[发明专利]拖曳水池随车式PIV测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及船舶水动力学试验领域，具体涉及拖曳水池随车式PIV测试装置。

背景技术

拖曳水池PIV(粒子成像测速)技术正在舰艇及水中兵器水动力、噪声研究与设计中发挥越来越重要的作用。

拖曳水池PIV可分为随车式PIV与岸基式PIV。岸基式PIV的测试系统不随拖车而运动，当拖车携带试验模型经过测试点时，测试系统工作，可测量时间短，且激光光源及CCD(图像传感器)是静止的，不随模型运动，因而一次只能得到一幅图像，不能连续拍摄，因而工作效率低、误差大。随车式PIV最大的优点是连续性、高效率、高精度，激光光源及CCD的拍摄是跟随模型一起同步运动，在运动过程中激光光源所产生的片光、CCD、模型相对位置不变，因此，能做到连续拍摄，通过计算模型相对位移距离和所用时间的比，一次性得到某一截面的速度场，通过三维架调整模型与片光、CCD的相对位置，得到立体速度场，因而大大提高了测试精度和效率。

CSSRC于1999年研制开发出一种基于连续激光器的混合式PIV系统，已经具备了随车式PIV系统的功能，只不过激光器过于庞大而放置在水池一端，CCD等图像采集系统放置在拖车上。其缺点是，连续激光的能量低，测试面积小；由于采用的是非跨帧式CCD，所测量的速度偏低，测量精度偏低；水下机构未采用流线型抗流激振动设计，也限制了可测量的速度。

1997年Dantec公司与美国IOWA大学拖曳水池联合研制出国际上第一套拖曳水池数字化随车式PIV系统。这是一种连体式水下PIV系统，即水下片光支架与CCD支架是相连的，尽管CCD鱼雷体可以围绕片光鱼雷体旋转，但自由度有限。

2004年美国IOWA大学拖曳水池改进开发的随车式3D-PIV系统，其缺点是水下片光支架与CCD支架的鱼雷体都采用了垂直圆柱型，容易产生流激振动、干扰被测流场。

此外在现有的随车式PIV系统中，都是在水下片光支架内设置两个反射镜，通过反射镜将激光器发射的激光传导至片光鱼雷体的片光模块上，从而发射出去。其缺点是反光镜会由于支撑杆的晃动，使光路发生偏移，导致测试部位偏差，并产生速度测试误差。

发明的内容

为了克服现有技术的不足之处，申请人经过研究改进，提供一种拖曳水池随车式PIV测试装置，可以实现多种PIV测量状态，基本覆盖各种模型、不同测量位置的试验要求，实现大功率激光器激光的水下准确传输，并克服水下机构的流激振动。

本发明的技术方案如下：

一种拖曳水池随车式PIV测试装置，包括安装于水面上的拖车、处于水面下的片光鱼雷体和CCD鱼雷体，以及安装于拖车上的激光器，所述片光鱼雷体及CCD鱼雷体分别通过各自的支架与所述拖车连接。

其进一步的技术方案为：所述激光器通过安装于支架内的导光臂与片光鱼雷体连接。

其进一步的技术方案为：所述片光鱼雷体内设有片光模块。

其进一步的技术方案为：所述CCD鱼雷体内设有CCD模块。

其进一步的技术方案为：所述片光鱼雷体或CCD鱼雷体内设有反射镜模块。

其进一步的技术方案为：所述片光鱼雷体和CCD鱼雷体相连接。

其进一步的技术方案为：所述片光鱼雷体和CCD鱼雷体为水平圆柱型。

本发明的有益技术效果是：

一、本发明采用模块化结构、水下支架采用流线型的水平鱼雷体。突破了拖曳水池随车式PIV连体式水下支架的局限，实现了水下分体式、模块化、多功能模式，可满足多种PIV测量状态，基本覆盖各种模型、不同测量位置的试验要求。实现了拖曳水池随车式PIV的数字化、连续化、实时化测量，测量效率大为提高，测量精度大幅提高。

二、本发明在照明和摄像布局上具有灵活性，可根据测量需求，设计出各种CCD与片光的布局方案。具备测量水平面、纵垂面、横截面三向截面流场的功能。在2D-PIV系统的基础上，增加一个CCD模块及其配套模块，就可以组建3D-PIV系统。

三、采用导光臂将激光从激光器输到水下片光模块，有效地保障了激光传输的指向性，实现大功率激光器激光的水下准确传输。

四、可测量船舶及水中兵器、螺旋桨周围流场、尾流场等复杂精细流场能。拖车速度可达到3.5m/s，一次性最大测量面积达到了300mm×300mm。

五、本发明在泵喷推进器内流场PIV试验、水下标模SOBOFF尾流场(水平面)的二维、三维速度场测量、以及水下回转体模型大攻角分离流场等的PIV试验中得到成功应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。