[發(fā)明專利]機(jī)彈分離運(yùn)動(dòng)捕獲壓敏漆的壓力信號(hào)處理方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310371131.X
• 申請(qǐng)日: 2023-04-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116399549A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋威;廖鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01M9/06
• 分類號(hào): G01M9/06;G01M9/08;G01M9/04
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 李晶堯

本發(fā)明涉及機(jī)彈分離運(yùn)動(dòng)捕獲壓敏漆的壓力信號(hào)處理方法，屬于風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域；機(jī)彈分離運(yùn)動(dòng)捕獲壓敏漆的壓力信號(hào)處理方法需要兩個(gè)發(fā)光輸出，一個(gè)與壓力無(wú)關(guān)，另一個(gè)與壓力有關(guān)。前者作為獲取圖像的輸出稱為參考圖像，后者稱為信號(hào)圖像；設(shè)計(jì)了比值圖像與時(shí)空壓力之間的關(guān)系式，并通過(guò)整理變換得到給定像素位置ij和圖像時(shí)間tsubgt;n/subgt;下的靜壓的計(jì)算公式，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)捕獲壓敏漆測(cè)量的壓力信號(hào)分布表達(dá)式；本發(fā)明彌補(bǔ)現(xiàn)有壓敏漆技術(shù)無(wú)法測(cè)量動(dòng)態(tài)分離運(yùn)動(dòng)模型表面壓力分布的缺陷，達(dá)到認(rèn)識(shí)機(jī)彈分離過(guò)程非定常氣動(dòng)載荷變化規(guī)律的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及機(jī)彈分離運(yùn)動(dòng)捕獲壓敏漆的壓力信號(hào)處理方法。

背景技術(shù)

機(jī)彈分離是先進(jìn)超聲速戰(zhàn)斗機(jī)內(nèi)埋式武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，研究表明，內(nèi)埋武器艙具有典型的空腔流動(dòng)特性，空腔中包含著極其復(fù)雜的非定常流動(dòng)現(xiàn)象，如來(lái)流邊界層分離與再附、艙口附近剪切層運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定性、艙內(nèi)旋渦流動(dòng)的發(fā)展與破裂，特別對(duì)超聲速飛行的先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)來(lái)說(shuō)，空腔內(nèi)和外還存在激波與激波、激波與膨脹波、激波與剪切層相互干擾等復(fù)雜非定常流動(dòng)現(xiàn)象。這些復(fù)雜的非定常流動(dòng)會(huì)引起內(nèi)埋式武器上大面積周期性的壓力脈動(dòng)，導(dǎo)致作用在武器上的氣動(dòng)載荷的非定常性和非線性，從而嚴(yán)重地影響內(nèi)埋武器機(jī)彈分離動(dòng)力學(xué)特性，給內(nèi)埋武器的飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)困難和挑戰(zhàn)。

基于運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)相似的風(fēng)洞投放試驗(yàn)(drop?testing)能反映機(jī)彈分離過(guò)程的慣性力和非定常氣動(dòng)力的耦合效應(yīng)，被國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者廣泛地用于內(nèi)埋式武器機(jī)彈分離問(wèn)題的模擬上。然而，目前的風(fēng)洞試驗(yàn)僅僅獲得了內(nèi)埋武器機(jī)彈分離過(guò)程中的激波流動(dòng)結(jié)構(gòu)(如采用高速紋影測(cè)量)，無(wú)法獲取動(dòng)態(tài)分離模型表面上精細(xì)化流場(chǎng)參數(shù)(如表面壓力分布)等，以至于對(duì)內(nèi)埋武器上復(fù)雜的非定常氣動(dòng)載荷變化規(guī)律特性和流動(dòng)機(jī)理研究及認(rèn)識(shí)存在不足。

在內(nèi)埋武器機(jī)彈分離的風(fēng)洞投放分離運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，彈體從空腔內(nèi)分離后處于自由不受約束狀態(tài)，導(dǎo)致傳統(tǒng)的接觸式壓力測(cè)量技術(shù)(如微型壓力傳感器等)，無(wú)法布置在彈體表面上。壓敏漆(pressure-sensitive?paint,PSP)是一種先進(jìn)的非接觸式壓力測(cè)量技術(shù)，通過(guò)壓敏涂料發(fā)出的光強(qiáng)變化獲得高時(shí)空分辨率的表面壓力分布。常規(guī)的快響應(yīng)壓敏漆光強(qiáng)測(cè)量方法需要采集無(wú)風(fēng)條件下的參考圖像，以得到光強(qiáng)的相對(duì)變化值，主要被用于靜態(tài)模型表面的壓力分布測(cè)量，但無(wú)法獲得動(dòng)態(tài)分離模型表面上的壓力分布。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出機(jī)彈分離運(yùn)動(dòng)捕獲壓敏漆的壓力信號(hào)處理方法，彌補(bǔ)現(xiàn)有壓敏漆技術(shù)無(wú)法測(cè)量動(dòng)態(tài)分離運(yùn)動(dòng)模型表面壓力分布的缺陷，達(dá)到認(rèn)識(shí)機(jī)彈分離過(guò)程非定常氣動(dòng)載荷變化規(guī)律的效果。

本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：

機(jī)彈分離運(yùn)動(dòng)捕獲壓敏漆的壓力信號(hào)處理方法，包括：

在流體動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)高速彩色相機(jī)成像，獲得參考圖像V_R和信號(hào)圖像V_S；

設(shè)定高速彩色相機(jī)輸出的給定像素位置為i，j，輸出的圖像時(shí)間為t_n；通過(guò)像素位置i，j和圖像時(shí)間t_n表示參考圖像通過(guò)像素位置ij和圖像時(shí)間t_n表示信號(hào)圖像

通過(guò)和的比值抵消幾何因子

將和的比值乘以得到：

式中，t_ref為參考時(shí)間；

為通過(guò)像素位置ij和參考時(shí)間t_ref表示信號(hào)圖像的發(fā)光強(qiáng)度；

為通過(guò)像素位置ij和圖像時(shí)間t_n表示的參考圖像的發(fā)光強(qiáng)度；

為通過(guò)像素位置ij和圖像時(shí)間t_n表示的信號(hào)圖像的發(fā)光強(qiáng)度；