速系统中激光发生系统的位置限制，同时在舰船动态装置的基础上利用电机转盘规律，使用小磁钢与霍尔元件，实现了同一周期多个相位的锁相拍摄，节约了有限的风洞试验时间。

已通过相关风洞试验验证该实施例中通过分布式小磁钢，实现了一个风洞车次测量多个动态舰船特定相位的锁相拍摄的功能，并成功利用分离式的特殊光路避免了激光发射器的尺寸限制以及风洞结构带来的空间限制。如图6所示，在上仰-1°到上仰1°之间上洗涡涡量减弱，在下俯1°到下俯-2°之间上洗涡涡量增强。究其原因，是因为当舰船处于动态上仰的时候，等同于在左舷加有垂直向下的分速度，使得原来的压差减弱，所以上洗涡的涡量减弱；同理当舰船处于动态下俯的时候，等于在左舷加有垂直向上的分速度，使得与原来的压差增强，所以上洗涡的涡量增强。因此证明本实用新型可实现简便测量风洞试验中大型动态舰船舰面流场的目标。

基于对本实用新型优选实施方式的描述，应该清楚，由所附的权利要求书所限定的本实用新型并不仅仅局限于上面说明书中所阐述的特定细节，未脱离本实用新型宗旨或范围的对本实用新型的许多显而易见的改变同样可能达到本实用新型的目的。

一种用于测量风洞试验中大型舰船舰面流场的系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。