振动环境中相机位置坐标与姿态角解算的实验研究

我国高速暂冲式风洞洞体振动较大,故振动环境中的相机位置坐标与姿态角解算技术对模型变形视频测量(VMD)至关重要.为此,建立振动模拟实验平台,研究相机位置坐标与姿态角求解方法,结果表明:基于蒙特-卡洛法的相机位置坐标与姿态角求解法最适于振动环境中VMD测量的相机位置坐标与姿态角求解.     

视频测量方法在风洞模型姿态角测量中的应用

在现代的风洞模型试验测量中,角度测量误差所引起的阻力系数误差大约占总阻力系数误差的1/4,准确地测量模型的实际角度是提高数据准确度的一个重要因素。应用视频测量原理,通过图像处理的方法动态实时采集计算模型的实际角度值,模型角度的测量精密度可达0.01°,测量准确度可达0.015°。测量速率每秒25次。     

高速风洞试验模型姿态角的视频测量及不确定度研究

高速风洞测力试验中,阻力系数精度瓯的先进指标为0.0001,按误差分配原理,要求试验模型迎角的测量精度以≤0.01°.为此,研究风洞试验中模型姿态角视频测量及其不确定度,给出其系统误差的补偿方法.实测数据(马赫数为1.5、2.0、3.0和4.0)表明:在2m暂冲式超声速风洞试验中,各阶梯迎角测量数据的标准差(含风洞气流脉动致模型姿态角振动产生的误差)在0.0018°和0.0094°之间,迎角实测估计值的标准不确定度≤0.003°,由此可知,姿态角视频测量系统的靠≤0.0094°.本方法既不破坏模型的外形,又不改变模型的刚度与强度,具有实用价值.     

翼型风洞实验模型姿态角的测量与控制

介绍NF 3低速翼型风洞常规和动态实验模型姿态角测量和控制系统的特点以及为提高角度测量精度和准度所采取的措施。应用一种直流伺服系统 ,采用电机位置和速度闭环方法 ,已经获得模型姿态角的精度在± 0 .0 5°以内。为进一步提高测控性能 ,对于二元实验在翼型轴上安装圆感应同步器 ,测量模型的实际角度 ,并作为反馈信号。这种位置全闭环系统 ,可使角度精度达到± 0 .0 0 83°。对于三元实验 ,用一个加速度计固定在模型内 ,实时测量模型的实际攻角 ,并对实验结果进行预处理 ,从而减少因气动弹性角产生的误差。     

风洞模型位移视频测量的相机标定

相机的制造和装配误差难以完全消除,导致相机的光学系统存在不同程度的非线性光学畸变现象,故相机标定对确保风洞模型位移视频测量的精度至关重要.针对1 m2以上的台阶标定块制造成本高、维护困难,提出基于距离标尺的相机标定方法,推导包含菲线性畸变模型的共线方程,建立适应中国大尺寸风洞的低成本相机标定系统,确保模型位移视频测量相机的自校正精度.2m超声速风洞的某跨大气层飞机测力试验中,采用该方法校正DALSA(R)相机后,各阶梯迎角测量精度σα≤0.00772°(达到高速风洞测力试验迎角精度的先进指标),因此具有实用价值.     

基于PSD的模型姿态角和振动测量技术原理性研究

为了适应风洞发展的需要,满足风洞测量技术精细化、多样化的要求,开展了基于位置敏感器件(PSD)技术的模型姿态角测量系统的原理性研究.对PSD探测头进行了详细设计,完成了姿态角测量试验平台和数据采集处理系统,并开展了初步的测量试验.通过原理性试验证明,测量系统的测量范围为-10°~10°,测量准确度为0.036°,测量精度为0.016°.还对系统应用于振动的测量进行了原理性的研究,获得了初步的研究数据.随着进一步的细化和精确度的进一步提高,基于PSD技术的模型姿态角测量系统在风洞模型的姿态和振动测量、姿态角测量机构的标定和检定、视频测量系统的相互验证等领域具有非常大的应用潜力.     

高速风洞试验中的视频测量技术进展

视频测量(Videogrammetry)技术因其对试验模型设计无特殊要求,受到国内外风洞试验机构的青睐。本文在介绍视频测量的理论基础之上,面向高速风洞试验的振动噪声环境,分析了飞行器精细化风洞试验对视频测量技术的需求,综述了大角度大重叠数字图像的外方位元素解算、标记点及其图像处理、相机标定和气动光学波前畸变场测量等技术进展。在2m 量级的高速风洞中,通过多个工程实例表明:视频测量的精度高,同期试验迎角视频实测数据的标准差≤0.0075°;同期动态变形实测数据的标准不确定度为5.232±0.082mm;为气动光学效应的研究与测量提供了新途径,其光路简单、无需使用价格昂贵的相干光源。     

2.4m跨声速风洞的模型位移视频测量精度研究

风洞试验中模型的位置和变形测量对试验数据精准度至关重要.为此,创建2.4m跨声速风洞的模型位移视频测量系统,提出度量其测量误差的方法,并实验研究其测量精度.研究发现,试验中的振动对测量精度影响极大,采用振动环境中相机位、姿解算方法后,试验段底部的编码标记点的测量误差从22.80~48.48mm降至0.03~0.64mm.     

激波风洞中三角翼体模型的大攻角气动力测量和局部方法的应用

在激波管风洞中,模型自由飞方法测量了两种不同迎风面三角翼体模型的大攻角气动力。应用局部方法以一种迎风面外形的实验结果为依据,估算了另一迎风面外形的气动特性,结果与实验值吻合较好。另外,本文还进一步估算了航天飞机外形的气动特性,与美国的 CALSPAN 公司48英寸(1.2米)激波风洞中的实验值相比,结果也令人满意。从而表明,局部方法和实验相结合。用于简捷快速估算任意外形的高超声速气动特性是一有效的工程预示方法。     

基于GM(1,1)模型的小样本测量数据不确定度评定方法

测量不确定度一般来源于随机性和模糊性,分为A类标准不确定度和B类标准不确定度.测量不确定度往往由统计方法或非统计方法求得标准不确定度后再合成得到.灰色系统理论对样本量没有严格要求,不要求服从任何分布.可以解决统计方法需要的一定数量测量数据且需知道其统计分布规律在实际中很难做到的问题.本文利用灰色系统理论的GM(1,1)模型给出求解标准差的新方法.以此来评定A类标准不确定度,对测量数据的数量和分布规律元特殊要求,适合小样本测量数据的不确定度评定.该方法对于提高测量效率具有重要参考价值.     

一种基于图像的模型迎角实时测量方法和应用研究

模型迎角的测量是风洞试验中非常重要的环节.使用图像的测量方法能够在不影响模型的情况下对它的角度进行非接触的测量.提出了一种采用图像对模型迎角进行测量的方法,对系统的设备组成、测量原理等方面进行了说明,通过对图像畸变的矫正来修正成像系统本身的测量误差.通过采用图像分层、特征提取和自适应阈值分割等快速图像处理方法实现了对模型迎角的实时测量.分析了风洞试验时振动对测量的影响,进行了测量精度检验,对风洞试验结果进行了简要分析.     

机械蜻蜓悬停时的气动力实验研究

为研究蜻蜓等有两对翼的昆虫前后翼相互干扰下的气动力,设计并制作了一个可以模拟蜻蜓悬停的3种拍动模式的机电模型,并以此进行一系列实验,对前后翼相互作用的流场进行了观测.采用染色液流动显示的方法,定性观察了后翼前缘涡在各种不同拍动模式和不同翼间距离时的发展过程,对模型翼在各种拍动模式下的气动力进行了定量测量,并分别从流场结构和力学性能两方面对两翼间的干扰作用进行了分析讨论.     

双锥流量计气液两相流流量测量模型研究

气液两相流广泛存在于化工、动力、炼油、油气开采与输送等领域,其参数的传感与测量是工业系统中难以回避的一个难题。提出一种双锥结构的新型差压式流量测量方法,设计并加工了直径比分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9的双锥流量计,分析了不同直径比双锥流量计对单相介质的测量特性。以空气和水为介质,开展了水平管气液两相流流量测量实验研究。通过分析准气相流量比与 Lockhart-Martinelli 常数的关系,基于分相流理论建立了适合双锥流量计的两相流流量测量模型。实验结果表明,在不同直径比下准气相流量比与 Lockhart-Martinelli常数均具有优良的线性关系,流量测量模型对气液两相流总流量测量的误差可在6%以内。     

飞行器大攻角升沉平移加速度导数测量技术

为了测量由升沉和平移加速度 ( α和 β)产生的导数 ,进而将组合动导数分开 ,来改善飞机飞行特性的预测效果 ,中国空气动力研究与发展中心低速所开展了大攻角升沉平移加速度导数测量技术研究工作。采用刚性强迫振动法 ,研制了试验装置 ,测量了由升沉平移加速度产生的动导数和“静导数”。给出了升沉振动试验在振幅为60mm ,频率为 1 .0Hz、1 .5Hz,α =0～ 45°,Re=0 .76× 1 0 6 情况下的典型试验结果。小攻角情况下 ,Cm α为负值 ,是动稳定的 ,且随攻角变化不大 ,而在大攻角情况下 ,由于非定常气动力的作用 ,Cm α变化剧烈而且出现动不稳定。从典型试验结果看 ,该技术是成功的 ,所获数据是合理可靠的。     

剪切流场中液滴形变的三维力学模型初探

分析了油水乳化液中分散相液滴的受力及形变,从理论上提出了剪切流场中液滴形变的三维力学模型.通过实验观测了液滴在由两个同心圆筒形成的旋转剪切流场中的变形情况,并对建立的三维力学模型进行了验证.测量结果表明:实验观测值和理论值有较好的一致性.未加乳化剂时,在z方向上,随着液滴拉伸率的增加,液滴的变形收缩系数也随之增加;与未加乳化剂时相比,加入乳化剂时液滴的变形收缩系数偏离理论值更大;对于有表面活性剂的自由液滴来说,液滴破裂所需要的临界剪切率比没有表面活性剂时要低.     

投影图像法对旋转体空间扫描角和转速的测量研究

扫描角和转速是某伞一弹系统风洞试验中要求必须测量的重要技术参数.对伞-弹系统扫描角和转速进行定量动态测量是试验中必不可少的技术环节.投影图像法测量的原理就是利用一定截面积的两路正交平行光源,将旋转弹体分别投影到两个正交的投影屏上,利用两套高速CCD成像系统,将两路弹体投影图像同步采集并实时记录下来,试验结束后利用图像处理软件自动计算出两路图像序列角度分量,按照时序合成出每一时刻弹体的空间扫描角,并根据序列角度分量,计算出弹体的瞬时转速和全周期平均转速.利用该测量方法,在西安某所立式风洞中成功对多个型号的伞-弹旋转弹体空间扫描角和弹体转速进行了测量,取得了良好的测量结果.旋转体的静态角度测量精度为0. 18°,动态扫描角测量精度控制在0. 25°以内.作者从扫描角测量原理和方法人手,着重介绍该投影图像处理测量系统的设计和实际运用,给出了某伞-弹系统风洞试验的测量结果.