跨音速机翼表面摩擦应力测量技术研究

发布时间：2017-10-16 10:26

  本文关键词：跨音速机翼表面摩擦应力测量技术研究

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【摘要】：表面摩擦应力的测量对提高交通运输工具性能具有重要的作用,并且它也是一个重要的基础研究课题,可以用来描绘流场中流体表面的流体特征。在一些新兴领域,例如流动控制,表面摩擦应力的测量也同样具有非同一般的意义。又由于大型运输机的巡航速度都为跨音速附近,本文选取了“跨音速机翼表面摩擦应力测量技术研究”作为研究课题,并以荧光油膜技术作为主要测量手段开展研究。本文首先从油膜在全局表面摩擦应力场作用下的演化规律着手,深入研究荧光油膜全局表面摩擦应力测量模型,然后从降低解算时间和提高解算结果的精度两个方面入手,提出了基于时间连续性假设的改进算法和基于时间连续性假设的油膜迭代演化算法。两种改进算法的仿真结果表明:前者在保证测量精度的情况下,大大降低了解算时间;后者在降低解算时间的同时,提高了测量精度。其次,在跨音速风洞实验中,获取待测翼型表面油膜演化图像时存在众多不利因素,特别是翼型表面的振动和扭曲;为了克服这些不利因素,本文深入研究了相机标定的相关理论和方法,引入了曲面投影测量技术。另外针对风洞中拍摄图像亮度不高、标记点不易提取的问题,本文从相机针孔模型的成像原理切入,提出了一种适用于特定情况的基于边缘提取的角点提取算法——根据特定情况下的映射模型推导出翼型表面上互相平行等间距的横向标记线之间的相互关系与纵向标记线之间的相互关系,并运用冗余信息融合的方法来降低标记点提取的误差。接着,围绕相机内外参数的解算方法,本文引入了以直接线性变换算法为基础的优化算法。之后,本文将曲面投影测量技术与考虑畸变的DLT算法和传统的Tasi两步算法进行对比,计算各自像元误差,对相机标定结果精度进行定量评价,实验结果表明本文的投影测量技术在测量精度上优于其他两种算法。最后本文将荧光油膜测量技术用于具体的实际应用之中,对机翼模型NLF0415进行全局表面摩擦应力的测量,进行了小肋减阻效果的验证;并与粒子成像测速方法(PIV)的测量实验结果进行横向对比,两者的实验结果一致,从而验证了荧光油膜全局表面摩擦应力测量技术的可行性。
【关键词】：全局表面摩擦应力 荧光油膜 曲面投影测量技术 角点提取 肋条减阻
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V214
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 课题的背景与意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-20
• 1.2.1 表面摩擦应力测量方法分类14-15
• 1.2.2 表面摩擦应力测量技术简介15-20
• 1.3 本文主要研究内容及意义20-22
• 第二章 荧光油膜测量模型建立与简化及求解方法研究22-38
• 2.1 荧光油膜的测量模型的建立及简化22-24
• 2.1.1 荧光油膜测量模型的建立22-24
• 2.1.2 荧光油膜测量模型的简化24
• 2.2 荧光油膜测量模型求解方法24-29
• 2.2.1 光流法25-27
• 2.2.2 全局解算算法27-29
• 2.3 金字塔模拟演化的改进优化算法29-35
• 2.3.1 金字塔模拟演化算法原理29-31
• 2.3.2 金字塔模拟演化算法的实现31-32
• 2.3.3 金字塔模拟演化优化算法改进32-35
• 2.4 改进算法验证35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 荧光油膜投影测量技术的关键技术分析38-58
• 3.1 投影测量技术原理38-43
• 3.1.1 刚体变换(世界坐标系转换到相机坐标系)39-40
• 3.1.2 透视投影(相机坐标系转换图像物理坐标系)40
• 3.1.3 几何畸变40-42
• 3.1.4 数字化图像(图像物理坐标系转换到图像坐标系)42
• 3.1.5 投影测量技术实现流程42-43
• 3.2 图像坐标标记点提取43-50
• 3.2.1 常用的角点提取算法43-45
• 3.2.2 基于边缘特征的标记点提取45-50
• 3.3 空间坐标提取50-51
• 3.4 相机内外参数解算51-56
• 3.4.1 常用的相机内外参数解算算法51
• 3.4.2 直接线性变换算法(DLT)51-53
• 3.4.3 优化算法53-56
• 3.5 本章小结56-58
• 第四章 荧光油膜投影测量技术实验验证58-66
• 4.1 实验背景58-60
• 4.2 实验过程60-63
• 4.2.1 图像采集与预处理60
• 4.2.2 图像标记点提取60-61
• 4.2.3 标记点空间坐标求取61-62
• 4.2.4 相机内外参数解算62-63
• 4.2.5 投影变换——三维重建63
• 4.3 投影测量技术的评价方法63-64
• 4.4 像元误差与精度分析64-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 机翼表面摩擦应力测量实验66-79
• 5.1 肋条减阻66-67
• 5.2 实验背景67-68
• 5.3 荧光油膜测量结果及分析68-78
• 5.3.1 运用投影测量技术与未运用效果对比分析70-73
• 5.3.2 肋条减阻效果的验证73-76
• 5.3.3 与粒子成像测速法(PIV)进行横向对比76-78
• 5.4 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-82
• 6.1 总结79-80
• 6.2 创新点80
• 6.3 展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文87

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本文编号：1042181