一種立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置屬于氣動光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

飛行器在大氣層中高速飛行時(shí)，由于其光學(xué)頭罩與自由來流之間產(chǎn)生真實(shí)氣體效應(yīng)、激波誘導(dǎo)邊界層分離、無粘流與邊界層的相互干擾等，從而產(chǎn)生因氣流密度變化、溫度變化、組成成分變化及氣體分子電離等引起的復(fù)雜流場，這對紅外成像探測系統(tǒng)造成熱、熱輻射和圖像傳輸干擾，引起目標(biāo)偏移、抖動、模糊，這種效應(yīng)稱為氣動光學(xué)效應(yīng)。

氣動光學(xué)效應(yīng)給紅外成像末制導(dǎo)帶來不利影響，使導(dǎo)引頭對目標(biāo)的探測、跟蹤與識別能力下降，進(jìn)而影響末制導(dǎo)精度。由于流場密度變化，改變了在其中傳播的光線的原來路徑，產(chǎn)生偏折和相位變化，致使成像平面上造成圖像的偏移，模糊，抖動以及能量損失。如果能夠探索氣動光學(xué)退化機(jī)理，就能夠校正氣動光學(xué)退化圖像，減少像差，提高光學(xué)成像質(zhì)量。可見，探索氣動光學(xué)退化機(jī)理是改善圖像質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。

探索氣動光學(xué)退化機(jī)理，需要模擬氣動光學(xué)效應(yīng)。目前，很多氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置都是光學(xué)模擬裝置，例如申請?zhí)枮?01410456264.8的發(fā)明專利《基于失真圖像的氣動光學(xué)效應(yīng)模擬器 》，以及算法模擬，例如申請?zhí)枮?01310193486.0的發(fā)明專利《一種模擬氣動光學(xué)效應(yīng)的方法和系統(tǒng)》，這些模擬裝置或方法都沒有直接生成產(chǎn)生氣動光學(xué)效應(yīng)的氣流，因此屬于間接模擬，而不屬于直接模擬，因此距離實(shí)際的氣動光學(xué)效應(yīng)還有區(qū)別。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置，該模擬裝置利用冷熱氣體形成強(qiáng)烈對流的特性，直接生成產(chǎn)生氣動光學(xué)效應(yīng)的氣流，實(shí)現(xiàn)氣動光學(xué)效應(yīng)直接模擬的目的。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置，包括開口向上的黑體，設(shè)置在黑體上方開口向下的罐體，黑體的開口與罐體的開口之間通過伸縮結(jié)構(gòu)連接，所述伸縮結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置有虹膜光圈結(jié)構(gòu)；

所述的黑體從內(nèi)到外依次包括陶瓷層，中間層，冷卻層和外殼；所述中間層中間設(shè)置有電阻絲，內(nèi)壁設(shè)置有溫度傳感器，所述冷卻層充水；

所述罐體頂部設(shè)置有開口，開口上設(shè)置有蓋；

所述伸縮結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外依次包括內(nèi)層伸縮管，保溫層和外層伸縮管，所述內(nèi)層伸縮管包括設(shè)置在中間的非伸縮端和連接在非神縮端兩端的伸縮管組成，在非神縮端上安裝虹膜光圈結(jié)構(gòu)；

所述虹膜光圈結(jié)構(gòu)包括環(huán)形圈，在環(huán)形圈上均勻分布的轉(zhuǎn)軸，繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的弧形金屬葉片，所述轉(zhuǎn)軸和弧形金屬葉片的數(shù)量相同，至少為六個(gè)。

上述立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置，還包括水箱和水泵，所述冷卻層頂部和底部各有一個(gè)出口，水泵將水箱中的水泵入冷卻層底部出口，水從冷卻層頂部出口流回水箱。

上述立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置，所述蓋為爐圈結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)直徑不同、依次相套、截面為階梯結(jié)構(gòu)的環(huán)形圈。

上述立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置，所述罐體為伸縮結(jié)構(gòu)。

以上立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置，還包括光學(xué)成像系統(tǒng)，所述光學(xué)成像系統(tǒng)包括光源，針孔，準(zhǔn)直透鏡，光柵，物鏡和圖像傳感器；光源發(fā)出的光束，經(jīng)過針孔形成點(diǎn)光源，再經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后形成平行光束，照亮光柵，所述光柵與圖像傳感器分別設(shè)置在物鏡的物方和像方；其中，光源，針孔，準(zhǔn)直透鏡和光柵設(shè)置在黑體內(nèi)部，圖像傳感器設(shè)置在罐體內(nèi)部，物鏡設(shè)置在黑體內(nèi)部或罐體內(nèi)部。

所述光柵能夠在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90度。

有益效果：

第一、由于采用黑體與罐體開口相對的方式設(shè)置，因此能夠利用冷熱氣體形成強(qiáng)烈對流的特性，直接生成產(chǎn)生氣動光學(xué)效應(yīng)的氣流，實(shí)現(xiàn)氣動光學(xué)效應(yīng)直接模擬的目的；

第二、由于黑體的開口與罐體的開口之間通過伸縮結(jié)構(gòu)連接，調(diào)節(jié)伸縮結(jié)構(gòu)的長度，能夠改變冷熱氣體的對流強(qiáng)烈，進(jìn)而改變氣體湍流參數(shù)，因此能夠改變氣動光學(xué)效應(yīng)模擬效果，進(jìn)而增大本發(fā)明氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置的模擬范圍；

第三、由于設(shè)置有虹膜光圈結(jié)構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)弧形金屬葉片，改變氣流通孔大小，進(jìn)而能夠改變冷熱氣體的對流強(qiáng)烈，即改變氣體湍流參數(shù)，因此能夠改變氣動光學(xué)效應(yīng)模擬效果，進(jìn)而增大本發(fā)明氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置的模擬范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是黑體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是伸縮結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是虹膜光圈結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是具體實(shí)施例二中黑體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置中光學(xué)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1黑體、11陶瓷層、12中間層、13冷卻層、14外殼、2罐體、3伸縮結(jié)構(gòu)、31內(nèi)層伸縮管、32保溫層、33外層伸縮管、4虹膜光圈結(jié)構(gòu)、41環(huán)形圈、42轉(zhuǎn)軸、43弧形金屬葉片、5蓋、6水箱、7水泵、8光學(xué)成像系統(tǒng)、81光源、82針孔、83準(zhǔn)直透鏡、84光柵、85物鏡、86圖像傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

具體實(shí)施例一

本實(shí)施例的立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置包括開口向上的黑體1，設(shè)置在黑體1上方開口向下的罐體2，黑體1的開口與罐體2的開口之間通過伸縮結(jié)構(gòu)3連接，所述伸縮結(jié)構(gòu)3內(nèi)部設(shè)置有虹膜光圈結(jié)構(gòu)4；

所述的黑體1從內(nèi)到外依次包括陶瓷層11，中間層12，冷卻層13和外殼14；所述中間層12中間設(shè)置有電阻絲，內(nèi)壁設(shè)置有溫度傳感器，所述冷卻層13充水；黑體1的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示；

所述罐體2頂部設(shè)置有開口，開口上設(shè)置有蓋5；

所述伸縮結(jié)構(gòu)3從內(nèi)到外依次包括內(nèi)層伸縮管31，保溫層32和外層伸縮管33，所述內(nèi)層伸縮管31包括設(shè)置在中間的非伸縮端和連接在非神縮端兩端的伸縮管組成，在非神縮端上安裝虹膜光圈結(jié)構(gòu)4；伸縮結(jié)構(gòu)3的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示；

所述虹膜光圈結(jié)構(gòu)4包括環(huán)形圈41，在環(huán)形圈41上均勻分布的轉(zhuǎn)軸42，繞轉(zhuǎn)軸42旋轉(zhuǎn)的弧形金屬葉片43，所述轉(zhuǎn)軸42和弧形金屬葉片43的數(shù)量相同，至少為六個(gè)；虹膜光圈結(jié)構(gòu)4的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

具體實(shí)施例二

本實(shí)施例的立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置，在具體實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定還包括水箱6和水泵7，所述冷卻層13頂部和底部各有一個(gè)出口，水泵7將水箱6中的水泵入冷卻層13底部出口，水從冷卻層13頂部出口流回水箱，如圖5所示。

這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用水的慢導(dǎo)熱性，既實(shí)現(xiàn)了對陶瓷層11和中間層12的保溫，確保氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置所模擬氣動光學(xué)效應(yīng)的穩(wěn)定性，又實(shí)現(xiàn)了對外殼14的冷卻，確保實(shí)驗(yàn)安全。

具體實(shí)施例三

本實(shí)施例的立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置，在具體實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定所述蓋5為爐圈結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)直徑不同、依次相套、截面為階梯結(jié)構(gòu)的環(huán)形圈，如圖6所示，圖6展示的是三個(gè)環(huán)形圈相疊加及疊加后爐圈結(jié)構(gòu)的示意圖。

這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以通過調(diào)整環(huán)形圈的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)調(diào)整蓋5的開口大小，進(jìn)而在不改變其他結(jié)構(gòu)、參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)的前提下，改變氣動光學(xué)效應(yīng)模擬效果，進(jìn)而增大本發(fā)明氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置的模擬范圍。

具體實(shí)施例四

本實(shí)施例的立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置，在具體實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定所述罐體2為伸縮結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以通過調(diào)整罐體2的長度，實(shí)現(xiàn)在不改變其他結(jié)構(gòu)、參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)的前提下，改變氣動光學(xué)效應(yīng)模擬效果，進(jìn)而增大本發(fā)明氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置的模擬范圍。

具體實(shí)施例三和具體實(shí)施例四中，通過改變蓋5的開口大小或改變罐體2的長度來改變氣動光學(xué)效應(yīng)模擬效果，進(jìn)而增大本發(fā)明氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置的模擬范圍，是采用氣流進(jìn)行氣動光學(xué)效應(yīng)直接模擬才具有的特性，該特性不僅在現(xiàn)有技術(shù)中沒有說明，而且也超出了本領(lǐng)域技術(shù)人員的認(rèn)知。

具體實(shí)施例五

以上立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置，還包括光學(xué)成像系統(tǒng)8，所述光學(xué)成像系統(tǒng)如圖7所示，包括光源81，針孔82，準(zhǔn)直透鏡83，光柵84，物鏡85和圖像傳感器86；光源81發(fā)出的光束，經(jīng)過針孔82形成點(diǎn)光源，再經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡83準(zhǔn)直后形成平行光束，照亮光柵84，所述光柵84與圖像傳感器86分別設(shè)置在物鏡85的物方和像方；其中，光源81，針孔82，準(zhǔn)直透鏡83和光柵84設(shè)置在黑體1內(nèi)部，圖像傳感器86設(shè)置在罐體2內(nèi)部，物鏡85設(shè)置在黑體1內(nèi)部或罐體2內(nèi)部，在本實(shí)施例中，物鏡85設(shè)置在黑體1內(nèi)部。

這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以對氣動光學(xué)模擬效果進(jìn)行監(jiān)測，利用圖像傳感器86得到的圖像進(jìn)行光柵84對比度衰減的計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果控制電阻絲并調(diào)整溫度傳感器的閾值，實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)閉環(huán)控制，有利于提高氣動光學(xué)效應(yīng)模擬的準(zhǔn)確性。

具體實(shí)施例六

本實(shí)施例的立式氣動光學(xué)效應(yīng)模擬裝置，在具體實(shí)施例五的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定所述光柵84能夠在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90度。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，采用氣流進(jìn)行氣動光學(xué)效應(yīng)直接模擬方式與采用光學(xué)模擬和算法模擬間接模擬方式的本質(zhì)區(qū)別在于，氣流會在二維方向出現(xiàn)光學(xué)模擬和算法模擬能夠控制的差別，這樣的差別在采用氣流進(jìn)行氣動光學(xué)效應(yīng)直接模擬時(shí)無法準(zhǔn)確控制，這個(gè)特性不僅在現(xiàn)有技術(shù)中沒有說明，而且也超出了本領(lǐng)域技術(shù)人員的認(rèn)知，因此有必要對二維方向都進(jìn)行監(jiān)測。而本實(shí)施例的這種結(jié)構(gòu)限定，能夠?qū)崿F(xiàn)在二維方向上監(jiān)測光柵84的對比度變化規(guī)律，有效避免單一方向?qū)崿F(xiàn)模擬，而另一方向不達(dá)標(biāo)的問題，有利于提高氣動光學(xué)效應(yīng)模擬的準(zhǔn)確性。

需要說明的是，在以上實(shí)施例中，只要不矛盾的技術(shù)方案都能夠進(jìn)行排列組合，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)排列組合的數(shù)學(xué)知識窮盡所有可能，因此，本發(fā)明不再對排列組合后的技術(shù)方案進(jìn)行一一說明，但應(yīng)該理解為排列組合后的技術(shù)方案已經(jīng)被本發(fā)明所公開。