飛機起降階段流場動態特性戶外測量用發煙裝置的製造方法
2023-07-27 04:29:31 4
專利名稱:飛機起降階段流場動態特性戶外測量用發煙裝置的製造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種飛機起降階段流場動態特性戶外測量用發煙裝置，其為基於無人機的飛機戶外真實環境下的起飛著陸過程流場動態特性測量用的低成本快速發煙裝置，採用動態相似的無人機代替有人駕駛的試驗機進行飛行試驗，降低了測試成本與風險，適用於新式布局飛機在設計研發階段的測試比對；相比於風洞靜態模擬試驗，本實用新型用於待測飛機及測量裝置放置於室外真實飛行環境中的測試過程，實現一種動態測量方法，測試環境更真實，所得的實驗數據參考價值高；本實用新型製作簡單，易操作，可解決在較高區域或測試尺寸較大的無人機，煙霧短時間內上升不到或間距太寬難以分布均勻等相關問題。
【專利說明】
飛機起降階段流場動態特性戶外測量用發煙裝置
技術領域
[0001] 本實用新型涉及飛機近地流場特性測量領域，具體為一種飛機起降階段流場動態特性戶外測量用發煙裝置。
【背景技術】
[0002] 目前，風洞試驗是最常用的空氣動力學實驗方法，因其能較準確地控制實驗條件、 實驗項目和內容多樣、結果精確度較高等優點在飛行器研製領域有廣泛應用。比如在新式布局飛機研製初期，通常需要利用模型機經過大量靜態風洞試驗來模擬流場，預測其飛行性能。然而在測試飛機起飛與著陸性能時，其缺點卻是不可忽視的。第一，近地流場因受地面效應的影響，表現出與高空流場不同的流場特性，風洞所使用的靜態模型難以準確模擬； 第二，風洞中的氣流是有邊界的，邊界的存在限制了邊界附近的流線彎曲，使風洞流場有別於真實飛行的流場;第三，風洞實驗中需要用支架把模型支撐在氣流中，而支架的存在會產生對模型流場的幹擾。雖然支架效應和洞壁幹擾所造成的誤差可通過後期數據處理加以修正，卻使整個試驗方法更加複雜，不易操作；加之風洞本身造價較高，一般的空氣動力學實驗室很難得到所需的資金支持。
[0003] 採用與目標飛機幾何相似、氣動相似及動力相似的縮比模型飛機在空中進行飛行試驗，可以獲取目標飛機的飛行性能以及飛機的氣動參數。這種試驗方法與風洞試驗相比， 可以減少新式布局飛機試飛的風險，降低研究成本。《縮比模型遙控飛行驗證技術的研究及展望》(航空工程進展，2011年2月，第2卷第1期，43至47頁)中指出，雖然在驗證可信度方面， 縮比飛行驗證不能全面代替傳統的飛行試驗，但對於某些技術的驗證具有其獨特的優勢。 根據氣動理論分析，縮比模型在起飛著陸性能方面與實際尺寸飛機具有相關性。《縮比模型飛機及其飛控系統與原型機的相似關係》(飛行力學，2003年6月，第21卷第2期，34至37頁) 採用量綱理論，導出了原型飛機與縮比模型飛機各物理量的相似比例關係，進而可以根據原型飛機的數學模型得到對應縮比模型飛機的數學模型，為縮比模型飛機預測全尺寸飛機的飛行性能與品質提供了理論依據。
[0004] 此外，流動顯示技術作為一種發展較成熟的流體力學實驗手段，可直接用於風洞流場校測和各類空氣動力實驗，為空氣動力計算提供可靠的流動模型，還能發現一些新的流動現象，具有簡單直觀的優點，適用於研究包括地面效應在內的飛機近地流場等複雜流場的動態特性。
[0005] 從國內外公開發表的文獻資料中，還未發現將流動顯示技術應用於縮比模型飛行驗證的相關測量裝置及方法。
【發明內容】
[0006] 針對現有的風洞試驗在飛機近地流場動態特性測量方面的不足，本實用新型提供基於無人機的飛機戶外真實環境下的起飛著陸過程流場動態特性測量用的低成本快速發煙裝置，運用縮比模型無人機飛行試驗來預測全尺寸飛機的飛行性能和飛行品質，室外測試還原測試環境的真實性，獲得更可靠的測試數據，降低新式布局飛機研製階段的測試成本，可作為風洞試驗和CFD計算的補充技術手段。
[0007] 本實用新型的技術方案為:
[0008] —種飛機起降階段流場動態特性戶外測量用發煙裝置，其特徵在於:由斜板底座、 軸流風機、置物籃、航模拉煙器和遙控點火器組成;軸流風機固定安裝在斜板底座上，斜板底座朝跑道方向傾斜10°?15° ;若干置物籃均勻布置固定在軸流風機外側，且置物籃朝向軸流風機軸向傾斜10°?15° ;航模拉煙器放置在置物籃內，遙控點火器受外部控制系統操控，用於點燃航模拉煙器。
[0009] 有益效果
[0010] 本實用新型提出的飛機起降階段流場動態特性測量用發煙裝置，用於測量飛機起降階段流場動態特性。採用動態相似的無人機代替有人駕駛的試驗機進行飛行試驗，降低了測試成本與風險，適用於新式布局飛機在設計研發階段的測試比對;相比於風洞靜態模擬試驗，本實用新型將待測飛機及測量裝置放置於室外真實飛行環境中，是一種動態測量方法，測試環境更真實，所得的實驗數據參考價值高;本實用新型將煙風洞的流場可視化特點與飛行試驗的環境真實性相結合，為大型運輸機起降階段的適航符合性驗證提供了一種新思路。
[0011] 本實用新型的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
【附圖說明】
[0012] 本實用新型的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0〇13]圖1:測量方法原理示意圖；
[0014] 圖2:發煙裝置示意圖；
[0015] 其中:1、軸流風機;2、置物籃;3、鐵絲;4、斜板底座;5、航模拉煙器。
【具體實施方式】
[0016] 下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
[0017] 在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」、 「順時針」、「逆時針」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。
[0018] 本實施例主要針對現有的風洞試驗在飛機近地流場動態特性測量方面的不足，提供了一種基於無人機的飛機戶外真實環境下的起飛著陸過程流場動態特性測量方法和一種測量用的低成本快速發煙裝置，運用縮比模型無人機飛行試驗來預測全尺寸飛機的飛行性能和飛行品質，室外測試還原測試環境的真實性，獲得更可靠的測試數據，降低新式布局飛機研製階段的測試成本，可作為風洞試驗和CFD計算的補充技術手段。
[〇〇19]如圖2所示，本實施例中採用的快速發煙裝置，由斜板底座4、軸流風機1、三個6cm X 6cm X 12cm置物籃2、航模拉煙器5和遙控點火器組成。軸流風機固定安裝在斜板底座上， 斜板底座朝跑道方向傾斜10°?15°，目的是將煙霧迅速均勻混合在縮比模型試驗機起飛或著陸的測試區域內。將鐵絲3彎成S型從軸流風機1邊框的圓孔中穿過，另一端懸掛盛有航模拉煙器5的置物籃2,從而將置物籃均勻布置固定在軸流風機外側，且置物籃朝向軸流風機軸向傾斜10°?15°，以使拉煙向軸流風機中心聚集。遙控點火器受外部控制系統操控，用於同步點燃航模拉煙器。軸流風機1啟動後可以將煙霧迅速混合，待到煙霧在測試區域呈均勻穩定狀態時，即可開始實驗。對於1米以下高度的測試區域，在實際測試時，可以不啟動軸流風機，航模拉煙器的拉煙能夠滿足均勻布滿測試區域的要求，當測試區域高度達到2m，則需要啟動軸流風機，使拉煙區域升高。使用軸流風機時，可由功率估算軸流風機1的轉速，以便於後期進行數據處理，得到精確度較高的來流速度等流場數據。
[0020] 該裝置製作簡單，易操作，可解決在較高區域或測試尺寸較大的無人機，煙霧短時間內上升不到或間距太寬難以分布均勻等相關問題。
[0021] 基於上述快速發煙裝置，本實施例中的飛機起降階段流場動態特性戶外測量方法包括以下步驟:
[0022] 步驟1:依據待測試的飛機，採用相似原理，製作待測試的飛機的縮比模型試驗機。
[0023] 步驟2:依據縮比模型試驗機的展長尺寸，在縮比模型試驗機戶外測試區域的起飛著陸跑道兩側均勻布置若干發煙裝置;本實施例縮比模型試驗機翼展3m，則在跑道兩側對稱各排布4個發煙裝置，兩側發煙器間距約4m，同側發煙器的間距約2m。
[0024] 步驟3:將軸流風機連接發電機啟動，遙控操作點火器同時啟動所有航模拉煙器， 使煙均勻散布於測試環境中；按照中國民用航空總局適航條例CCAR25部中關於起飛/著陸過程的速度規定，操縱縮比模型試驗機在測試區域起飛或著陸，同時利用布置在跑道一側和/或跑道正前方的攝像機，記錄煙霧隨流場運動圖像；同時利用風速儀記錄測試時的風速和風向。
[〇〇25] 步驟4:採用OpenCV圖像追蹤軟體對攝像機記錄的圖像進行處理，得到清晰的流場圖；利用得到的流場圖以及所記錄的測試時的風速風向和軸流風機轉速，對流場進行誤差修正，分析得到流場動態參數。
[〇〇26] 儘管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下在本實用新型的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和
變型。
【主權項】
1.一種飛機起降階段流場動態特性戶外測量用發煙裝置，其特徵在於:由斜板底座、軸 流風機、置物籃、航模拉煙器和遙控點火器組成;軸流風機固定安裝在斜板底座上，斜板底 座朝跑道方向傾斜10°?15° ;若干置物籃均勻布置固定在軸流風機外側，且置物籃朝向軸 流風機軸向傾斜10°?15° ;航模拉煙器放置在置物籃內，遙控點火器受外部控制系統操控， 用於點燃航模拉煙器。
【文檔編號】G01M9/00GK205719467SQ201620306879
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】高仁慧, 侯乃丹, 宮磊, 張煒
【申請人】西北工業大學