CARDC 激波风洞 TSP 技术研究进展

从基本原理、关键技术和验证应用三个方面总结了近两年在中国空气动力研究与发展中心激波风洞中开展的温敏涂层(TSP)技术相关研究工作。通过解决快速响应温敏发光材料研制、模型研制、数据处理等一系列关键技术,完成图像采集系统、光学系统及标定系统的配套和系统集成,建立了一套适于激波风洞试验的高速 TSP 测量及标定系统。该技术可在激波风洞试验中获取模型被测面温敏涂层的发光图像,基于该图像可以直接观察模型表面热流分布和捕捉峰值热流的准确位置。结合温敏发光材料的物性参数标定数据,能够实现对模型表面热流的定量测量。不同于传统的传感器点热流测量技术只能得到模型表面有限数量的离散点的热流值,TSP 技术能够以高空间分辨率得到较大面积区域的详细热流分布信息,可更加全面的测量模型外表面的热环境,并且可以据此进一步分析和辨别边界层流态以及确定边界层转捩位置。试验对比表明,TSP 技术的测量结果与点热流传感器的测量结果具有良好的一致性。目前该技术已趋于成熟,在Φ2 m 和Φ0.6 m 激波风洞上成功应用于边界层转捩研究、局部干扰区热环境研究和复杂外形飞行器热环境研究等领域,已成为激波风洞除点测热技术之外又一重要测热技术。     

基于直线成像特征的视觉测量系统综合标定方法

针对视觉测量系统存在复杂系统误差的特点,提出一种基于直线成像特征的系统综合标定方法,有效地保证了测量精度.该方法通过对1等量块的平行直线边缘提取,建立量块边缘空间物点位置和像点位置的原始对应关系,利用量块边缘的理想直线特征,通过统计计算对测量系统进行综合标定,建立描述空间物点位置和像点位置的相互对应关系的二元三次标定函数.对在测量范围内不同方位的量块进行多次测量,表明使用这种标定方法标定的视觉测量系统的测量精度能够达到.     

红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术研究

发展红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术,旨在解决特殊气动布局外形及金属材料模型转捩位置测量问题。通过在模型表面产生热壁面、现场测试模型表面发射率、使用遮蔽板、在金属模型表面喷涂隔热氟碳漆等措施,解决了环境条件、发射率、辐射传递干扰、金属模型材料特性等阻碍红外成像技术应用的关键问题;通过数值计算及试验测试得到模型热壁面与环境温差在20℃范围内,热壁面背景温度对转捩位置基本没有影响,解决了热壁面对转捩位置影响问题;通过试验原理、试验方法、关键参数测试、转捩判据、准度考核等研究工作,构建了红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术;通过引导试验考核了试验系统。结果表明：该技术实用可靠,值得推广。     

压力敏感涂料特性及其校准技术实验研究

 精细化的校准技术和涂料特性研究是影响压力敏感涂料(PSP)测量技术测量精度及其工程应用的重要因素。为此以PSP地面实验测量系统为主要平台,进行了国产PSP的静态校准和光降解实验,基于自主编制的PSP静态校准图像后处理程序研究了PSP压力、温度灵敏度之外所展现出的重要特性。研究结果表明:一定压力范围内,PSP的Stern-Volmer响应曲线呈现出较为明显的非线性,在校准中应采取高阶Stern-Volmer关系式进行拟合;在均匀压力和温度下,不同样片区域的校准结果呈现出空间不均匀性,这种不均匀性会影响PSP的校准精度;PSP存在光降解效应,其降解曲线在一定时间内近似为线性。同时,本文还简要分析了其产生机理以及对PSP测量精度的影响,初步提出了相应的评估指标及改进措施。     

航空发动机内部损伤的三维测量与重建

针对航空发动机内部重要部件结构损伤 ,如燃烧室烧伤和腐蚀、叶片裂纹、碰磨及凹坑等的孔探检测问题 ,开发了发动机内部损伤的三维测量与重建系统。该系统利用日本OLYMPUS孔探仪作为系统硬件 ,实现了图像采集、摄像机标定、图像预处理、立体匹配、三维计算及重建等功能模块 ,该系统能够为详细观察和评价发动机内部损伤提供了更为准确和直观的依据。应用实例验证了方法的有效性     

风洞分布式支撑天平测力试验技术研究

采用双尾支撑测量形式的加工、装配误差会使系统内应力过大,影响测量精度。针对某“双机身”飞机CTS 风洞试验气动力测量需求,发展基于多维力天平内置的风洞分布式支撑天平测力试验技术;研制具有消除系统内应力功能的双支撑系统,提出两种6 分量双支撑天平校准及测力方法,并对数据处理和双支撑系统可靠性进行检验加载、对比分析和验证。结果表明：风洞分布式支撑天平测力试验技术能够有效消除双支撑天平系统由于过约束而导致的固有装配内应力,双支撑天平系统各部分连接、测量可靠;两种校准测力方法测量精度相当,均能达到单台应变天平测量误差水平,可满足风洞试验测量精度需求;综合考虑现有校准设备校准能力,最终采用“合成式校准测力”方法进行的风洞试验,获得了满意的试验测力精度。     

旋转系下的实时压力测量方法研究

航空发动机旋转盘表面的压力测量需要压力传感器与旋转盘一同旋转,因此压力传感器在感受测点压力的同时,其感压膜片还将受到旋转离心力的影响。为了能使压力传感器能反应真实被测点的压力值,在旋转设备上的压力传感器的实时标定技术成为解决这一问题的关键。本文利用空气柱在离心力场中的理论压差给出了旋转状态下的标准压力,进而对传感器进行了实时标定。      

基于拉线位移传感器的机器人标定应用研究

通过对拉线位移传感器在机器人标定领域国内外应用现状的研究,简略介绍了单线式一维和三线式三维测量系统,并提出一种单线复用三维测量系统模型。结合各测量系统的特点,提出相应的参数辨识算法。为了选取合适的标定校准点,以码垛机器人为例,分析了机器人工作空间中不同位置扰动误差对拉线测量值的影响。对机器人名义D-H参数和拉线测量值等制造模拟误差进行仿真标定。仿真结果表明,标定后定位精度提升90%,最后通过运动学标定试验进一步验证了标定方法的有效性,并指出仍需解决的若干问题。     

电子散斑干涉法在振动测量中的物光位相调制法

介绍的物光正弦调制法是给振动物体的基座以低频振动,相当于物光位相受到正弦调制,仪器在不“冻结”参考状态(即CCD采样的信号不在帧存器中锁定)时,连续进行相邻两时刻散斑图的“相减”,并在监视器上得到与振型有关的实时图象。当物体达到自振频率时,将出现清楚的振型。因此,本方法可进行频率扫描,通过观察监视器的条纹场确定各阶自振频率及相应的振型,其条纹分辨率高于时间平均法,与相减法比较则可在很宽频率范围内进行频率扫描。      

海洋浊度测量传感器校准方法及校准测量能力评估

为了对海洋浊度测量传感器的计量性能做出快速、准确、科学的评价,构建了海洋浊度测量传感器的校准系统。本文详细阐述了海洋浊度测量传感器的校准原理,最佳校准方法的确立,并以具体实例介绍了校准数据处理及测量不确定度的评定,最后评估了该项目的校准测量能力(CMC),选用单一的相对值表示CMC,为2%。     

Statistical Technique for Radar Amplitude Calibration

A statistical technique for amplitude calibration of radar systems is presented. As distinct from the input-output crosscorrelation measurement of a linear system impulse response [1], this technique measures the amplitude transfer function of a memoryless, nonlinear system. A generalized theory is developed and calibration accuracy bounds are derived. Used in the calibration of a modern pulsed radar, the technique is compared with conventional reference pulse calibration. The relative merits of the deterministic and statistical approaches are compared.     

航空发动机孔探中立体视觉技术研究

介绍了基于立体视觉的发动机孔探技术，建立了平行光轴双目机器视觉模型并采用MATLAB语言实现了摄像机标定，通过图像分析提取出发动机损伤的有效区域，并且运用双目匹配的方法计算出区域的面积及特征点的空间坐标，实现了航空发动机缺陷的定量测量。     

ATE综合校准系统的软件设计及实现

通用自动测试设备（ATE）的测量准确性、可靠性会直接影响飞机综合保障的质量,因此,对此检测设备进行全面有效的测试校准,是确保测试系统完成任务的关键。为了保障测试数据准确可靠和量值传递统一及实现现场的系统性校准工作,本课题以通用自动测试设备为对象,建立了一套基于虚拟仪器技术基础上的综合校准系统。本文对系统的软件结构设计进行了分析和设计,以LCOD原型生命周期为基础,使用了面对组件的设计模式,设计和实现了软件功能,使得该系统具有一定的兼容性和可移植性,并且为扩展留下了接口,同时保证了校准数据的可靠性和精确性。     

正弦波型高频动态压力光学校准系统及其应用

动态压力是气动部件表面的关键气动参数。光学压力敏感涂料（PSP）测量技术在测量气动部件表面动态压力方面具有全域测量、不影响流场自身的优势，而光学压力敏感涂料的动态响应特性则是进行动态压力测量的决定性因素。基于声学驻波管原理，自主设计并组建了正弦波型高频动态压力光学校准系统，主要包含有驻波管型校准舱、声源、激光源、高频压力传感器、光电倍增管以及测控系统。对动态压力光学校准系统及某新型快响压敏涂料的实验结果表明，所组建的动态压力校准系统可产生最短响应时间12.5 μs、最大压力幅值为4.37 kPa的正弦型动态压力，其有效动态频响范围为0.4~20.0 kHz（50 μs~2.5 ms），不确定度小于0.004 9%；校准系统合理的光路布局可进行快响压敏涂料动态特性的校准，所测涂料可用于动态频响不高于9.1 kHz（响应时间为109.9 μs）的非定常流场的压力测量。     

外圆纵向磨削表面粗糙度的在线检测研究

利用激光图谱比较法,通过对外圆磨削表面粗糙度标准样块进行多次测量,以此统计数据建立数据库,再对外圆纵向磨削后的零件表面粗糙度进行非接触式在线测量,将此测量结果与数据库中的数据进行比较,从而判定加工零件表面粗糙度的等级。     

稳态数字散斑测量仪校准方法探讨

针对稳态数字散斑测量技术在全场振动测试中的重要性,本文探讨了稳态数字散斑测量仪的校准方法;基于稳态正弦信号激励的压电振动台及高准确度的激光测振仪,搭建了稳态数字散斑测量仪的校准系统,并通过重复性实验验证了校准系统测量数据的准确性及可靠性;最后对自研的数字散斑干涉测量仪进行了校准,进一步证明了此校准方法的可行性。     

航空发动机机载压力测试设备自动校准系统设计

介绍了航空发动机机载压力测试设备的自动校准系统设计。该系统可实现机载压力测量设备的全自动现场校准,已成功应用于某型发动机机载压力测试设备的自动校准工作中。在0～7 MPa(表压、绝压)下进行测试、校准,准确度可达0.01%FS。     

数字图像处理技术在表面划痕测量中的应用

为解决飞机座舱、机翼蒙皮表面划痕的准确测量问题,设计了一种基于数字图像处理技术的表面划痕测量系统。测量系统将物体表面划痕成像在CCD上,通过对划痕图像进行分割、变换、拟合等处理,最后得到划痕深度。这种方法较人眼瞄准方法减少了人员测量误差,提高了测量准确度和测量效率;通过对标准划痕的重复测量,实验标准差可达0.5μm,能够满足工程测量的需要。     

直升机发动机扭矩测控系统现场校准装置

采用便携式压力发生器和高精度的压力标准装置,通过联机信号转换使机载压力传感器和压力测控系统成独立系统,在不拆卸机载扭矩测量设备的情况下完成机载设备的校准,取得了令人满意的校准结果,系统的校准精度可达0.3%.