[發明專利]基于溫敏漆技術的層流機翼轉捩位置測量圖像處理方法

有效

• 申請號: 202110149384.3
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112837291B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 劉祥;黃輝;王紅彪;熊健;劉大偉
• 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: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/33;G06T7/73;G06V10/44;G06T5/00;G06T5/50
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 賈曉燕

本發明公開了一種基于溫敏漆技術的層流機翼轉捩位置測量圖像處理方法，包括：S1、圖像采集，采用溫敏漆技術對層流機翼表面進行處理，并在處理后的層流機翼表面預定位置進行標記，采用相機對風洞中的層流機翼進行背景圖像、參考圖像和試驗序列圖像的采集；S2、圖像配準；S3、圖像處理，并基于光強比值序列圖像和溫敏漆校準系數關系式換算和計算，獲得層流機翼表面熱流數據圖像；S4、依據光強比或熱流沿層流機翼弦向的梯度變化判斷機翼表面轉捩區域和轉捩位置。本發明提供一種基于溫敏漆技術的層流機翼轉捩位置測量圖像處理方法，用于層流機翼轉捩位置測量的溫敏漆技術圖像數據處理使用，利用該方法可處理獲得層流機翼轉捩區域和轉捩位置。

技術領域

本發明屬于風洞光學測量試驗技術圖像信息處理領域，具體涉及一種基于溫敏漆技術的層流機翼轉捩位置測量圖像處理方法。

背景技術

為了實現節能減排和增加航程的目標，飛行器氣動減阻技術成為空氣動力學設計人員重點研究的對象，隨著航空工業設計技術和制造工藝的突飛猛進，層流流動設計逐步成為可能。對于民用客機而言，層流機翼設計技術可以降低摩擦阻力30％左右，進而可提高15％左右的巡航效率，氣動收益非常明顯，提升氣動性能的同時有效降低了燃油消耗和污染排放及飛行噪聲。為了檢驗層流機翼設計方法和層流機翼的氣動特性，需要機翼轉捩位置測量或預測方法，轉捩位置確定是層流飛行器設計的關鍵技術之一。層流機翼轉捩位置確定方法一般采用兩種手段，數值模擬和風洞試驗。因為數值模擬計算量大、精度難以保證，故一般采用風洞試驗的方法測量層流機翼的轉捩位置，進而驗證層流機翼的設計方法，評估設計優劣。

利用層流與湍流的熱對流強度不同造成模型表面層流區與湍流區的溫度有所不同這一特性，對溫度分布的測量可有效判斷轉捩位置。傳統的轉捩測量方法將溫度傳感器布置在機翼模型表面，通過溫度傳感器測量獲得模型表面溫度，進而根據溫度分布判斷模型表面轉捩位置。該方法存在諸多缺陷：一、因為傳感器突出或凹陷于機翼模型表面均會對表面流場產生干擾，使得機翼表面氣流速度或流場結構產生差異，進而造成表面溫度測量誤差，故要求傳感器與機翼模型表面嚴格平齊，傳感器安裝難度較大。二、安裝溫度傳感器需要在安裝位置和走線通道對機翼模型進行開孔和開槽，加大了模型設計、加工難度，提高了模型設計和加工成本。三、在翼尖或機翼后緣等薄部件上，因厚度空間不足可能導致無法安裝溫度傳感器，從而無法對上述區域進行轉捩位置測量。四、溫度傳感器屬于離散點測量方法，只能進行機翼表面若干點的測量，空間分辨率很低，無法獲取層流機翼的準確轉捩位置。還可以利用光學方法進行機翼轉捩位置測量，該類方法具有面測量的優勢，常用的測量方法有相變熱圖、溫敏液晶、紅外熱圖和磷光熱圖等，但因其自身固有缺陷制約了應用范圍，如相變熱圖和溫敏液晶只能作為半定量測量技術，紅外相機空間分辨率不高且受測量光路中透明材料透射率影響大、磷光熱圖技術受無機磷光物質表面成膜方式與工藝制約明顯等。

溫敏涂料具有光致發光和激發光的熱猝熄特性，光致發光特性指涂料在一定波長激發光照射下可發射另一波長光，熱猝熄特性指涂料發射光強度隨溫度升高而降低。基于涂料的上述兩種特性，原理上可在模型表面噴涂溫敏涂料，以特定波長的激發光照射涂料，利用模型表面涂料的光致發光和熱猝熄特性，將涂料發光強度換算成模型表面溫度，根據層流與湍流的熱對流強度不同造成模型表面層流區與湍流區的溫度有所不同的這一特性，依據溫度梯度可判斷模型表面氣流的轉捩位置。以溫敏涂料作為傳感器方法可實現模型表面大區域連續測量，無需在模型表面安裝傳感器，對流場無干擾，也無需開孔、開槽，減小了模型設計、加工難度和成本，其具有分辨率高、轉捩位置判斷精確等突出優勢。與現有的轉捩測量方法比較，溫敏涂料具有較大優勢，但目前尚沒有應用到層流機翼轉捩位置測量中，試驗方法還不成熟，相關圖像處理方法急需建立。

總之，傳統的溫度傳感器轉捩測量方法安裝難度高、流動干擾大、模型設計加工成本高，只能進行點測量，空間分辨率低，而常用的相變熱圖、溫敏液晶、紅外熱圖和磷光熱圖等光學測量方法因其自身固有缺陷制約了應用范圍，無法準確測量機翼模型轉捩位置。溫敏涂料方法具有面測量、空間分辨率高、模型設計加工難度和成本低、來流無擾動、轉捩位置判斷精確等優點，但目前尚沒有應用到層流機翼轉捩位置測量中，其相關圖像處理方法急需建立。