基于光线追迹算法的航空发动机温度场重建方法研究
发布时间：2021-06-08 20:19
航空发动机作为飞机最贵重并且最核心的部件,对飞机的安全具有重要的影响。根据民航业的调查数据显示,发动机故障是影响飞机航行安全的重要因素,且常常因发动机故障导致出现事故征候甚至严重事故等各类安全事件。而通过对航空发动机尾气温度场进行测量重建,并通过对温度场的分析可以预知发动机状态及其所存在的潜在安全隐患。本文基于视觉测量技术,研究一种运用光线追迹算法的航空发动机尾气温度场重建方法,主要研究内容包括:1、针对高温度梯度环境对视觉测量所产生的成像畸变问题,本文将空间点发出的光抽象为光线,通过修正光线的传播路径,研究光学系统成像的光线追迹算法,并运用Runge-Kutta方法对该算法求解,最后运用该算法对图像畸变进行校正。实验结果验证了光线追迹算法对热源干扰下造成畸变图像进行校正可行性,实现了对图像畸变的误差补偿。并通过对比光线追迹算法校正畸变与实际温度场造成的畸变对比,验证了光线追迹算法应用于温度场重建的可行性。2、在温度场重建方面,光线追迹法是一种有效的非接触式光学测量方法。然而,在航空发动机尾气区域受强光和高温干扰,使用光线追迹法重建温度场的精度相对较低。为解决这一问题,本文提出了一种使...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相对湿度、大气压力和温度对大气折射率的影响；（a）相对湿度对大气折射率的影响
中国民航大学硕士学位论文102.2Runge-Kutta光线追迹算法原理2.2.1光线追迹算法原理在已知温度场的情况下，根据光在折射率均匀的介质中沿直线传播、在变折射率的介质中传播路径会发生偏折的原理，利用微分的方法在温度场中建立等温线，每条等温线之间的温度间隔梯度为T，等温线之间假设为恒定温度分布，从而可将光线所经过的变折射率温度场分成一系列微分温度梯度区间。根据公式（2.4）可求得各条等温线之间温度所对应的折射率，而且当T→0时可以得到所精确的折射率分布梯度。再通过各温度梯度区间所对应的折射率，利用折射率公式从而得到各区间的光线轨迹，最后用积分的方法将各温度梯度区间内的光路连接即可得到光的精确传播轨迹。图2-2光线追迹算法原理示意图图2-2为光线追迹算法示意图，通过在温度场中建立直角坐标系中，通过对温度场的温度测量，根据温度的不同建立温度梯度场，并在不同温度梯度之间用等温线划分表示。假设等温线il两侧的温度为i1T与iT，入射光线在坐标系的直线方程为11y=kx+b。可求得入射光线与温度场第一条等温线1l的交点11(x,y)，再根据温度场模型求得等温线在该点处的法线1NKa，根据上述已知数值运用公式（2.4）可求得入射光线与法线的夹角0；由公式（2.5）可以得到等温线1l两侧温度为0T、1T的折射率0n、1n，即为公式（2.5）、（2.6）所示；根据折射定律公式（2.7）可以求解出折射光线与法线的夹角1，根据公式（2.8）可解得1k°W，再根据交点坐标最终可求出射光线方程为11y=kx+b。
中国民航大学硕士学位论文1101001coskNkN=(2.5)01010.07976630.0797663n1n1TT=+、=+(2.6)0011sinn=sinn(2.7)11111coskNkN=(2.8)对上述光线在不同温度梯度之间的传播进行求解，经过求解之后可以得到光线经过n次的折射后的光线直线方程为nny=kx+b，其中n=1,2,3...。假设最初的入射光线在均匀温度场中沿直线传播交汇于像面P"点，在非均匀温度梯度干扰下经过n次等温线折射后得到的折射光线交汇于像面于P点，产生的非均匀温度梯度干扰折射偏差e即为PP如公式（2.9）所示。光线追迹算法流程图如图2-3所示。00()npnpe=kx+bkx+b(2.9)图2-3光线追迹算法流程图
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空涡轴发动机发展趋势[J]. 邹望之,郑新前. 航空动力学报. 2019(12)
[2]某固体火箭发动机药柱温度场有限元分析[J]. 李媛,孙展鹏,周艳青,孙迪,黄薇薇. 火箭推进. 2019(02)
[3]用于湍流燃烧温度测量的激光诊断技术[J]. 胡志云,张振荣,王晟,陶波,叶景峰. 气体物理. 2018(01)
[4]基于染料荧光多个特征的光纤温度传感器[J]. 张巍巍,史凯兴. 仪器仪表学报. 2016(11)
[5]分布式光纤温度压力传感器设计[J]. 徐宁,戴明. 中国光学. 2015(04)
[6]蒙皮反射的背景辐射对亚声速飞机红外特征的影响研究（二）:应用[J]. 黄伟,吉洪湖. 红外与激光工程. 2015(07)
[7]蒙皮反射的背景辐射对亚声速飞机红外特征的影响研究（一）:方法[J]. 黄伟,吉洪湖. 红外与激光工程. 2015(06)
[8]飞机机体红外辐射特性研究[J]. 李慎波,童中翔,王超哲,李建勋,贾林通,黄鹤松. 激光与红外. 2014(07)
[9]基于改进SURF和P-KLT算法的特征点实时跟踪方法研究[J]. 蔡佳,黄攀峰. 航空学报. 2013(05)
[10]轴对称收-扩喷管内外流场一体化数值模拟[J]. 余铭,刘友宏. 科学技术与工程. 2011(32)
博士论文
[1]非轴对称静叶对畸变条件下压气机流场影响研究[D]. 傅文广.大连海事大学 2019
[2]基于数据驱动的航空发动机状态监测关键技术研究[D]. 周媛.南京航空航天大学 2015
[3]气体介质温度场声学测量方法与技术研究[D]. 王明吉.东北石油大学 2012
[4]静电感应技术在航空发动机气路状态监测上的应用研究[D]. 李耀华.南京航空航天大学 2011
硕士论文
[1]压气机叶片清洗流场分析及参数优化[D]. 胡建伟.中国民航大学 2019
[2]基于通流计算下的涡轴发动机总体性能研究[D]. 滕攀.南京航空航天大学 2019
[3]舰面环境下舰载机发动机进口温度畸变研究[D]. 张宇浩.南京航空航天大学 2019
[4]航空发动机尾气流场散斑测量立体匹配方法研究[D]. 马凯.中国民航大学 2018
[5]航空发动机状态监控与典型故障分析[D]. 张经璞.沈阳航空航天大学 2017
[6]航空发动机气路故障诊断技术研究[D]. 彭淑宏.上海交通大学 2012
[7]基于图像处理的锅炉炉膛三维温度场检测技术研究[D]. 陈金兴.沈阳理工大学 2011
[8]带有自由表面流动的N-S方程的数值解法[D]. 刘海朋.大连理工大学 2010
[9]大气折射率影响因素的研究[D]. 金群锋.浙江大学 2006
[10]火箭发动机尾流场三维流场计算[D]. 于洋.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3219132
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相对湿度、大气压力和温度对大气折射率的影响；（a）相对湿度对大气折射率的影响
中国民航大学硕士学位论文102.2Runge-Kutta光线追迹算法原理2.2.1光线追迹算法原理在已知温度场的情况下，根据光在折射率均匀的介质中沿直线传播、在变折射率的介质中传播路径会发生偏折的原理，利用微分的方法在温度场中建立等温线，每条等温线之间的温度间隔梯度为T，等温线之间假设为恒定温度分布，从而可将光线所经过的变折射率温度场分成一系列微分温度梯度区间。根据公式（2.4）可求得各条等温线之间温度所对应的折射率，而且当T→0时可以得到所精确的折射率分布梯度。再通过各温度梯度区间所对应的折射率，利用折射率公式从而得到各区间的光线轨迹，最后用积分的方法将各温度梯度区间内的光路连接即可得到光的精确传播轨迹。图2-2光线追迹算法原理示意图图2-2为光线追迹算法示意图，通过在温度场中建立直角坐标系中，通过对温度场的温度测量，根据温度的不同建立温度梯度场，并在不同温度梯度之间用等温线划分表示。假设等温线il两侧的温度为i1T与iT，入射光线在坐标系的直线方程为11y=kx+b。可求得入射光线与温度场第一条等温线1l的交点11(x,y)，再根据温度场模型求得等温线在该点处的法线1NKa，根据上述已知数值运用公式（2.4）可求得入射光线与法线的夹角0；由公式（2.5）可以得到等温线1l两侧温度为0T、1T的折射率0n、1n，即为公式（2.5）、（2.6）所示；根据折射定律公式（2.7）可以求解出折射光线与法线的夹角1，根据公式（2.8）可解得1k°W，再根据交点坐标最终可求出射光线方程为11y=kx+b。
中国民航大学硕士学位论文1101001coskNkN=(2.5)01010.07976630.0797663n1n1TT=+、=+(2.6)0011sinn=sinn(2.7)11111coskNkN=(2.8)对上述光线在不同温度梯度之间的传播进行求解，经过求解之后可以得到光线经过n次的折射后的光线直线方程为nny=kx+b，其中n=1,2,3...。假设最初的入射光线在均匀温度场中沿直线传播交汇于像面P"点，在非均匀温度梯度干扰下经过n次等温线折射后得到的折射光线交汇于像面于P点，产生的非均匀温度梯度干扰折射偏差e即为PP如公式（2.9）所示。光线追迹算法流程图如图2-3所示。00()npnpe=kx+bkx+b(2.9)图2-3光线追迹算法流程图
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空涡轴发动机发展趋势[J]. 邹望之,郑新前. 航空动力学报. 2019(12)
[2]某固体火箭发动机药柱温度场有限元分析[J]. 李媛,孙展鹏,周艳青,孙迪,黄薇薇. 火箭推进. 2019(02)
[3]用于湍流燃烧温度测量的激光诊断技术[J]. 胡志云,张振荣,王晟,陶波,叶景峰. 气体物理. 2018(01)
[4]基于染料荧光多个特征的光纤温度传感器[J]. 张巍巍,史凯兴. 仪器仪表学报. 2016(11)
[5]分布式光纤温度压力传感器设计[J]. 徐宁,戴明. 中国光学. 2015(04)
[6]蒙皮反射的背景辐射对亚声速飞机红外特征的影响研究（二）:应用[J]. 黄伟,吉洪湖. 红外与激光工程. 2015(07)
[7]蒙皮反射的背景辐射对亚声速飞机红外特征的影响研究（一）:方法[J]. 黄伟,吉洪湖. 红外与激光工程. 2015(06)
[8]飞机机体红外辐射特性研究[J]. 李慎波,童中翔,王超哲,李建勋,贾林通,黄鹤松. 激光与红外. 2014(07)
[9]基于改进SURF和P-KLT算法的特征点实时跟踪方法研究[J]. 蔡佳,黄攀峰. 航空学报. 2013(05)
[10]轴对称收-扩喷管内外流场一体化数值模拟[J]. 余铭,刘友宏. 科学技术与工程. 2011(32)
博士论文
[1]非轴对称静叶对畸变条件下压气机流场影响研究[D]. 傅文广.大连海事大学 2019
[2]基于数据驱动的航空发动机状态监测关键技术研究[D]. 周媛.南京航空航天大学 2015
[3]气体介质温度场声学测量方法与技术研究[D]. 王明吉.东北石油大学 2012
[4]静电感应技术在航空发动机气路状态监测上的应用研究[D]. 李耀华.南京航空航天大学 2011
硕士论文
[1]压气机叶片清洗流场分析及参数优化[D]. 胡建伟.中国民航大学 2019
[2]基于通流计算下的涡轴发动机总体性能研究[D]. 滕攀.南京航空航天大学 2019
[3]舰面环境下舰载机发动机进口温度畸变研究[D]. 张宇浩.南京航空航天大学 2019
[4]航空发动机尾气流场散斑测量立体匹配方法研究[D]. 马凯.中国民航大学 2018
[5]航空发动机状态监控与典型故障分析[D]. 张经璞.沈阳航空航天大学 2017
[6]航空发动机气路故障诊断技术研究[D]. 彭淑宏.上海交通大学 2012
[7]基于图像处理的锅炉炉膛三维温度场检测技术研究[D]. 陈金兴.沈阳理工大学 2011
[8]带有自由表面流动的N-S方程的数值解法[D]. 刘海朋.大连理工大学 2010
[9]大气折射率影响因素的研究[D]. 金群锋.浙江大学 2006
[10]火箭发动机尾流场三维流场计算[D]. 于洋.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3219132
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