一種立式氣動光學效應模擬裝置屬于氣動光學技術領域。

背景技術：

飛行器在大氣層中高速飛行時，由于其光學頭罩與自由來流之間產(chǎn)生真實氣體效應、激波誘導邊界層分離、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，引起目標偏移、抖動、模糊，這種效應稱為氣動光學效應。

氣動光學效應給紅外成像末制導帶來不利影響，使導引頭對目標的探測、跟蹤與識別能力下降，進而影響末制導精度。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退化機理，就能夠校正氣動光學退化圖像，減少像差，提高光學成像質(zhì)量?？梢?，探索氣動光學退化機理是改善圖像質(zhì)量的關鍵步驟。

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

技術實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種立式氣動光學效應模擬裝置，包括開口向上的黑體，設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構連接，所述伸縮結構內(nèi)部設置有虹膜光圈結構；

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；所述中間層中間設置有電阻絲，內(nèi)壁設置有溫度傳感器，所述冷卻層充水；

所述罐體頂部設置有開口，開口上設置有蓋；

所述伸縮結構從內(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構；

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

上述立式氣動光學效應模擬裝置，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。

上述立式氣動光學效應模擬裝置，所述蓋為爐圈結構，包括多個直徑不同、依次相套、截面為階梯結構的環(huán)形圈。

上述立式氣動光學效應模擬裝置，所述罐體為伸縮結構。

以上立式氣動光學效應模擬裝置，還包括光學成像系統(tǒng)，所述光學成像系統(tǒng)包括光源，針孔，準直透鏡，光柵，物鏡和圖像傳感器；光源發(fā)出的光束，經(jīng)過針孔形成點光源，再經(jīng)過準直透鏡準直后形成平行光束，照亮光柵，所述光柵與圖像傳感器分別設置在物鏡的物方和像方；其中，光源，針孔，準直透鏡和光柵設置在黑體內(nèi)部，圖像傳感器設置在罐體內(nèi)部，物鏡設置在黑體內(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置，因此能夠利用冷熱氣體形成強烈對流的特性，直接生成產(chǎn)生氣動光學效應的氣流，實現(xiàn)氣動光學效應直接模擬的目的；

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

第三、由于設置有虹膜光圈結構，通過旋轉弧形金屬葉片，改變氣流通孔大小，進而能夠改變冷熱氣體的對流強烈，即改變氣體湍流參數(shù)，因此能夠改變氣動光學效應模擬效果，進而增大本發(fā)明氣動光學效應模擬裝置的模擬范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明立式氣動光學效應模擬裝置的結構示意圖。

圖2是黑體的結構示意圖。

圖3是伸縮結構的結構示意圖。

圖4是虹膜光圈結構的結構示意圖。

圖5是具體實施例二中黑體的結構示意圖。

圖6是蓋的結構示意圖。

圖7是本發(fā)明立式氣動光學效應模擬裝置中光學成像系統(tǒng)的結構示意圖。

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

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明具體實施方式作進一步詳細描述。

具體實施例一

本實施例的立式氣動光學效應模擬裝置，結構示意圖如圖1所示。該立式氣動光學效應模擬裝置包括開口向上的黑體1，設置在黑體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構3連接，所述伸縮結構3內(nèi)部設置有虹膜光圈結構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中間設置有電阻絲，內(nèi)壁設置有溫度傳感器，所述冷卻層13充水；黑體1的結構示意圖如圖2所示；

所述罐體2頂部設置有開口，開口上設置有蓋5；

所述伸縮結構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構4；伸縮結構3的結構示意圖如圖3所示；

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

具體實施例二

本實施例的立式氣動光學效應模擬裝置，在具體實施例一的基礎上，進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。

這種結構設計，利用水的慢導熱性，既實現(xiàn)了對陶瓷層11和中間層12的保溫，確保氣動光學效應模擬裝置所模擬氣動光學效應的穩(wěn)定性，又實現(xiàn)了對外殼14的冷卻，確保實驗安全。

具體實施例三

本實施例的立式氣動光學效應模擬裝置，在具體實施例一的基礎上，進一步限定所述蓋5為爐圈結構，包括多個直徑不同、依次相套、截面為階梯結構的環(huán)形圈，如圖6所示，圖6展示的是三個環(huán)形圈相疊加及疊加后爐圈結構的示意圖。

這種結構設計，可以通過調(diào)整環(huán)形圈的數(shù)量，實現(xiàn)調(diào)整蓋5的開口大小，進而在不改變其他結構、參數(shù)和技術指標的前提下，改變氣動光學效應模擬效果，進而增大本發(fā)明氣動光學效應模擬裝置的模擬范圍。

具體實施例四

本實施例的立式氣動光學效應模擬裝置，在具體實施例一的基礎上，進一步限定所述罐體2為伸縮結構。

這種結構設計，可以通過調(diào)整罐體2的長度，實現(xiàn)在不改變其他結構、參數(shù)和技術指標的前提下，改變氣動光學效應模擬效果，進而增大本發(fā)明氣動光學效應模擬裝置的模擬范圍。

具體實施例三和具體實施例四中，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效應模擬效果，進而增大本發(fā)明氣動光學效應模擬裝置的模擬范圍，是采用氣流進行氣動光學效應直接模擬才具有的特性，該特性不僅在現(xiàn)有技術中沒有說明，而且也超出了本領域技術人員的認知。

具體實施例五

以上立式氣動光學效應模擬裝置，還包括光學成像系統(tǒng)8，所述光學成像系統(tǒng)如圖7所示，包括光源81，針孔82，準直透鏡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形成點光源，再經(jīng)過準直透鏡83準直后形成平行光束，照亮光柵84，所述光柵84與圖像傳感器86分別設置在物鏡85的物方和像方；其中，光源81，針孔82，準直透鏡83和光柵84設置在黑體1內(nèi)部，圖像傳感器86設置在罐體2內(nèi)部，物鏡85設置在黑體1內(nèi)部或罐體2內(nèi)部，在本實施例中，物鏡85設置在黑體1內(nèi)部。

這種結構設計，可以對氣動光學模擬效果進行監(jiān)測，利用圖像傳感器86得到的圖像進行光柵84對比度衰減的計算，根據(jù)計算結果控制電阻絲并調(diào)整溫度傳感器的閾值，實現(xiàn)整套系統(tǒng)閉環(huán)控制，有利于提高氣動光學效應模擬的準確性。

具體實施例六

本實施例的立式氣動光學效應模擬裝置，在具體實施例五的基礎上，進一步限定所述光柵84能夠在其所在平面內(nèi)旋轉90度。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，采用氣流進行氣動光學效應直接模擬方式與采用光學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行氣動光學效應直接模擬時無法準確控制，這個特性不僅在現(xiàn)有技術中沒有說明，而且也超出了本領域技術人員的認知，因此有必要對二維方向都進行監(jiān)測。而本實施例的這種結構限定，能夠實現(xiàn)在二維方向上監(jiān)測光柵84的對比度變化規(guī)律，有效避免單一方向實現(xiàn)模擬，而另一方向不達標的問題，有利于提高氣動光學效應模擬的準確性。

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