【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于近地效应捕捉，具体涉及一种用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统及方法。
技术介绍
1、对旋翼直升机而言，近地效应的影响十分显著，当旋翼离地较近时，旋翼翼尖涡系结构的下半部分漩涡会被地面打散，旋翼翼尖气流的下洗受到明显阻碍，这将导致旋翼的诱导阻力大幅度下降，升力大幅上升，旋翼的升阻比上升。对一般直升机而言，当旋翼离地面的高度为旋翼的展场时，旋翼的诱导阻力将减小大约1%，当旋翼离地面的高度为旋翼展长的1/10时，旋翼的诱导阻力将上升48%以上。据统计，当多旋翼直升机距地面的高度为1000米时，近地效应仍能对直升机的静升限产生较大影响。故而研究并充分利用旋翼的近地效应，对提高旋翼机的载量，提高旋翼机的静升限具备较大意义。
2、旋翼机的翼尖涡系结构的下半部分被地面打散是近地效应产生的重要原因，准确捕捉近地旋翼的翼尖涡系结构状态，能使研究者更充分地理解并研究近地效应。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统及方法，能够准确捕捉近地旋翼的翼尖涡系结构状态，便于后续对流场的性质进行分析。
2、为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统，包括：箱体、拍摄系统、激光发射器、旋翼实验平台、机械臂；
4、所述箱体底部开有凹槽，以放置机械臂；所述凹槽有凹槽盖，旋翼旋转时，机械臂安置在凹槽中，所述凹槽盖关闭，以减少凹槽对实验结果的干扰
5、所述箱体中心应安置旋翼及旋翼测力平台，同时在旋翼下方的箱体底部安装电机，所述电机通过连杆控制旋翼旋转及叶片俯仰；所述箱体的尺寸由箱体中旋翼的桨盘半径r决定，为减少箱体内壁对实验结果的干扰，所述箱体的长宽高应分别大于7.2r，5.2r，5.2r；
6、所述箱体底部中心处开有矩形通孔，并安装光学玻璃，所述光学玻璃下方装有激光发射装置，使得旋翼及其附近流场完全被激光所覆盖；所述矩形通孔长3.9r，宽3.2r；
7、所述箱体侧面和顶端均安装拍摄系统，所述拍摄系统中相机在其所在平面具备两个移动自由度；且具有转动自由度。
8、一种用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的方法，包括以下步骤：
9、s1：打开由气缸控制的箱体底部的凹槽盖，将机械臂展开至箱体中，此时机械臂头部的工作部为喷雾装置，实施喷雾操作，直至箱体内的空气填满hfsb，即可收回机械臂，关闭凹槽；
10、s2：捕捉涡结构：打开箱体底部的激光束光源，打开旋翼电机，根据具体实验要求，使用高速摄像机，在具体实验的给定位置上对箱体内的流场环境拍照，高速摄像机拍摄的操作方式为：操作控制两条直线导轨上的滚珠丝杠的电机，以及控制相机接口旋转的电机，即可实现相机的三个自由度的运动；
11、s3：关闭箱体底部的激光束光源，将机械臂头部的工作部改为激光发射装置，打开凹槽盖，使用机械臂对箱体内的某个特定平面进行激光照射并拍照；
12、s4：收回机械臂，关闭凹槽盖，将机械臂头部的工作部换为热线风速仪探头，静置，待流场中的肥皂泡hfsb散去后，打开凹槽盖，再次将机械臂伸入箱体中，对箱体内给定点的流场速度使用热线风速仪的探头探测；
13、s5：最后收回机械臂，关闭凹槽盖；通过trackfit方法与flowfit方法对装置拍摄的照片进行b样条曲线的插值及滤波降噪，得到三维流场矢量图，再将计算结果与热线风速仪在给定点的测量结果进行对比，可检验高速摄像机拍照及后处理方法的准确性。
14、有益效果：本专利技术提供了一种用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统及方法，测量系统与现有技术相比具有以下优势：
15、1、拍摄系统中高速摄像机在其所在平面具备两个移动自由度，可使得高速摄像机在其所在平面内自由运动，同时摄像机存在一个转动自由度；
16、2、机械臂头部的工作部可在箱体下方更换；
17、3、流场重构时，将高速摄像机拍摄到的点位信息经由成本函数最小化器，并基于噪声粒子轨迹计算速度、加速度和压力场，通过trackfit方法与flowfit方法对装置拍摄的照片进行b样条曲线的插值及滤波降噪，即可得到流场在给定时刻的矢量分布图，分布图中将呈现出被地面打散的旋翼翼尖涡系结构，便于后续对流场的性质进行分析。
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1.一种用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统，其特征在于，包括：箱体、拍摄系统、激光发射器、旋翼实验平台、机械臂；所述箱体底部开有凹槽以放置机械臂；所述箱体中心应安置旋翼及旋翼测力平台；所述箱体底部中心处开有矩形通孔，并安装光学玻璃，所述光学玻璃下方装有激光发射装置；所述箱体侧面和顶端均安装拍摄系统，所述拍摄系统中相机在其所在平面具备两个移动自由度；且具有转动自由度。
2.根据权利要求1所述的用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统，其特征在于，所述凹槽有凹槽盖，旋翼旋转时，机械臂安置在凹槽中，所述凹槽盖关闭。
3.根据权利要求1或2所述的用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统，其特征在于，所述机械臂为可折叠式六自由度机械臂，头部的工作部可更换，单个机械臂完全伸展后的长度应大于4R，其中R为旋翼的桨盘半径。
4.根据权利要求1所述的用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统，其特征在于，在旋翼下方的箱体底部安装电机，所述电机通过连杆控制旋翼旋转及叶片俯仰。
5.根据权利要求1所述的用于捕捉近地效应下多旋翼
6.根据权利要求1或5所述的用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统，其特征在于，所述矩形通孔长3.9R，宽3.2R，其中R为旋翼的桨盘半径。
7.一种用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述系统，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的方法，其特征在于，S5具体包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的方法，其特征在于，S501具体包括以下步骤：
10.根据权利要求8或9所述的用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的方法，其特征在于，S502具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统，其特征在于，包括：箱体、拍摄系统、激光发射器、旋翼实验平台、机械臂；所述箱体底部开有凹槽以放置机械臂；所述箱体中心应安置旋翼及旋翼测力平台；所述箱体底部中心处开有矩形通孔，并安装光学玻璃，所述光学玻璃下方装有激光发射装置；所述箱体侧面和顶端均安装拍摄系统，所述拍摄系统中相机在其所在平面具备两个移动自由度；且具有转动自由度。
2.根据权利要求1所述的用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统，其特征在于，所述凹槽有凹槽盖，旋翼旋转时，机械臂安置在凹槽中，所述凹槽盖关闭。
3.根据权利要求1或2所述的用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统，其特征在于，所述机械臂为可折叠式六自由度机械臂，头部的工作部可更换，单个机械臂完全伸展后的长度应大于4r，其中r为旋翼的桨盘半径。
4.根据权利要求1所述的用于捕捉近地效应下多旋翼桨尖涡系结构状态的系统，其特征在于，在旋翼下方的箱体底部安装电...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴正猷，刘熠，赵科旭，陈肇麟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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