模拟室1、舱内环境模拟室6分别模拟高空高速条件下光学窗口 7外部环境、内部环境；所述舱外环境模拟室I及舱内环境模拟室6通过光学窗口 7密封连接，所述光学窗口 7为试验件；所述舱外环境模拟室I左侧以光学窗口密封作为密封光学窗口 2，所述舱内环境模拟室6以观察光学窗口 5密封；舱内环境模拟室载物台4用于放置光谱相机，可上下升降及左右平动，以调整其上光谱相机相对于光学窗口的位置；真空仓升降台3固定于真空仓下端，用于实现所述高空高速下的气动效应模拟装置相对于所处光学成像链路竖直位置的调整。
[0030]所述舱外环境模拟室I及舱内环境模拟室6中的压力、温度可调，在所述光学窗口7内外表面建立压差环境、在所述光学窗口外表面建立高温环境。
[0031]所述舱外环境模拟室I和所述舱内环境模拟室6均包含压力控制系统，通过压力控制系统控制、调节舱外环境模拟室I及舱内环境模拟室6的压力值和压力波动值，在地面实现高空飞行环境下的光学窗口两侧的气动压差模拟；
[0032]所述舱外环境模拟室I还包括温度控制系统，用于控温和测温。在所述舱外环境模拟室I布置电加热装置，加热所述舱外环境模拟室留存的空气并热辐射烘烤光学窗口表面，在地面实现高速飞行环境下的光学窗口外表面的气动加热模拟；同时，还可以监测光学窗口表面温度。
[0033]所述舱内环境模拟室6包含温度测量系统，用于测量舱内模拟室的温度。
[0034]所述舱外环境模拟室I和舱内环境模拟室6包含控制系统，提供真空保障、设备控制监测、冷却循环等功能。
[0035]所述光学窗口 7为试验件，其厚度通过一定环境条件下的数值仿真结果确定，可更换；通过调节所述舱外环境模拟室I及舱内环境模拟室6中的压力、温度，在所述光学窗口 7内外表面建立压差环境、在所述光学窗口外表面建立高温环境，模拟一定飞行条件下高速气流掠过光学窗口表面产生的压力、温度场。
[0036]所述高空高速环境气动效应模拟装置可置于光学成像链路中进行光学系统测试，得到所述光学窗口 7在两侧有压差且不断波动、有温差时的传函和像质参数。
[0037]根据图3置于光谱成像链路中的高空高速环境气动效应模拟装置的结构示意图所示结构:
[0038]首先进行气动效应模拟装置的性能检测，完成后进入光学系统第一次测试，得到所述光学窗口 7在两侧无压差、无温差时的传函和像质参数；
[0039]通过调节所述舱外环境模拟室I和所述舱内环境模拟室6的压力控制系统，使得所述光学窗口 7内外压差等于数值模拟仿真分析得到的数据(或真实飞行实测数值)，从而实现气动压差模拟；完成光学系统第二次测试，得到所述光学窗口 7在两侧有压差但无温差时的传函和像质参数；
[0040]通过调节所述舱外环境模拟室I中的温度控制系统，将所述光学窗口 7两侧温度分别控制在数值模拟仿真分析得到的数据(或真实飞行实测数值)，从而在温度水平和温差上同时实现低压、高温、高速气流横掠光学窗口时所产生的气动压力、热效应模拟；完成光学系统第三次测试，得到相机光学窗口在两侧有压差、有温差时的传函和像质参数；
[0041]通过调节所述舱外环境模拟室I和所述舱内环境模拟室6的压力控制系统，让其压力按规定的控制律(或数值模拟仿真分析得到的数据)变化；完成光学系统第四次测试，得到所述光学窗口 7在两侧有压差且不断波动、有温差时的传函和像质参数。
【主权项】
1.一种高空高速环境气动效应的半物理仿真方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: 步骤一:针对机载相机高空高速的工作环境，通过数学仿真方法计算出不同高速、速度、攻角下光学窗口表面的压力、温度数据，并优化得到满足力学、光学性能要求的光学窗口最佳厚度； 步骤二:将上述数学仿真所得压力、温度数据，及光学窗口最佳厚度直接作用于气动效应实物模拟装置进行高空高速气动效应实物仿真试验； 步骤三:高空高速环境模拟装置应用于成像光路中，检测该状态下光谱相机成像性能，通过实物试验结果形成对数学仿真模型的反馈。2.根据权利要求1所述高空高速环境气动效应的半物理仿真方法，其特征在于，所述步骤二包括:将步骤一数值仿真结果作用于实物装置，该实物装置包括压力调节系统、温度调节系统、光学窗口，通过对该光学窗口表面直接调压和调温的实物装置来模拟该飞行状态光学窗口表面的气动压力和气动热效应。3.根据权利要求1所述高空高速环境气动效应的半物理仿真方法，其特征在于，步骤三包括:光谱相机通过模拟高空高速环境中的光学窗口和模拟无限远空地距离的平行光管进行拍照，使用分辨率图形胶片和地物影像胶片作为成像目标，检测该状态下光谱相机成像性能，通过实物试验结果形成对数学仿真模型的反馈。4.一种高空高速环境气动效应的模拟装置，所述装置包括:光学窗口、舱外环境模拟室、舱内环境模拟室、舱内环境模拟室载物台和真空仓升降台，其特征在于:舱外环境模拟室、舱内环境模拟室分别为卧室圆筒状真空仓左、右两腔室，分别模拟高空高速条件下光学窗口外部环境、内部环境；所述舱外环境模拟室及舱内环境模拟室通过光学窗口密封，所述光学窗口为试验件；所述舱外环境模拟室左侧也以光学窗口密封作为观察窗；舱内环境模拟室载物台用于放置光谱相机，可上下升降及左右平动，以调整其上光谱相机相对于光学窗口的位置；真空仓升降台固定于真空仓下端，用于实现所述高空高速下的气动效应模拟装置相对于所处光学成像链路竖直位置的调整。5.根据权利要求4所述高空高速环境气动效应的模拟装置，其特征在于，所述舱外环境模拟室及所述舱内环境模拟室压力、温度可调，在所述光学窗口内外表面建立压差环境、在所述光学窗口外表面建立高温环境；所述光学窗口表面温度、压力可测。6.根据权利要求4所述高空高速环境气动效应的模拟装置，其特征在于，所述高空高速环境气动效应模拟装置可置于光学成像链路中进行光学系统测试，得到所述光学窗口在两侧有压差且不断波动、有温差时的传函和像质参数。
【专利摘要】本发明公开了一种高空高速环境气动效应的半物理仿真方法及模拟装置，该方法针对机载相机高空高速的工作环境，首先通过数学方法计算出光学窗口表面的压力、温度数据，并优化出光学窗口最佳厚度；然后将上述压力、温度数据，及光学窗口最佳厚度直接作用于气动效应实物模拟装置，对光学窗口表面直接进行压差、温度调节，进行物理仿真试验；最后通过实物试验结果形成对数学仿真模型的反馈。该装置通过调节舱内、舱外环境模拟室压力、温度系统，在光学窗口表面建立压差环境、高温环境，模拟出高空高速气流横掠过光学窗口表面造成的气动效应。本发明为在地面研究高空高速环境下气动压力、气动热效应对光学窗口性能的影响创造出科学的试验依据和条件。
【IPC分类】G01M9/00
【公开号】CN104913897
【申请号】CN201510382334
【发明人】范达, 明星, 刘昕悦, 王国名, 郭文记, 董登峰, 黄旻, 周维虎
【申请人】中国科学院光电研究院
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年7月2日