内转式进气道内流场的拍摄方法和拍摄装置与流程

本发明涉及流体力学技术领域，更具体地说，涉及一种内转式进气道内流场的拍摄方法，还涉及一种内转式进气道内流场的拍摄装置。

背景技术：

内转式进气道是吸气式高超声速飞行器的一种三维进气形式，其流道的几何型面为三维曲面，而内转式进气道是采用金属等不透明的材料进行模型加工，会遮挡光路，从而无法获得反映该内转式进气道内流场的图像。

综上，如何提供用于内转式进气道的流场的拍摄方法和拍摄装置，以获得能够反应该内转式进气道内流场的图像，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种内转式进气道内流场的拍摄方法，其在内转式进气道模型上设置壁面孔，并于壁面孔处安装拍摄组件，通过光纤传像束将流场图像传输到风洞外进行拍摄，能够获得内转式进气道模型内的流场图像。本发明还提供一种内转式进气道内流场的拍摄装置，其应用了上述方法，能够获得内转式进气道模型内的流场图像。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种内转式进气道内流场的拍摄方法，包括：

1)在内转式进气道模型的预设位置打孔以形成壁面孔；

2)将拍摄组件安装于所述壁面孔，并调试拍摄组件，以获得所述拍摄组件的设置参数；

3)将所述拍摄组件由所述壁面孔取出，并对所述拍摄组件进行畸变参数标定，以获得该拍摄组件的畸变参数矩阵；

4)将所述拍摄组件安装于所述壁面孔，对所述内转式进气道模型进行风洞试验，并使所述拍摄组件以所述设置参数为参数拍摄流场图像；

5)根据所述畸变参数矩阵对步骤4)拍摄的所述流场图像进行处理，以获得畸变校正后的流场图像。

优选的，上述拍摄方法中，所述步骤3)中“对所述拍摄组件进行畸变参数标定”是采用拍摄国际象棋棋盘格图案的方式对所述拍摄组件进行畸变参数标定。

优选的，上述拍摄方法中，所述设置参数包括：拍摄帧率、曝光时间、图像分辨率和图像画幅大小。

优选的，上述拍摄方法中，所述步骤4)中“使所述拍摄组件采用所述设置参数拍摄流场图像”为：利用光源照射拍摄区域，并使所述拍摄组件采用所述设置参数进行拍摄，获得所述流场图像。

优选的，上述拍摄方法中，所述拍摄组件包括：

用于照射内转式进气道模型内待拍摄区域的光源；

高速相机；

用于流场图像传输的光纤传像束；

连接于所述高速相机的目镜；

通过所述光纤传像束与所述目镜相连的物镜；

其中，所述物镜用于装配于所述壁面孔。

一种内转式进气道内流场的拍摄装置，应用上述技术方案中任意一项所述的拍摄方法，包括：

光源，所述光源用于照射内转式进气道模型内待拍摄区域；

高速相机；

目镜，所述目镜连接于所述高速相机；

光纤传像束，所述光纤传像束用于流场图像传输；

物镜，所述物镜通过所述光纤传像束与所述目镜相连；

其中，所述物镜用于装配在所述内转式进气道模型的壁面孔处，并采集流场图像。

优选的，上述拍摄装置中，所述高速相机与计算机相连。

优选的，上述拍摄装置中，所述物镜用于设置为与所述内转式进气道模型的内壁平齐。

本发明提供一种内转式进气道内流场的拍摄方法，其包括：1)在内转式进气道模型的预设位置打孔以形成壁面孔；2)将拍摄组件安装于上述壁面孔，并调试拍摄组件，以获得拍摄组件的设置参数；3)将拍摄组件由壁面孔取出，并对拍摄组件进行畸变参数标定，以获得该拍摄组件的畸变参数矩阵；4)将拍摄组件安装于壁面孔，对内转式进气道模型进行风洞试验，并使拍摄组件采用设置参数拍摄流场图像；5)根据上述畸变参数矩阵对步骤4)拍得的流场图像进行处理，以获得畸变校正后的流场图像。

本发明提供的内转式进气道内流场的拍摄方法中，在内转式进气道模型上设置了壁面孔，并于壁面孔处安装拍摄组件，能够获得内转式进气道模型内的流场图像。

本发明还提供一种内转式进气道内流场的拍摄装置，其应用了上述方法，能够获得内转式进气道模型内的流场图像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的内转式进气道内流场的拍摄装置与内转式进气道模型、风洞实验舱的装配图；

图2为内转式进气道模型与图1所示内转式进气道内流场的拍摄装置的装配图；

图3为本发明实施例提供的另一种内转式进气道流场的拍摄装置的结构示意图；

其中，图1-图3中：

高速相机1；目镜2；光纤传像束3；导光光纤4；计算机5；氙灯6；隔离段7；挡风斜劈块8；内转式进气道模型9；风洞喷管出口10；模型支架11；风洞实验舱12；丝线13；壁面孔14；壁面透孔15；物镜16；激光片光17。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种内转式进气道内流场的拍摄方法，其在内转式进气道模型上设置壁面孔，并于壁面孔处安装拍摄组件，能够获得内转式进气道模型内的流场图像。本发明实施例还公开了一种内转式进气道内流场的拍摄装置，其应用了上述方法，能够获得内转式进气道模型内的流场图像。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3，本发明实施例提供一种内转式进气道内流场的拍摄方法，其包括：

1)在内转式进气道模型9的预设位置打孔以形成壁面孔14；

进行该步骤时，需根据研究需要，在内转式进气道模型9上确定预设位置，以确保运行该拍摄方法后拍摄组件获得待研究区域的流场图像，如需研究内转式进气道模型9中隔离段7的流场时将壁面孔14设置于隔离段7，需研究内转式进气道模型9中压缩段的流场时将壁面孔14设置于压缩段；当然，上述预设位置的选取还需参考拍摄组件，如参考拍摄组件中物镜16的焦距和视场角；

2)将拍摄组件安装于上述壁面孔14，并调试拍摄组件，以获得拍摄组件的设置参数；

“将拍摄组件安装于上述壁面孔14”并非将整个拍摄组件安装在壁面孔14处，而是将用于获取内转式进气道模型9内光线的光学组件(该光学组件具体为物镜16)安装于壁面孔14处；由物镜16获得的流场图像光线将通过光纤传像束3传输到风洞实验舱12外，并输送至拍摄组件的成像部件(该成像部件具体为高速相机1)；上述调试拍摄组件是指使调整拍摄组件的各种参数，并以拍摄效果最佳时各参数的值为设置参数；

3)将拍摄组件由壁面孔14取出，并对拍摄组件进行畸变参数标定，以获得该拍摄组件的畸变参数矩阵；

该步骤中先将拍摄组件由壁面孔14处取出，便于用户将拍摄组件移动至风洞实验舱12外开阔的空间，方便用户进行畸变参数标定；同时，进行畸变参数标定时，拍摄组件以步骤2)获得的设置参数为参数；

4)将拍摄组件安装于壁面孔14，对内转式进气道模型9进行风洞试验，并使拍摄组件以步骤2)中获得的上述设置参数为参数拍摄流场图像；

该步骤中，内转式进气道模型9通过模型支架11安装在进行风洞试验的风洞试验舱12内，并使内转式进气道模型9朝向风洞喷管出口10；

5)根据上述畸变参数矩阵对步骤4)拍得的流场图像进行处理，以获得畸变校正后的流场图像。

显然，采用本实施例提供的拍摄方法能够获得内转式进气道模型9内的流场图像。

上述实施例提供的拍摄方法中，拍摄组件包括用于照射内转式进气道模型9内待拍摄区域的光源，高速相机1，连接于高速相机1的目镜2，光纤传像束3，以及通过光纤传像束3与目镜2相连的物镜16；其中，物镜16用于装配在内转式进气道模型9的壁面孔14处。

优选的，上述物镜16用于设置为与内转式进气道模型9的内壁平齐，以防形成凹凸不平的台阶状结构，避免内转式进气道模型9的内部流道受影响，确保应用上述拍摄方法获得能准确反映流场情况的图像。

本领域技术人员可以理解的是，利用拍摄组件拍摄图像时需利用光源照射以使流场显示，该光源可设置为氙灯6。为了使氙灯6的光线射入内转式进气道内，上述内转式进气道上需设置壁面透孔15，该壁面透孔15用于安装导光光纤4，氙灯6通过导光光纤4将光输送至内转式进气道模型9内。另外，上述导光光纤4上安装于壁面透孔15的端部应设置为与内转式进气道模型9的内壁平齐，以防形成凹凸不平的台阶状结构，避免进气道内部流道受影响，确保获得能够准确反映流场情况的图像。

该采用氙灯6的方案中，进行步骤2)时，除将拍摄组件安装于壁面孔14，还需在内转式进气道模型9内待观察的壁面位置粘贴丝线13(丝线13长度达8-10mm，直径为0.5mm)，之后对拍摄组件进行调试时，氙灯6发出的光通过导光光纤4导入内转式进气道模型9内，并照射进气道内部粘贴的丝线13，丝线13图像经由拍摄组件拍摄成像；相应的，步骤4)中拍摄过程与上述丝线13成像过程相同。

本领域技术人员可以理解的是，壁面上粘贴的丝线13沿当地气流方向摆动，用户可通过拍摄组件获得的壁面丝线图谱认识气流的流动情况。

当然，上述光源还可设置为激光片光17，相应的，步骤2)以及步骤4)中拍摄组件拍摄图像的过程如下：在风洞上游气流中播撒一定浓度的微小粒子，微小粒子随气流运动并进入内转式进气道模型9内部，使激光片光17从内转进气道模型9的尾部照射内转式进气道模型9的内部流场；在激光片光17的照射范围内，不同粒子密度散射光强不同，拍摄组件拍得平面激光散射图像，研究时用户通过该平面激光散射图像获知内转式进气道模型9的内部流场情况。

以上两种实施方案分别选取了壁面丝线流场显示技术和平面激光散射流场显示技术，其还可应用粒子图像测速技术和激光诱导荧光技术等，本实施例不做具体限定。

具体的，上述步骤2)中调试拍摄组件的具体过程如下：

使高速相机1通过物镜16、光纤传像束3和目镜2获得内转式进气道模型9内部流场的图像，用户以上述图像为依据通过计算机5对高速相机1的拍摄帧率、图像分辨率、图像画幅大小、曝光时间进行多次设置；调节目镜2的焦距；将拍摄图像清晰，效果最好时上述高速相机1的拍摄帧率、图像分辨率、图像画幅大小、曝光时间，以及目镜2的焦距分别记录为预设参数。显然，设置参数包括拍摄帧率、曝光时间、图像分辨率、图像画幅大小和目镜2的焦距。当然，设置参数包括但不限于上述参数，根据需要进行步骤2)时还可调节并记录光源的亮度等参数，本实施例不做具体限定。

上述步骤3)中“对拍摄组件进行畸变参数标定”为采用拍摄标准的国际象棋棋盘格的方法对拍摄组件进行畸变参数标定，具体是拍摄不同姿态下的国际象棋棋盘格图像。当然，该步骤3)还可采用其它方法进行畸变参数标定，本实施例不做具体限定。

上述步骤4)中“使拍摄组件采用上述设置参数拍摄流场图像”为：利用光源照射拍摄区域，并使拍摄组件采用上述设置参数进行拍摄，获得流场图像。另外，进行步骤4)时需将光纤传像束3固定于内转式进气道模型9或模型支架11上，以防风洞实验舱12内的高速气流对拍摄组件造成破坏。另外还可设置挡风斜劈块8覆盖光纤传像束3末端以保护拍摄组件。

如上所述的拍摄方法中，在步骤4)中进行风洞试验时可设置多组拍摄组件以对内转式进气道模型9内的多个部位同时拍摄，满足研究需要。

本发明实施例提供的拍摄方法对拍摄组件进行了畸变参数标定，能够使拍摄组件中经光纤传像束3传送图像后产生的畸变进行校正，确保获得准确反映流场情况的流场图像。

本发明实施例还提供一种内转式进气道内流场的拍摄装置，其应用了上述实施例提供的拍摄方法，包括：

光源，光源用于照射内转式进气道模型9内待拍摄区域；

高速相机1；

目镜2，目镜2连接于高速相机1；

物镜16，物镜16通过光纤传像束3与目镜2相连；

其中，物镜16用于装配于内转式进气道模型9的壁面孔14。

上述光源可设置为氙灯6，相应的，氙灯6需连接如上述实施例提供的导光光纤4，该导光光纤4用于安装于内转式进气道模型9的壁面透孔15处；当然，光源还可设置为如上述实施例所述的激光片光17，具体选用的光源类型根据选择的流场显示方法而定，本实施例不做具体限定。

上述高速相机1与计算机5相连；该计算机5用于设置拍摄组件的参数，并用于对拍摄组件进行畸变参数标定，获得畸变参数矩阵，以及利用该畸变参数矩阵对拍摄组件拍得的流场图像进行处理，获得畸变较正后的流场图像。

上述物镜16用于设置为与内转式进气道模型9的内壁平齐，以防形成凹凸不平的台阶状结构，避免内转式进气道模型9的内部流道受影响，确保应用上述拍摄装置获得能反映真实流场情况的图像。

本发明实施例提供的拍摄装置应用了上述实施例提供的拍摄方法，能够获得内转式进气道模型内的流场图像。当然，本发明实施例提供的拍摄装置还具有上述实施例提供的拍摄方法的其它效果，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。