基于线结构光的冰横截面轮廓测量

为实现冰横截面轮廓非接触测量,提出了基于线结构光的冰横截面轮廓测量方法:将面激光垂直投射在冰块上,利用摄像机拍摄冰块表面变形激光线,并根据事先标定的激光平面与摄像机间几何关系,计算冰面激光线三维坐标点,这些三维坐标点在激光平面上的投影即为冰块横截面轮廓。设计了基于线结构光的冰轮廓测量简易装置,开发了测量程序,并针对冰面激光线反射能量弱导致的激光线图像对比度低的问题,研究了冰面激光中心线提取方法。对冰箱冻结的已知半径圆柱冰块进行了横截面轮廓测量,平均相对误差为0.018,最大相对误差为0.052;还对二元翼型结冰冰块进行了横截面轮廓测量,得到了初步测量结果;为开展结冰试验中结冰生长过程冰形在线三维测量奠定了技术基础。     

民用飞机适航用临界冰形的确定及验证

对民用飞机结冰适航取证用临界冰形确定及验证进行研究。在民用飞机结冰适航取证过程中,首先需要确定临界冰形,为结冰后的性能和操稳评估提供冰形输入。首先确定临界冰形的判断标准,制定临界冰形确定的工作思路;然后采用SADRICE结冰数值软件开展结冰冰形参数的敏感性分析,获取临界结冰条件;最后通过冰风洞试验对参数敏感性结论进行验证。结果表明数值模拟参数敏感性分析结论与冰风洞试验结果一致,数值模拟所得临界冰形上冰角与冰风洞试验一致,下冰角存在一定差异,但不影响冰形临界性判断结论。参数敏感性分析所得临界结冰条件以及冰风洞试验所得临界冰形正确,可作为结冰适航取证临界结冰条件及临界冰形。临界冰形确定思路、方法可为其他民用飞机结冰适航取证提供参考。     

冰形表面激光光带中心线快速提取方法

在风洞结冰模型3D冰形测量中，激光三角测量法相对传统测量方法检测速度快、精确度高，具有极高研究价值。然而由于冰体对激光透射严重，影响激光中心线提取精度从而影响测量精度。针对此问题，提出一种冰形表面激光光带中心线快速提取方法。该算法具体实现步骤为:首先，采用基于三维块匹配去噪算法对图像进行降噪，并对图像进行视觉显著性计算，分割出光带区域；其次，求取梯度图并转换至频域空间，根据图像频谱特征求取能量中心区域；最后，对区域采用灰度重心法求取中心线亚像素级位置。采用冰箱冻结的半径已知圆柱冰块评估该算法，测得算法处理时效为28.57FPS，使用该算法的冰形轮廓重建精度达到0.017mm。实验证明算法满足冰形在线测量技术要求，为开展结冰实验中结冰生长过程在线三维检测技术奠定技术基础。     

基于云雾参数误差的结冰外形修正方法

结冰风洞云雾参数控制和测量2方面的技术瓶颈,导致结冰试验中的云雾条件存在较大误差,这会降低实验结果的精度。针对这一问题,从空气动力学的角度分析了冰形修正的关键要素,建立了采用人工神经网络技术对云雾参数与冰形典型几何特征量之间复杂非线性关系进行近似模拟的方法,并基于无限插值方法建立了一种冰形修正方法。以 NACA0012翼型为例,对液态水含量和水滴粒径这2个云雾参数所带来的冰形误差进行了修正,修正后的冰形与目标冰形的吻合度有明显的改进,验证结果表明该方法可以应用于结冰风洞试验,能为实验结果的修正提供依据。     

疏水涂层表面防冰效果的结冰风洞实验研究

采用结冰风洞实验的研究方法,对不同疏水涂层表面的防冰效果进行了研究,建立了综合考虑结冰外形、结冰速率和结冰强度等量化参数的防冰效果评估方法.实验研究表明,硅橡胶的防冰效果并不明显,但添加16烷的硅橡胶却显示出了更好的防冰效果,因此,在高分子涂层中添加小分子材料是一种值得探索的防冰涂层研究方向.疏水涂层只能降低结冰速率,无法完全杜绝材料表面的结冰现象,需要对涂层配方及其防冰机理进行更深入的研究,才能获得更好的防冰效果.研究结果对于防冰理论和技术的发展具有现实的意义.     

霜状结冰及其对机翼气动特性影响的数值模拟

在霜状冰结冰过程及结冰对机翼气动特性影响的数值模拟中,基于壁面函数法引入了粗糙度影响,结合欧拉坐标系下空气-过冷水滴两相流动控制方程的计算,文中以NACA0012为对象进行了霜状冰结冰过程的数值模拟,并把计算得到的冰形与试验数据及国外的结冰预测软件的结果进行了对比.本文同时考察了结冰对机翼气动特性的影响,结果表明结冰后最大升力系数降低了26%,失速攻角降低了3°,并且阻力系数也有了增加.     

三维碎片拼合的轮廓提取和特征点检测

针对三维空间碎片的拼接,提出一种轮廓提取和特征点检测的方法。首先,采用一种简单、有效的方法来构建三维碎片数据的拓扑关系,并在此基础上提取碎片的轮廓曲线。对存在缺陷、拓扑关系难以建立的三维测量数据,中给出了相应的修改、调整方法。同时,提出了一种对轮廓进行重采样的方法来计算空间轮廓上每一点的曲率和挠率。将曲率和挠率相结合得出轮廓曲线上各点的全曲率,然后由全曲率值来检测碎片轮廓的特征点。轮廓曲线的描述就由其上每一点的曲率和挠率以及特征点来表征。实验表明了该算法的有效性和稳定性。     

逆向工程中一种新的特征识别算法

从某种角度上说,逆向工程是从已有实物的测量数据点中提取其实体特征再进行模型重建的过程。本文提出了一种新的特征识别算法,其首先采用基于面积和法矢准则的数据分割技术,对测量数据点进行数据分割。然后从特征所包含的分割面(简称特征分割面)中提取能够惟一标识该特征的4种特征编码,分别为:表述特征截面形状的截面编码、描述特征凹凸性的凹凸编码、显示特征二维俯视轮廓形状的轮廓编码以及反映特征二维俯视轮廓是否封闭的开闭编码。最后将这4种编码输入到基于人工神经(BP)网络的自动特征识别系统中,识别出特征类型并提取特征参数,从而实现特征重建。着重研究并实现了从特征分割面中提取特征编码的算法,并验证了算法的有效性。     

POD-BPNN预测模型及结冰条件不确定性量化

当前,数值模拟作为研究飞机结冰的主要手段之一,在计算结冰冰形时会引入大量参数不确定性,并影响数值模拟的精度和可信度。发展不确定性量化方法,科学量化这种不确定性对评估数值模拟结果具有重要意义。针对传统参数不确定性量化方法难以解决高维输入到输出的问题,基于本征正交分解和误差反向传播神经网络,提出了一种结冰冰形预测代理模型。以水滴中值粒径和温度为例,验证了代理模型单输入参数和双输入参数情况下的精度和泛化能力。最后,在代理模型计算的冰形基础上,结合蒙特卡洛采样,利用2σ准则确定结冰范围,发现水滴中值粒径不确定性主要影响明冰的冰角生长,而温度和水滴中值粒径不确定性的叠加主要作用于霜冰厚度。该研究为后续多结冰条件的影响分析和多维输入到输出的不确定性量化提供了思路。     

3m×2m结冰风洞试验技术研究进展

3 m×2 m结冰风洞于2013年建成，近年来该风洞的试验技术研究取得了一系列的进展。首先对风洞概况和相关试验技术进行了介绍，包括总体情况、性能指标、试验能力等，重点阐述了该结冰风洞已形成的云雾场参数校测、冰形特征捕获、热气防冰和电热除冰等试验技术。其次，对发动机、直升机结冰与防除冰、过冷大水滴和冰晶雨雾模拟等结冰风洞试验技术新的发展方向进行了分析和探讨，提出了发展思路。可为结冰风洞建设与试验技术的研究提供参考。     

双曲线圆截面建筑结构雷诺数效应模拟实践

在流线型结构气动性能风洞试验研究中,结构表面绕流特征雷诺数效应的准确模拟对于确定风荷载、评价其气动性能的影响是决定性的.通过改变模型表面粗糙度可以实现原型结构超高雷诺数条件(Re≥10~7)绕流效应模拟,但模拟手段及效果受人为经验因素影响较大,难于总结表面粗糙度与绕流形态变化关系,给实际模拟操作造成不便.设计两组双曲线圆截面结构模型风洞试验,通过在模型表面粘贴不同厚度粗糙纸带的办法,尝试并实现了模型超高雷诺数条件绕流特征模拟,分析了粗糙度及试验风速对模型表面绕流压力分布、截面阻力系数等参数的影响,初步总结了相对粗糙度随模型尺度的变化规律,为更好展开圆截面建筑结构气动性能研究提供了借鉴.     

一种航空发动机防冰传感器测温特性试验研究

为了研究热气防冰传感器的测温特性,对一种航空发动机热气防冰传感器开展了冰风洞试验研究,获得了传感器测温特性随来流总温、热气流量、热气温度及水滴参数的变化结果。试验结果表明,热气参数对传感器的测温特性影响较大,随着热气温度和流量的升高,传感器测量偏差度增大;传感器使用环境受航空发动机工作状态的影响,在一定条件内,传感器测量偏差度在合理范围内波动;热气防冰传感器在过冷水滴结冰环境下存在结冰现象,结冰会影响传感器测温腔入口气流,导致传感器测温偏差增大,降低传感器测温性能;当结冰量过多时,传感器失真失效。     

基于欧拉方法的旋翼翼型结冰数值模拟及参数影响研究

从研究二维翼型结冰问题入手,基于水滴流场的概念,采用基于气液两相流的欧拉方法求解水滴流场,得到水滴收集特性,再结合热力学模型数值模拟旋翼翼型结冰过程.通过计算结果和冰风洞试验数据的比较,验证了该方法正确有效.同时研究了气象参数对结冰的影响.基于本文建立的方法,计算分析了飞行速度、平均水滴直径、水滴浓度、温度等不同参数对水滴收集效率、冰型、结冰量、结冰范围的影响,深入地探讨了翼型结冰机理和结冰形成条件,得出气象参数影响特征.     

基于动态小波指纹的冰孔隙率测量方法研究（英文）

针对飞机结冰情况下的冰孔隙率测量问题，提出并评估了一种基于动态小波指纹技术的超声波孔隙率测量方法。通过理论模型和有限元仿真分析了超声纵波的传播过程，阐述了孔隙大小等因素对孔隙率测量的影响机理。结合20块冰样品的60组超声波测量数据，生成了小波指纹图像，并提取了11维关键特征。基于主成分分析和多项式拟合，所实现的孔隙率测量均方根误差（Root mean square error, RMSE）达到1.144%，说明本文方法比传统的峰值拟合方法更稳定、准确。     

气动烧蚀物体表面粗糙度处理方法的研究

本文系统地阐述了度量烧蚀表面粗糙度的各种量的定义和计算方法,并讨论了它们的一些优点与不足。为了更精确地反映出烧蚀表面的轮廓曲线和粗糙程度,本文探讨了用谱分析的方法研究这种粗糙度的可能性。并通过几种典型波形的频谱分析证明了在谱空间里作粗糙度的分析能给出更可靠、更精确的结果。烧蚀表面粗糙度的度量是随航天技术发展而产生的新课题,本文的工作对它的研究作出了初步的有价值的探索。     

基于血管内超声图像序列的自动三维边缘检测

血管内超声成像可以显示血管内腔、管壁清楚的实时截面图像,从而使定量测量血管参数成为可能。传统手动追踪内腔和管壁边界的方法既费时又存在较大的主观误差,本文将二维主动轮廓算法模型向三维扩展,提出一种适合血管内超声图像的自动三维边缘检测方法,通过对初始给定三维模型实施三维主动界面变形,从而使其逐步逼近目标轮廓。实验结果发现自动检测的内腔、血管壁面积与手动追踪非常吻合,具有较高的相关系数和较小的系统误差,并且纠正二维检测中带来的局部偏差,可作为医生可靠而准确的诊断工具。     

多尺度粗糙接触刚度及数值等效方法研究

粗糙界面的接触问题在工业装备中有着广泛的应用,其接触刚度的量化对装配体整体稳定性的评估都起到至关重要的作用.然而,因为接触表面先天所具有的多尺度和分形的粗糙特征,整个压缩过程中接触界面间接触刚度的预测都非常困难.通过将动态分辨率的思想融合到粗糙表面的球型粗糙峰表征方式里,提出了一个多尺度粗糙接触力学MBMA模型.基于M...     

滤饼生长模拟及其分形特性

基于受限扩散凝聚模型(DLA),建立纤维过滤介质表面二维滤饼的生长模型。模拟中考虑了颗粒粒径分布对滤饼孔隙结构的影响。模拟结果表明,多分散颗粒形成滤饼的孔隙率小于单分散颗粒滤饼的孔隙率;由多分散颗粒形成滤饼的无因次厚度与无因次沉积颗粒数的关系仍满足线性,且σ越大滤饼的厚度随沉积颗粒数增加越快。应用分形理论对滤饼的形态结构作定量分析。结果指出,二维滤饼的分形维数与Pe数呈递增关系,纯扩散条件下形成滤饼的分形维数D=1.8400.024,纯惯性条件下形成滤饼的分形维数D=1.9950.005。     

基于水滴收集特征的SLD探头外形参数化设计与仿真研究

面对过冷大水滴（Supercooled large droplet,SLD）结冰环境,行之有效的结冰探测手段是实施规避策略、尽快脱离SLD结冰环境的先决条件。针对一种面向SLD环境探测需求的双碰撞面探头,考虑基于SLD动力学模型,模拟分析探头水滴收集特征进行探头外形参数化设计研究,研究影响探头区分SLD环境的关键几何参数,从而为探头外形设计提供参考依据。对选定的探头外形仿真计算结果表明,在常规水滴条件下,结冰主要发生在探测器的第一碰撞面,第二碰撞面上的结冰厚度很小,与第一碰撞面之间存在明显差异;而在SLD条件下,冰层在第一及第二碰撞面上均有累积。不同直径的水滴撞击到探头不同位置,形成累积特征迥异的结冰形态,验证了探头外形参数化设计方法应用于SLD环境探测的有效性。     

叶片翼型结冰形态及其气动特性

针对风力机叶片翼型形状对结冰过程的影响及其导致的气动特性变化问题,采用欧拉法及热传质原理构建叶片结冰过程的数学模型并进行数值模拟分析。以NH02系列翼型族为例,建立翼型曲率特征模型,研究叶片关键参数如最大厚度对结冰量的影响机制,预测了某翼型在不同工况下的冰形及位置,探究了干净与结冰翼型的升、阻力特性变化规律。结果表明,结冰量与叶片的相对厚度及最大相对厚度所在位置呈正相关性;结冰导致升力系数变化范围为5%～20%,阻力系数为干净翼型的1.4～2.45倍;结冰致使翼型失速迎角变小,翼型提前进入失速状态。