CN114813155B - 一种发动机排气矢量角测量和尾焰监测*** - Google Patents

一种发动机排气矢量角测量和尾焰监测*** Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，属于航空发动机整机试验与测试技术领域，包括：AGV底座运输车，用于运输和固定整个***；隔振支座，设置于AGV底座运输车上，用于屏蔽AGV底座运输车和台架的振动；六自由度支架，设置于隔振支座上；光学相机，设置于六自由度支架上，六自由度支架对光学相机进行位移和旋转角度的调整与固定；后处理工控机，分别与AGV底座运输车和光学相机信号连接，用于实时处理光学相机采集的图像信息，并转化为发动机气动矢量角以及实时重建三维尾焰场和温度场。通过本申请的处理方案，提高了测量精度和灵敏度，适用范围广，在线可调性强。

Description

一种发动机排气矢量角测量和尾焰监测***
技术领域
本申请涉及航空发动机整机试验与测试技术领域，尤其涉及一种发动机排气矢量角测量和尾焰监测***。
背景技术
近年来，航空武器装备逐步向无人化和隐身化方向发展。隐身性是现代和未来作战飞机必须具备的重要性能，而发动机红外隐身又是四代机隐身工作的重要组成部分。采用新型发动机喷管结构是提高发动机隐身性的重要手段，相比于轴对称喷管，相同出口面积下，二元矢量喷管具有较强的排气周长，提供了较大的冷、热流混合截面，圆转方筒体形成的涡流也能加强换热降低喷管的红外特性，同时，二元矢量喷管因其结构特性，通过与飞机后机身开展一体化设计，可以有效改善飞机尾部的气动布局，提高飞机隐身性能，综合各种因素，使得二元矢量喷管成为众多喷管结构中的较优选择。
实际上，二元矢量喷管作为一种全新的喷管结构，其在控制***、气动性能、密封部件、冷却设计以及结构强度方面存在众多技术难点需要攻克，因此在整机试验中，对二元喷管技术状态的动态监控显得尤为重要，其不仅是保证发动机及试车台试验安全的技术手段，也是获得喷管性能参数，优化改进喷管结构的重要数据来源与支撑。当前，地面台和高空台都是通过台架固定相机以及机载和台架温度、压力、位移等传感器对喷管技术状态进行监控的，监控手段相对落后，响应时间长，监控点少，对发动机喷流场影响大，已逐渐不能满足喷管日益增长的试验监测需求，急需新的高效监控手段对当前发动机状态监控***进行补充。
随着数字相机技术的发展和图像处理技术的进步，基于数字图像的非接触非干涉的光学测量方法在测量物体形貌和变形逐渐发挥重要作用，并逐渐应用到土木、机械、医学等专业。光场数字重聚焦、光学分层成像法和基于RGB（Red Green Blue，红绿蓝）热电偶测温法的图像处理方法日渐发展成熟，并逐渐应用在三维火焰场和温度场重建。然而，由于数字相机技术对相机使用环境和被测物体都提出了较高的环境要求，相应的数字图像技术尚未应用到发动机技术状态监控。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，至少部分解决现有技术中存在的对台架发动机技术状态监控手段逐渐不能满足二元喷管试验需求的问题。
本申请实施例提供一种发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，包括：
AGV底座运输车，所述AGV底座运输车用于运输和固定整个***；
隔振支座，所述隔振支座设置于所述AGV底座运输车上，用于屏蔽所述AGV底座运输车和台架的振动；
六自由度支架，所述六自由度支架设置于所述隔振支座上；
光学相机，所述光学相机设置于所述六自由度支架上，所述六自由度支架对所述光学相机进行位移和旋转角度的调整与固定；
后处理工控机，所述后处理工控机分别与所述AGV底座运输车和所述光学相机信号连接，用于实时处理所述光学相机采集的图像信息，并转化为发动机气动矢量角以及实时重建三维尾焰场和温度场。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述六自由度支架包括连接于所述隔振支座上侧的z方向移动座，所述z方向移动座沿z轴进行z方向位移调整；所述z方向移动座的上侧设有x方向移动座，所述x方向移动座沿x轴进行x方向位移调整；所述x方向移动座上设有y方向移动旋转座，所述y方向移动旋转座沿y轴进行y方向位移以及绕y轴进行旋转与固定；所述y方向移动旋转座上设有x方向旋转座，所述x方向旋转座绕x轴进行旋转与固定；所述x方向旋转座上设有z方向旋转座，所述z方向旋转座绕z轴进行旋转与固定。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述z方向移动座包括竖直连接于所述隔振支座上侧的第一圆柱体以及水平铺设于所述第一圆柱体上的平板，所述第一圆柱体相对于所述隔振支座的高度可调以进行z方向位移调整。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述平板上设有沿x轴方向设置的凹槽，所述x方向移动座与所述凹槽滑动连接，所述x方向移动座沿所述凹槽滑动进行x方向位移调整。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述y方向移动旋转座包括第二圆柱体，所述第二圆柱体垂直贯穿于所述x方向移动座，所述第二圆柱体在所述x方向移动座上沿y轴进行y方向移动以及绕y轴进行旋转；所述第二圆柱体与所述x方向移动座的连接处设有外螺纹，通过螺母与所述外螺纹配合对所述y方向移动旋转座进行固定。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述x方向旋转座包括设置于所述y方向移动旋转座上的底座，所述底座上通过转动轴连接有竖直设置的x方向转动盘，所述转动轴的轴线与x轴平行，所述x方向转动盘以所述转动轴为中心进行绕x轴旋转；所述x方向转动盘的边缘设有圆弧形通孔，所述圆弧形通孔内设有x方向转动锁紧销，所述x方向转动锁紧销的尾部与所述底座连接，所述x方向转动锁紧销对所述x方向转动盘的位置进行固定。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述z方向旋转座包括连接于所述x方向转动盘上侧的水平设置的z方向转动盘，所述z方向转动盘绕z轴转动，所述z方向转动盘的圆周侧面设有z方向转动锁紧销，所述z方向转动锁紧销对所述z方向转动盘的位置进行固定，所述光学相机设置于所述z方向转动盘上。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述y方向移动旋转座绕y轴进行360度旋转与固定，所述x方向旋转座绕x轴进行180度旋转与固定，所述z方向旋转座绕z轴进行360度旋转与固定。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述隔振支座包括可换阻尼弹簧支座和液压拉杆，所述液压拉杆的一端与所述可换阻尼弹簧支座连接，所述液压拉杆的另一端与AGV底座运输车连接，所述可换阻尼弹簧支座的底部均匀的布设有可换阻尼模块，所述可换阻尼弹簧支座通过所述可换阻尼模块与所述AGV底座运输车连接。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述后处理工控机内设有基于数字图像的非接触非干涉的光学测量模块、基于光场数字重聚焦和光学分层成像模块以及基于RGB热电偶测温法的图像后处理模块。
有益效果
本申请实施例中的发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，通过设置六自由度支架可以实现光学相机的六个方向自由度的连续微调与固定，较好的配合光场相机的标定；隔振支座可以有效屏蔽来自台架及发动机的振动，避免台架振动对相机测量精度的影响，保证相机测量效果；AGV底座运输车可以实现监测***的远程自搬运与固定，必要情况下可以进行试验时光场相机动态测量位置调整与重新标定，根据发动机试验情况合理调整***监测位置。
基于数字图像的非接触非干涉的光学测量方法与基于光场数字重聚焦、光学分层成像法和基于RGB热电偶测温法的图像处理程序可以实时监测喷管气动矢量角，并对三维尾焰场和温度场进行重建；基于图像处理的发动机排气矢量角测量和尾焰监测***对发动机喷流场无影响，测量范围广，测量精度高，相应灵敏，在线可调性强，适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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它的附图。
图1为根据本发明一实施例的发动机排气矢量角测量和尾焰监测***的示意图；
图2为根据本发明一实施例的六自由度支架的结构图；
图3为根据本发明一实施例的x方向旋转座和z方向旋转座的结构图；
图4为根据本发明一实施例的隔振支座的结构图。
图中：1、光学相机；2、六自由度支架；2-1、z方向旋转座；2-1-1、z方向转动盘；2-1-2、z方向转动锁紧销；2-2、x方向旋转座；2-2-1、底座；2-2-2、x方向转动盘；2-2-3、转动轴；2-2-4、x方向转动锁紧销；2-3、y方向移动旋转座；2-4、x方向移动座；2-5、螺母；2-6、z方向移动座；3、隔振支座；3-1、可换阻尼弹簧支座；3-2、液压拉杆；3-3、可换阻尼模块；4、AGV底座运输车；5、后处理工控机。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本申请实施例提供了一种发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，下面参照图1至图4进行详细描述。
参照图1，本申请实施例提供一种发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，具体包括AGV底座运输车4（Automated Guided Vehicle，自动导航小车）、隔振支座3、六自由度支架2、光学相机1以及后处理工控机5，AGV底座运输车4可远程操控360度自行走，用于运输和固定整个***；隔振支座3设置于AGV底座运输车4上，隔振支座3能够有效屏蔽AGV底座运输车4和台架的振动，保证光学相机1的成像效果；六自由度支架2设置于隔振支座3上；光学相机1设置于六自由度支架2上，光学相机1采用基于双目***的非接触非干涉测量的光学相机，六自由度支架2对光学相机1进行位移和旋转角度的调整与固定，具体的，可以实现相机三个方向的位移和旋转角的连续调整与固定，以配合光学相机1的位置与角度调整进行光学标定；后处理工控机5分别与AGV底座运输车4和光学相机1信号连接，试验过程中可远程操控实现光学相机1的在线视场角调整，光学相机1采集的数据通过相机信号线传输至后处理工控机5，处理工控机5实时处理光学相机1采集的图像信息，并转化为发动机气动矢量角以及实时重建三维尾焰场和温度场。
具体的，后处理工控机5内设有基于数字图像的非接触非干涉的光学测量模块、基于光场数字重聚焦和光学分层成像模块以及基于RGB热电偶测温法的图像后处理模块，能够实时测量尾焰气动角，并对三维尾焰及其温度场进行实时重建。本申请的***提供了试验台架对发动机技术状态监控手段，为二元喷管设计和改进提供了海量的试验图形和数据支撑。
本申请的***对使用环境要求低，相机六自由度连续可调，***隔振效果好，AGV车可远程操控360度自行走，基于数字图像的非接触非干涉的光学测量方法与基于光场数字重聚焦、光学分层成像法和基于RGB热电偶测温法的图像处理方法能够实时测量尾焰气动角，并对三维尾焰及其温度场进行实时重建，提高了台架对发动机技术状态监控手段，为二元喷管设计和改进提供了海量的试验图形和数据支撑。
在本实施例中，对AGV底座运输车4是装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有小车编程与停车选择装置，安全保护以及各种移载功能的运输小车，在本申请中不做特殊限定，采用常用的AGV运输车。可以实现监测***的远程自搬运与固定，必要情况下可以进行试验时光场相机1动态测量位置调整与重新标定，根据发动机试验情况合理调整***监测位置。
在一个实施例中，参照图2，六自由度支架2包括连接于隔振支座3上侧的z方向移动座2-6，z方向移动座2-6沿z轴进行z方向位移调整；z方向移动座2-6的上侧设有x方向移动座2-4，x方向移动座2-4沿x轴进行x方向位移调整；x方向移动座2-4上设有y方向移动旋转座2-3，y方向移动旋转座2-3沿y轴进行y方向位移以及绕y轴进行旋转与固定；y方向移动旋转座2-3上设有x方向旋转座2-2，x方向旋转座2-2绕x轴进行旋转与固定；x方向旋转座2-2上设有z方向旋转座2-1，z方向旋转座2-1绕z轴进行旋转与固定。因此，本实施例中的六自由度支架的调整方向包括3个轴方向的位移以及绕3个轴方向的旋转，可以实现对光学相机1的六个方向自由度的连续微调与固定，可良好的配合光学相机1的标定。
进一步的，z方向移动座2-6包括竖直连接于隔振支座3上侧的第一圆柱体以及水平铺设于第一圆柱体上的平板，第一圆柱体相对于隔振支座3的高度可调，即第一圆柱体相对于隔振支座3可以上下移动，以进行z方向位移调整，第一圆柱体上的平板用于安装x方向移动座2-4，便于x方向移动座2-4在z方向移动座2-6上移动。
进一步的，x方向移动座2-4设置为带孔平板，带孔平板上的通孔用于安装y方向位移旋转座2-3，y方向位移旋转座2-3可在通孔中进行y轴的移动以及绕y轴的旋转。带孔平板所在平面与x轴平行，平板上设有沿x轴方向设置的凹槽，带孔平板与凹槽滑动连接，且带孔平板与平板垂直，由此实现x方向移动座2-4沿凹槽滑动进行x方向位移的调整。
在一个实施例中，y方向移动旋转座2-3设置为第二圆柱体，第二圆柱体垂直贯穿于x方向移动座，第二圆柱体在x方向移动座上沿y轴进行y方向移动以及绕y轴进行旋转；具体的，第二圆柱体***到带孔平板的通孔中，第二圆柱体与x方向移动座2-4的连接处设有外螺纹，在带孔平板的两侧通过螺母2-5与外螺纹配合对y方向移动旋转座2-3进行固定。
进一步的，参照图3，x方向旋转座2-2包括设置于y方向移动旋转座2-3上的底座2-2-1，底座2-2-1上通过转动轴2-2-3连接有竖直设置的x方向转动盘2-2-2，x方向转动盘2-2-2所在平面与x轴垂直，转动轴2-2-3的轴线与x轴平行，因此，x方向转动盘2-2-2以转动轴2-2-3为中心进行绕x轴旋转；为了对x方向旋转座2-2进行固定，x方向转动盘2-2-2的边缘设有圆弧形通孔，圆弧形通孔内设有x方向转动锁紧销2-2-4，x方向转动锁紧销2-2-4的头部卡设在圆弧形通孔的外侧，x方向转动锁紧销2-2-4的尾部与底座2-2-1连接。当进行位置调整时，可将x方向转动锁紧销2-2-4调松，使x方向转动盘2-2-2自由转动，当x方向转动盘2-2-2调整到位时，将x方向转动锁紧销2-2-4进行拧紧，实现x方向转动锁紧销2-2-4对x方向转动盘2-2-2的位置固定。
进一步的，参照图3，z方向旋转座2-1包括连接于x方向转动盘2-2-2上侧的水平设置的z方向转动盘2-1-1，z方向转动盘2-1-1绕z轴转动，z方向转动盘2-1-1的圆周侧面设有z方向转动锁紧销2-1-2，当z方向转动盘2-1-1的位置调整好后，z方向转动锁紧销2-1-2对z方向转动盘2-1-1的位置进行固定，光学相机1设置于z方向转动盘2-1-1上。
对于各个旋转座的调节角度，y方向移动旋转座2-3绕y轴进行360度旋转与固定，x方向旋转座2-2绕x轴进行180度旋转与固定，z方向旋转座2-1绕z轴进行360度旋转与固定。
在一个实施例中，参照图4，对隔振支座3进一步限定，隔振支座3包括可换阻尼弹簧支座3-1和液压拉杆3-2，液压拉杆3-2一方面对可换阻尼弹簧支座3-1起到支撑和固定作用，另一方面，可进一步吸收来自AGV底座运输车4的振动，提升隔振性能。具体的，液压拉杆3-2为倾斜设置，液压拉杆3-2的一端与可换阻尼弹簧支座3-1连接，液压拉杆3-2的另一端与AGV底座运输车4连接，可换阻尼弹簧支座3-1的底部均匀的布设有可换阻尼模块3-3，可换阻尼模块3-3与AGV底座运输车4的顶盖连接，可换阻尼弹簧支座3-1通过可换阻尼模块3-3与AGV底座运输车4连接。
优选的，可换阻尼模块3-3设置为四个，分别布设在可换阻尼弹簧支座3-1底部的四个角落，通过更换不同阻尼的模块或不同阻尼的模块组合，可以屏蔽不同频率的振动，起到平稳支撑的作用。
本发明提供的发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，基于二元矢量喷管试验监控需求和数字图像处理方法发展应用，该***工作稳定，对相机使用环境和试验件状态要求低，响应灵敏，测量精度高，能够实时动态监控二元喷管气动矢量角并对三维尾焰长和温度场进行重建，提高了台架对喷管技术状态的监控。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，其特征在于，包括：
AGV底座运输车，所述AGV底座运输车用于运输和固定整个***；
隔振支座，所述隔振支座设置于所述AGV底座运输车上，用于屏蔽所述AGV底座运输车和台架的振动；
六自由度支架，所述六自由度支架设置于所述隔振支座上，所述六自由度支架包括连接于所述隔振支座上侧的z方向移动座，所述z方向移动座沿z轴进行z方向位移调整；所述z方向移动座的上侧设有x方向移动座，所述x方向移动座沿x轴进行x方向位移调整；所述x方向移动座上设有y方向移动旋转座，所述y方向移动旋转座沿y轴进行y方向位移以及绕y轴进行旋转与固定；所述y方向移动旋转座上设有x方向旋转座，所述x方向旋转座绕x轴进行旋转与固定；所述x方向旋转座上设有z方向旋转座，所述z方向旋转座绕z轴进行旋转与固定；
光学相机，所述光学相机设置于所述六自由度支架上，所述六自由度支架对所述光学相机进行位移和旋转角度的调整与固定；
后处理工控机，所述后处理工控机分别与所述AGV底座运输车和所述光学相机信号连接，用于实时处理所述光学相机采集的图像信息，并转化为发动机气动矢量角以及实时重建三维尾焰场和温度场。
2.根据权利要求1所述的发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，其特征在于，所述z方向移动座包括竖直连接于所述隔振支座上侧的第一圆柱体以及水平铺设于所述第一圆柱体上的平板，所述第一圆柱体相对于所述隔振支座的高度可调以进行z方向位移调整。
3.根据权利要求2所述的发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，其特征在于，所述平板上设有沿x轴方向设置的凹槽，所述x方向移动座与所述凹槽滑动连接，所述x方向移动座沿所述凹槽滑动进行x方向位移调整。
4.根据权利要求1所述的发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，其特征在于，所述y方向移动旋转座包括第二圆柱体，所述第二圆柱体垂直贯穿于所述x方向移动座，所述第二圆柱体在所述x方向移动座上沿y轴进行y方向移动以及绕y轴进行旋转；所述第二圆柱体与所述x方向移动座的连接处设有外螺纹，通过螺母与所述外螺纹配合对所述y方向移动旋转座进行固定。
5.根据权利要求1所述的发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，其特征在于，所述x方向旋转座包括设置于所述y方向移动旋转座上的底座，所述底座上通过转动轴连接有竖直设置的x方向转动盘，所述转动轴的轴线与x轴平行，所述x方向转动盘以所述转动轴为中心进行绕x轴旋转；所述x方向转动盘的边缘设有圆弧形通孔，所述圆弧形通孔内设有x方向转动锁紧销，所述x方向转动锁紧销的尾部与所述底座连接，所述x方向转动锁紧销对所述x方向转动盘的位置进行固定。
6.根据权利要求5所述的发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，其特征在于，所述z方向旋转座包括连接于所述x方向转动盘上侧的水平设置的z方向转动盘，所述z方向转动盘绕z轴转动，所述z方向转动盘的圆周侧面设有z方向转动锁紧销，所述z方向转动锁紧销对所述z方向转动盘的位置进行固定，所述光学相机设置于所述z方向转动盘上。
7.根据权利要求1-6任一项所述的发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，其特征在于，所述y方向移动旋转座绕y轴进行360度旋转与固定，所述x方向旋转座绕x轴进行180度旋转与固定，所述z方向旋转座绕z轴进行360度旋转与固定。
8.根据权利要求1所述的发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，其特征在于，所述隔振支座包括可换阻尼弹簧支座和液压拉杆，所述液压拉杆的一端与所述可换阻尼弹簧支座连接，所述液压拉杆的另一端与AGV底座运输车连接，所述可换阻尼弹簧支座的底部均匀的布设有可换阻尼模块，所述可换阻尼弹簧支座通过所述可换阻尼模块与所述AGV底座运输车连接。
9.根据权利要求1所述的发动机排气矢量角测量和尾焰监测***，其特征在于，所述后处理工控机内设有基于数字图像的非接触非干涉的光学测量模块、基于光场数字重聚焦和光学分层成像模块以及基于RGB热电偶测温法的图像后处理模块。
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