[發明專利]風洞試驗模型繞流密度投影場的視頻測量方法

有效

• 申請號: 201611165854.0
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106596037B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 周潤;張征宇;黃敘輝;李平;唐亮;范金磊
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕

1.一種風洞試驗模型繞流密度投影場的視頻測量方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、在風洞試驗的試驗現場搭建光路，其中：相機的光軸與風洞坐標系的z軸平行，背景板與風洞坐標系的z軸垂直，在背景板上布置行列相間的圓形標記點；測量背景板到風洞試驗段中心平面間的距離Z_D，測量背景板上至少3個圓形標記點在風洞坐標系下的坐標值；

步驟二、利用背景板上圓形標記點在風洞坐標系中的已知坐標值，標定相機的位置參數(X_s,Y_s,Z_s)與姿態參數(φ，ω,κ)，及相機的內參數，計算背景板到攝影中心之間的距離Z_B＝|Z_S|+Z_D；

步驟三、在無擾動流場時，用相機拍攝背景板的圖像作為參考圖像，在有擾動流場時，使用相機拍攝背景板的時序圖像；

步驟四、計算t時刻有擾動流場時，從背景板上給定標記點A出發到攝影中心的光束穿過擾動流場時的偏折位移△X^(i,j)和△Y^(i,j)、偏折角和

步驟五、計算t時刻擾動流場內E點的密度投影：

設攝影中心O、背景板上標記點A的連線與擾動流場中心平面的交點為E；

1)按如下公式計算E點參考密度ρ_ref：

式中，R為氣體常數，p₀為風洞試驗的總壓，M_a為風洞試驗的馬赫數，T₀為風洞試驗的總溫；

2)按如下公式計算E點參考折射率n_ref：

n_ref＝1+K_GDρ_ref

式中，K_GD為常數；

3)計算未知數a、b：

式中，L為風洞試驗段在z方向的邊長，

4)計算E點的折射率投影n_E、密度投影ρ_E：

ρ_E＝(n_E-1)/K_GD。

2.根據權利要求1所述的風洞試驗模型繞流密度投影場的視頻測量方法，其特征在于：所述圓形標記點為黑底白圓。

3.根據權利要求1所述的風洞試驗模型繞流密度投影場的視頻測量方法，其特征在于：所述背景板到攝影中心的距離Z_B大于背景板最小外接矩形的對角線長度。

4.根據權利要求1所述的風洞試驗模型繞流密度投影場的視頻測量方法，其特征在于：所述從給定標記點A出發到攝影中心的光束穿過擾動流場時的偏折角小于10度。

5.根據權利要求4所述的風洞試驗模型繞流密度投影場的視頻測量方法，其特征在于：所述偏折位移和偏折角的計算方法為：

將標記點A在無擾動流場時在相機CCD上的像點記為B，t時刻有擾動流場時的像點記為B'，B'與攝影中心O的連線與背景板的交點記為A'；

1)設A為背景板上第i行、第j列的標記圓點，利用共線方程計算A在風洞坐標系下的x、y坐標值，記為X^(i,j)、Y^(i,j)；_A'在風洞坐標系下的x、y坐標值，記為X^(i,j)'、Y^(i,j)'；

2)標記點A在x、y方向的偏折位移△X^(i,j)、△Y^(i,j)的計算方法為：

△X^(i,j)＝X^(i,j)'-X^(i,j)；

△Y^(i,j)＝Y^(i,j)'-Y^(i,j)；

3)從標記點A出發到攝影中心的光束穿過擾動流場時的偏折角的計算方法為：