[发明专利]用于测量沿壁的空气流动的装置

说明书

本发明提供了简单的准确地实时测量沿壁的空气流动的装置的实施方案，并且涉及测量装置，该测量装置包括：光学传感器(3)，该光学传感器被配置成测量所述光学传感器的自由表面上的照度分布，以及构件(5)，该构件可移动地安装在所述轻的传感器上并且部分地覆盖其自由表面，所述构件被称作可移动构件(5)并且适于根据局部空气流动方式来自由地定向，由此调节所述自由表面上的照度分布，从而由光学传感器测量的当前的照度分布指示出所述可移动构件的表示当前空气流动方式的当前方向。

技术领域

本发明涉及空气流动的测量领域，并且更具体地涉及沿壁的空气流动的空气动力学测量和实时可视化，以表征在空气中移动的车辆或飞行器类的对象的壁流(parietalflow)。

背景技术

航空学领域中通常使用的测量沿壁的空气动力学流动的技术包括观察在壁的一个端部处附着于壁的被称作“丝线风标(tufts)”的毛或尼龙丝线。然而，这些“丝线风标”可具有与流动的特征没有直接联系的固有的不稳定性。因此，为了弥补这些缺点，“丝线风标”已逐渐地被塑料材料的“流动锥(flow cones)”替代。流动锥是刚性的、薄的且重量轻的，并且能够在锥的顶点处通过尼龙丝线附接至壁。流动锥的轻盈能够使其自由地移动并且能够使其本身与空气的流动方向对准。

因此，为了测量飞行器上的空气动力学流动，流动锥被安装在飞行器的需要分析的区域中。因为流动锥的轻盈，流动锥根据航空学流动的类型展示特征性移动并且其形状在视频录像中能够看得见。这些流动锥可以被机载摄像机拍摄，来自机载摄像机的记录能够实时地或脱机地使用数据。

然而，该技术不能研究难以或甚至不可能安装仪器的被遮挡区域，例如在飞行器的下侧。此外，该技术不能准确地测量在壁上的流动的方向，因此不能获得关于流动状态的客观准则。

为了更全面地表征飞行器上的空气动力学流动，NASA研发了一种在飞行的稳定阶段期间注入包含示踪物和溶剂的流体的技术。在壁处的摩擦(rubbing)将沿着一定的路线引导该流体，该流体的几何形状取决于流动的状况。当飞行状况保持恒定(持续一至两分钟)时，溶剂的蒸发将使得示踪物被固定。一旦回到地面，则可以获得所有需要的观察值。该技术被D.Fisher等人在标题为“In flight flow visualisation characteristics ofthe NASA F18 high Alpha research vehicle at high angle of attack”(NASA技术备忘录4193，1990年5月)的文献中进行了描述。

然而，在飞行中的示踪物注入和干燥的技术不提供获得流动的实时可视化，此外，每一次飞行仅能够表征一个试验点。

因此，本发明的目的是通过提供精确的空气流动测量装置和用于实时地全面测量壁上的空气动力学流动的系统，同时使得能够执行在壁的所有区域上的、反复进行的测量，来弥补上述缺点。

发明内容

本发明旨在提供空气流动测量装置，包括：

-光学传感器，该光学传感器配置成测量所述光学传感器的自由表面上的照度分布，以及

-构件，该构件可移动地安装在所述光学传感器上并且部分地覆盖所述光学传感器的自由表面，所述构件被称作可移动构件并且适于根据空气的局部流动而自由地定向，由此调节所述自由表面上的照度分布，从而通过光学传感器的对照度分布的当前测量值指示出表示空气的当前流动的所述可移动构件的当前取向。

该装置能够在壁的所有区域上实时地并且反复执行相对非侵入性的测量。因此，当壁是飞行器的一部分时，测量可以在飞行器的所有区域上执行。不再需要使被分析的空气动力学区域在视场中或使用摄像机以显现可移动构件从而指示空气动力学数据。此外，该装置利用天然的环境照度并且不需要附加光源装置。

有利地，光学传感器包括环状光电探测器，该环状光电探测器包括预定数量的光检测轨道并且传送表示由每个轨道接收的照度的信号，从而生成在光学传感器的自由表面上的照度分布的测量值。