[發明專利]抗眩光的風洞試驗模型彈性變形視頻測量方法

有效

• 申請號: 201810315108.8
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108507754B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 張征宇;楊振華;范金磊;劉田;鄒易峰
• 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;G01M9/08;G01B11/16
• 代理公司: 51214 成都九鼎天元知識產權代理有限公司
• 代理人: 鄧世燕

本發明公開了一種抗眩光的風洞試驗模型彈性變形視頻測量方法，包括如下步驟：在試驗模型上噴涂形成圓形熒光標記點，采用紫光照明，激發熒光標記點發出綠光；用裝有綠光帶通濾光片的相機采集試驗模型運動至指定迎角α_i時對應熒光標記點圖像G’_αi，計算G’_αi中各個圓形熒光標記點在風洞坐標系oxyz下的三維坐標，解算各截面的彎曲與扭轉變形。與現有技術相比，本發明的積極效果是：既確保試驗模型在其整個姿態變化過程中，標記點不受眩光與鏡面成像干擾，又確保相機標定光照環境與試驗時光照環境的一致性，提升風洞試驗模型彈性變形視頻測量的精準度和可靠性，具有巨大的工程應用前景。

技術領域

本發明屬于基于機器視覺和攝影測量的風洞試驗技術領域，具體涉及一種抗眩光的風洞試驗模型彈性變形視頻測量方法。

背景技術

風洞試驗中模型及其支撐系統在氣動載荷作用下會發生彈性變形。如2.4米跨聲速風洞試驗時模型承受的氣動載荷高達數噸，即使是高強度鋼制的機翼也會發生明顯彈性變形，而大量研究表明：轉捩、分離以及激波/邊界層干擾等復雜的流動現象對形狀變化非常敏感，模型形狀細微的變化可能導致氣動特性產生較大變化。

因此，準確測量試驗模型的扭轉和彎曲變形，掌握實測氣動數據與其試驗模型氣動外形間的對應關系，是風洞試驗數據實現模型彈性影響修正的前提，也是基于試驗數據驗證CFD數值模擬結果的必然要求。

鑒于視頻測量(Videogrammetric Measurement，VM)技術對試驗模型設計無特殊要求，僅需在試驗模型上粘印標記點，即可利用共線方程求解標記點的三維坐標，進而獲得試驗模型的扭轉和彎曲變形數據，因此，受到國內外風洞試驗機構的青睞。

但按照風洞模型設計規范(GJB569-88和GJB180-86)，國外常規高速風洞試驗模型表面粗糙度一般取Ra＝0.4～0.8微米。如圖1所示，飛行器試驗模型總裝后其光澤度一般達到鏡面反光水準，導致模型在如圖2所示的光照環境下必然出現眩光現象和鏡面成像干擾，而且，眩光位置和鏡面成像干擾位置隨試驗模型的姿態改變而變化，當標記點處出現眩光現象，輕則降低標記點三維坐標的視頻測量精準度，重則使圖像算法無法準確檢測出標記點，導致測量失敗。

雖然Optotrak光學商用測量系統采用主動發光方式，可解決眩光現象和鏡面成像干擾問題，但需要在試驗模型上平齊嵌裝主動發光MARKER點，既破壞模型的外形，又必須在試驗模型上開孔布線為MARKER點供電，導致模型設計與制造困難，且造價高。另一方面，因Optotrak外形尺寸長達1米，3個線陣CCD間距達0.45米，測量物體必須置于離Optotrak1.5米到6米以內，導致現有的高速風洞的觀察窗很難具備測量條件。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點，本發明提出了一種抗眩光的風洞試驗模型彈性變形視頻測量方法，通過在模型表面噴涂圓形熒光材料標記點，利用紫外光激發熒光材料標記點發出綠光，再通過相機鏡頭前的(綠光帶通)濾光片消除紫外光產生的眩光現象，確保試驗模型在其整個姿態變化過程中，標記點不受眩光現象影響，提升風洞試驗模型彈性變形視頻測量的精準度，具有巨大的工程應用前景。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種抗眩光的風洞試驗模型彈性變形視頻測量方法，包括如下步驟：

步驟一、采用綠色熒光噴漆在試驗模型上噴涂形成圓形熒光標記點；

步驟二、在地面實驗室，采用紫光照明，并利用在鏡頭前安裝有綠光帶通濾光片的相機采集圓形熒光標記點的圖像，得到各個圓形熒光標記點在風洞坐標系oxyz下的三維坐標；

步驟三、將試驗模型安裝在風洞中，再打開風洞試驗模型彈性變形視頻測量系統的紫光光源，并在風洞試驗模型彈性變形視頻測量系統的相機鏡頭前安裝綠光帶通濾光片；

步驟四、對風洞試驗模型彈性變形視頻測量系統的相機內外參數進行標定；