[發(fā)明專利]一種PIV近壁數(shù)據(jù)處理方法、裝置及存儲介質

有效

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• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111473943B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 王前程;趙一龍;趙玉新
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01P5/26;G06T7/13;G06T7/136;G06T5/00
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術協(xié)會專利中心 11215
• 代理人: 劉光德

本發(fā)明公開了一種高速風洞及其PIV近壁數(shù)據(jù)處理模塊和方法。所述方法包括如下步驟：在風洞實驗段中無示蹤粒子的狀態(tài)下，開啟激光器，并捕獲包括壁面散射亮線的第一激光散射圖像；逐漸降低激光能量直至最低激光能量，捕獲該最低激光能量下的包括壁面散射亮線的第二激光散射圖像；對所述第二激光散射圖像進行邊緣檢測，以確定壁面位置；根據(jù)精確確定的壁面位置，確定PIV流場中壁面附近實際觀測流場一側的第一層網(wǎng)格點的位置；將實際觀測流場一側的第一層網(wǎng)格點的速度值賦值為零。本發(fā)明可排除實際流場外和流場內(nèi)壁面附近第一層網(wǎng)格點上錯誤數(shù)據(jù)的干擾。

技術領域

本發(fā)明涉及風洞測試領域，尤其是用于對高速飛行器進行流場分析的高速風洞測試技術，具體而言，涉及一種應用于高速風洞的PIV近壁數(shù)據(jù)處理方法、裝置。

背景技術

由于超聲速/高超聲速等高速飛行器(例如超聲速/高超聲速飛機、高超聲速導彈)實際運行環(huán)境的氣流高可壓性和低雷諾數(shù)造成附面層過厚，激波和附面層之間的相互作用非常嚴重，對于激波等高速流場特有的現(xiàn)象，需要高度精密的測量技術才能進行相關的研究。

高速風洞可用于高速流場空氣動力學的基礎理論研究和高速飛行器的地面模擬實驗。在高超聲速風洞中采用PIV(Particle Image Velocimetry，粒子圖像測速)技術對高速流場進行實驗分析在該領域中已經(jīng)被越來越多的研究人員所認同。例如，Scheel等在風洞測試中，針對超燃沖壓燃燒室的不同氣動外形燃料入口，利用PIV技術對上述燃料入口進行了流場測試。Beresh等人利用PIV技術對來流馬赫數(shù)為5的高速流場進行實驗分析，對湍流邊界層和激波結構中的非定常分離進行測試。Haertig等人將PIV技術應用于來流馬赫數(shù)很高的激波測量，激波風洞測量時間為瞬態(tài)的毫秒級。

隨著相機技術和激光技術的飛速拓展，科學研究以及工程應用中對風洞中的PIV技術所能達到的精度提出了更高的要求。例如，在高速風洞中應用PIV技術時，為使流場中的示蹤粒子具有足夠的散射強度，保證PIV圖像具有足夠高的信噪比，入射激光強度通常較強。然而，較強的激光照射到實驗模型的壁面上時，會在壁面處產(chǎn)生很強的散射，這種散射使得PIV圖像中產(chǎn)生一條很寬的白色亮線，在某些測試場景下，該白色亮線所帶來的干擾可能導致完全錯誤的測試結果。

發(fā)明內(nèi)容

在一個實施例中，本發(fā)明提供了一種PIV近壁數(shù)據(jù)處理方法，用于在風洞，尤其是高速風洞中對待測物進行流場測試，其中所述待測物具有壁面，該方法包括如下步驟：

在風洞實驗段中無示蹤粒子的狀態(tài)下，開啟激光器，并捕獲包括壁面散射亮線的第一激光散射圖像；

逐漸降低激光能量直至最低激光能量，捕獲該最低激光能量下的包括壁面散射亮線的第二激光散射圖像；

對所述第二激光散射圖像進行邊緣檢測，以確定壁面位置；

根據(jù)精確確定的壁面位置，確定PIV流場中壁面附近實際觀測流場一側的第一層網(wǎng)格點的位置；

將實際觀測流場一側的第一層網(wǎng)格點的速度值賦值為零。

進一步地，所述最低激光能量使得相機捕獲到的壁面散射亮線在最寬處小于預定值。

進一步地，所述所述最低激光能量使得相機捕獲到的壁面散射亮線在最寬處小于2個像素。

進一步地，采用Canny邊緣檢測算子對所述第二激光散射圖像進行邊緣檢測，以確定壁面位置。

進一步地，當壁面處散射亮線沿流向不連續(xù)時，根據(jù)壁面的型面函數(shù)，以及間斷前壁面位置與間斷后壁面位置補齊間斷處的型面位置參數(shù)。

進一步地，還包括標記所述第一層網(wǎng)格點位置索引的步驟。

在另外的實施例中，本發(fā)明還提供了一種PIV近壁數(shù)據(jù)處理裝置，用于在風洞中對待測物進行流場測試，其中所述待測物具有壁面，該裝置包括：