[0001] 本发明属于空气动力学风洞技术领域，具体涉及一种风洞流场可视化装置及风洞。

[0002] 风洞是进行空气动力学试验最常用、最有效的工具之一。风洞的工作原理是以人工的方式产生可控速度和方向的气流，用来模拟并观察物体周围气流变化情况。风洞试验时可以将飞行器、汽车、建筑物等物体的模型放置于风洞中，通过观察周围气体的流速、流向等情况，可以得知物体的空气动力学性能，以便于设计人员对物体的外形进行优化。

[0003] 风洞在运行时内部气流形成流场，为了便于设计人员观察物体周围流场分布情况，现有技术中通过在风洞内加入示踪粒子（如可视化烟雾），使示踪粒子混杂入气流中，并采用激光片光源向风洞特定平面照射，形成用于显示流场的可视光平面。激光片光源能够形成沿平面方向的光幕，激光片光源照射到风洞内时能够显示出流场中的示踪粒子，示踪粒子和激光片光源相配合，使设计人员能够准确、直观地观察到待测物体周围的气体流动特性。

[0004] 现有技术中激光片光源一般仅设置一个，激光片光源位于风洞上方且位置固定，这种设置方式存在的不足之处是：激光片光源位置无法调节，且激光片光源自上至下垂直或倾斜照射在待测物体上，待测物体背离激光片光源的一侧会产生阴影，由于阴影区域没有光线，操作人员无法看到阴影区域的流场变化情况，会影响试验结果的准确性。

[0020] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“固定”、“固设”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中元件。当一个元件被认为是“连接于”、“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当元件被称为“设置于”、“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中元件。“多个”指两个及以上数量。“至少一个”指一个及以上数量。“若干”指一个及以上数量。

[0021] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

[0022] 请一并参阅图1至图8，下面对本发明实施例提供的风洞流场可视化装置及风洞进行说明。

[0023] 请参阅图1、图2、图3和图4，在第一方面，本发明实施例提供一种风洞流场可视化装置，包括竖向调节组件10、第一横移组件20、第二横移组件30和片光源组件40，竖向调节组件10包括第一导轨11和第一驱动机构12，第一导轨11沿竖直方向设于风洞本体50的一侧；两个第一横移组件20相对设于风洞本体50的上下两侧，第一横移组件20包括第二导轨21和第二驱动机构22，第二导轨21沿风洞本体50的宽度方向延伸，并与第一导轨11滑动配合，第一驱动机构12用于驱动第二导轨21沿第一导轨11移动；两个第二横移组件30与第一横移组件20一一对应，第二横移组件30包括第三导轨31和第三驱动机构32，第三导轨31沿风洞本体50的长度方向延伸，并与对应的第二导轨21滑动配合，第二驱动机构22用于驱动第三导轨31沿对应的第二导轨21移动；两个片光源组件40与第二横移组件30一一对应，片光源组件40设于对应的第三导轨31，第三驱动机构32用于驱动片光源组件40沿对应的第三导轨31移动。

[0024] 与现有技术相比，本发明实施例提供的风洞流场可视化装置的有益效果是：本发明实施例提供的风洞流场可视化装置包括竖向调节组件10、关于风洞本体50上下相对设置的两个第一横移组件20、分别设于两个第一横移组件20上的两个第二横移组件30，以及分别设置在两个第二横移组件30上的两个片光源组件40。在进行风洞试验时，通过竖向调节组件10调节片光源组件40所处的高度，通过第一横移组件20调节片光源组件40在风洞本体50宽度方向上的位置，通过第二横移组件30调节片光源组件40在风洞本体50长度方向上的位置，可以根据需要得到不同位置的风洞流场示踪平面，有助于风洞试验信息的收集。

[0025] 本发明实施例中片光源组件40关于风洞本体50上下对称设置两个，能够从不同角度照射到风洞内部待测物体上，从而缩小或消除阴影区域，使操作人员看到的待测物体周围的流场变化更为全面，有助于提高试验结果的准确性。

[0026] 本发明实施中竖向调节组件10包括第一导轨11和第一驱动机构12，第一导轨11竖直设置，第一横移组件20中的第二导轨21能够沿第一导轨11竖直移动，从而调节片光源组件40所处的高度位置。第二横移组件30的第三导轨31能够沿第二导轨21往复移动，从而调节片光源组件40所处的宽度位置。第三驱动机构32能够驱动片光源组件40沿第三导轨31往复移动，从而调节片光源组件40所处的长度位置。第一驱动机构12、第二驱动机构22和第三驱动机构32分别可以是沿各自的移动方向设置的电动伸缩杆、齿轮齿条机构、丝杆升降机、液压伸缩杆等能够实现直线运动的动力机构。

[0027] 片光源组件40可以直接选用市场上现有的片光源产品，片光源组件40的发光端朝向风洞内部，可以形成绿色或其他颜色的光平面，配合烟雾等示踪粒子，使得风洞流场可视化。

[0028] 请参阅图6、图7和图8，在一些可能的实施例中，片光源组件40包括安装滑块41、安装块42、激光片光源43和角度调节单元44。安装滑块41滑动配合于第三导轨31，第三驱动机构32与安装滑块41传动连接；安装块42与安装滑块41转动配合；激光片光源43设于安装块42；角度调节单元44设于安装滑块41，用于驱动安装块42绕竖直方向的轴线旋转，以使激光片光源43形成平行于风洞本体50长度方向的第一示踪平面，以及垂直于风洞本体50长度方向并平行于风洞宽度方向的第二示踪平面。

[0029] 本实施例中片光源组件40包括安装滑块41、安装块42、激光片光源43和角度调节单元44，安装滑块41与第三导轨31滑动配合，安装块42与安装滑块41转动配合，通过角度调节单元44驱动安装块42带动激光片光源43绕竖直的轴线转动，可以得到平行于气流方向的第一示踪平面，以及垂直于气流方向的第二示踪平面，以便于试验人员观察待测物体不同位置的流场变化情况。

[0030] 角度调节单元44可以是与安装块42的旋转轴传动连接的电机等驱动件，具体可以通过齿轮传动、带传动、链传动等形式带动安装块42旋转，本实施例对此不作具体限制。

[0031] 请参阅图6、图7和图8，在一些可能的实施例中，安装块42邻近激光片光源43的一侧设有连接杆421和两个第一支座422，连接杆421的端部具有呈球形的第一球头4211，第一支座422具有沿水平方向设置的第一连接轴，两个第一支座422关于连接杆421对称设置；激光片光源43邻近安装块42的一侧分别设有中心块431和两个第一边块432，中心块431与第一球头4211球铰配合，两个第一边块432关于中心块431对称。片光源组件40还包括俯仰调节单元45，俯仰调节单元45包括两个第一伸缩件451，两个第一伸缩件451与第一支座422一一对应，第一伸缩件451的一端与对应的第一连接轴铰接，另一端设有第二球头4511，第二球头4511与第一边块432球铰配合。

[0032] 本实施例中俯仰调节单元45能够调节激光片光源43的俯仰角度，使上下两个激光片光源43分别以垂直或者倾斜的角度照射入风洞内部，以获得最佳的照射角度，从而消除或缩小物体周围的阴影区域，使待测物体周围各个角度的流场均可视。

[0033] 俯仰调节单元45包括两个第一伸缩件451，两个第一伸缩件451关于连接杆421对称设置，其中一个第一伸缩件451伸长时，另一个第一伸缩件451同步收缩，使激光片光源43能够绕第一球头4211旋转，从而改变照射角度。

[0034] 请参阅图6、图7和图8，在一些可能的实施例中，第一伸缩件451与第一连接轴铰接的一端能够沿第一连接轴的轴向移动，安装块42上还设有两个第二支座423，两个第二支座423关于连接杆421对称设置，第二支座423具有沿水平方向设置的第二连接轴，第二连接轴垂直于第一连接轴；激光片光源43邻近安装块42的一侧还设有两个第二边块433，两个第二边块433关于中心块431对称；俯仰调节单元45还包括两个第二伸缩件452，两个第二伸缩件
452与第二支座423一一对应，第二伸缩件452的一端与对应的第二连接轴铰接，并能够沿第二连接轴的轴向移动，第二伸缩件452的另一端设有第三球头4521，第三球头4521与第二边块433球铰配合。

[0035] 本实施例中俯仰调节单元45还包括两个第二伸缩件452，两个第二伸缩件452的动作原理与第一伸缩件451相同，第一伸缩件451和第二伸缩件452共同作用，使激光片光源43能够进行前后左右四个方向的角度调节，有助于在进行风洞试验时获得最佳的照射角度，从而消除待测物体周围的阴影区域，提高风洞试验结果的准确性。

[0036] 需要说明的是，为了保证第一伸缩件451和第二伸缩件452能够顺利动作，第一伸缩件451能够沿第一连接轴的轴向进行滑动，第二伸缩件452能够沿第二连接轴的轴向进行滑动，各个零部件的配合位置应当涂润滑油或润滑脂，以避免动作卡滞。

[0037] 可选的，第一伸缩件451和第二伸缩件452可以是电动伸缩杆、气动伸缩杆或液压推杆等。

[0038] 请参阅图4和图5，在一些可能的实施例中，第一导轨11包括第一导向杆111和第二导向杆112，第一导向杆111沿竖向设置，第一导向杆111下部形成有螺纹段，第一导向杆111上部形成有光杆段；第二导向杆112沿竖向设置，第二导向杆112下部形成有光杆段，第二导向杆112上部形成有螺纹段，第一驱动机构12分别与第一导向杆111和第二导向杆112传动连接；其中，位于下方的第二导轨21与第一导向杆111的螺纹段螺纹配合，并与第二导向杆112的光杆段滑动配合，位于上方的第二导轨21与第一导向杆111的光杆段滑动配合，并与第二导向杆112的螺纹段螺纹配合。

[0039] 本实施例中第一导向杆111和第二导向杆112分别具有螺纹段和光杆段，能够起到驱动和导向作用，并且能够控制上下两个第二导轨21分别上下移动，互不影响，结构简单、紧凑，使用方便。第一驱动机构12可以包括分别与第一导向杆111和第二导向杆112传动连接的两个电机或其他旋转驱动件，两个旋转驱动件能够带动对应的第一导向杆111和第二导向杆112转动。

[0040] 请参阅图4，在一些可能的实施例中，第二驱动机构22包括设于第二导轨21的丝杆，以及与丝杆传动配合的驱动电机，第三导轨31与丝杆螺纹配合，驱动电机带动丝杆旋转，能够驱动第三导轨31沿第二导轨21直线移动。

[0041] 请参阅图4和图6，在一些可能的实施例中，第三驱动机构32包括剪叉伸缩单元321和剪叉驱动单元322，剪叉伸缩单元321滑动配合于第三导轨31，片光源组件40设于剪叉伸缩单元321的其中一个铰接轴；剪叉驱动单元322设于第三导轨31，用于驱动剪叉伸缩单元321沿第三导轨31的长度方向伸缩。

[0042] 考虑到风洞本体50的长度通常较长，为了使激光片光源43能够迅速移动到指定位置，本实施例中采用动作迅速的剪叉伸缩单元321驱动片光源组件40移动，剪叉驱动单元322仅需要进行小幅度的动作，便能够使剪叉伸缩单元321进行长距离的移动。剪叉驱动单元可以包括传力杆和电机，传力杆与剪叉伸缩单元321其中一个连接杆铰接，电机与传力杆通过齿轮动传动形式连接，能够带动传力杆以剪叉伸缩单元321的固定轴转动。如此设置，电机只需要进行小幅度的转动，便能够使剪叉伸缩单元321带动片光源组件40沿第三导轨
31进行长距离的动作，移动迅速。

[0043] 请参阅图1、图2和图3，在一些可能的实施例中，竖向调节组件10关于风洞本体50对称设有两个，两个竖向调节组件10同步动作，有助于第一横移组件20受力稳定。

[0044] 请参阅图1和图2，在一些可能的实施例中，竖向调节组件10沿风洞本体50的长度方向设有两个或更多个，每个竖向调节组件10均对应设有第一横移组件20、第二横移组件30和片光源组件40；第三导轨31的两端分别延伸至对应的竖向调节组件10和对应的第一横移组件20的竖向投影区域外。

[0045] 当竖向调节组件10沿风洞本体50的长度方向设有两个时，片光源组件40对应设置有四个，四个片光源组件40可以用于从不同角度对同一物体照射，从而消除阴影区域。当竖向调节组件10沿风洞本体50的长度方向设有更多个时，可以在风洞本体50内放置不同的待测物体，不同的片光源组件40可以用于对不同位置的待测物体照射。

[0046] 本实施例中第三导轨31长度较长，第三导轨31延伸至竖向调节组件10和第一横移组件20竖向投影区域的外部，片光源组件40能够沿第三导轨31移动到竖向调节组件10和第一横移组件20竖向投影区域的外部。这样，在使激光片光源43以垂直于风洞流场方向的角度（即垂直于风洞长度方向的第二示踪平面）照射入风洞本体50内时，竖向调节组件10和第一横移组件20才不会碰撞干涉，多个激光片光源43才能够在同一竖直平面内形成可视光平面。

[0047] 请参阅图1、图2和图3，在第二方面，本发明实施例提供一种风洞，包括：风洞本体50、烟雾发生装置和上述任一实施例中的风洞流场可视化装置。烟雾发生装置连通于风洞本体50；风洞流场可视化装置沿风洞本体50的长度方向间隔设置有多个，在进行流场可视化试验时，使多个片光源本体处于同一平面内，并分别从不同的角度照射向风洞本体50内的待测物体，从而消除物体周围的阴影区域，以提高试验结果的准确性。

[0048] 可以理解的是，上述实施例中的各部分可以进行自由地组合或删减以形成不同的组合实施例，在此不再赘述各个组合实施例的具体内容，在此说明之后，可以认为本发明说明书已经记载了各个组合实施例，能够支持不同的组合实施例。

[0049] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。