基于Hankel阵的荧光油膜灰度与厚度预测模型改进

针对荧光油膜灰度与厚度关系数据采集方法较为繁琐、耗时耗力这一问题,研究了基于Hankel阵的系统辨识算法,并在此基础提出了Hankel阵误差修正模型和Hankel阵高阶迭代误差修正模型等两种改进方法,利用了极少数据量建立模型,实现了对其余未知荧光油膜厚度值的预测,且保持了较高的精度。试验结果表明:基于极少数据量建模以预测该数据量外的数据点这一特殊背景下,插值法的外插能力显得并不适用。而传统Hankel阵预测模型的预测精度为76.69%,Hankel阵误差修正模型和Hankel阵高阶迭代误差修正模型的预测精度分别为85.69%和89.25%,较之传统方法预测精度分别提高了9%和12.56%,为荧光油流技术领域针对荧光油膜灰度与厚度建模问题提供了一种可行技术路线,具有一定的实际工程应用意义。      

基于GPU的荧光油膜运动路径实时测量

在风洞试验中,现有的基于CPU 的光流法求解荧光油膜运动速度场耗时过长,而基于GPU 的光流法存在GPU 资源利用不充分的问题。为此,提出基于荧光油膜图像分块和临界约束的GPU 荧光油膜运动路径实时测量方法。将荧光油膜时序图像按照GPU 的资源将整帧图像切割分块并行处理,创建其对应的光流并行计算策略,即充分利用GPU 的并行流水架构优势和共享内存实现各并行块的光流计算的硬件加速;同时结合块间临界约束条件,以各块的速度矩阵迭代差为标志控制其迭代计算次数。结果表明：本文方法在保证荧光油膜运动速度场计算精度的条件下,较传统的基于CPU 的光流法解算速度平均提升了2 789.5 倍,较整帧图像的GPU 光流法速度平均提升了10.09 倍,实时解算速度可达90 帧/秒。     

轴承腔壁面油膜厚度超声测量实验研究

针对轴承腔壁面油膜厚度难测的问题,根据脉冲反射法的基本原理,建立了用于测量轴承腔内壁面油膜厚度的超声波测量系统。测量系统主要包括硬件系统和软件系统两大部分,硬件系统主要由数据采集卡、探头、延迟块和相应的电缆等组成;软件系统功能主要有测量参数的设置、测量波形的实时显示、后处理等功能。然后,用所开发的测量系统测量静态条件下八种不同厚度的油膜,并将实验结果与计算值进行对比,第八种油膜厚度下相对误差为6.9%其余七种情况油膜厚度的相对误差均在5%以下,满足工程实践要求。最后,进行油膜厚度动态测量实验,获得相同流量、不同转速下轴承腔壁面的油膜厚度,经过动态测量的信号品质分析和油膜厚度变化规律分析,该测量系统能在较高精度的要求下完成轴承腔壁面油膜厚度的测量。     

基于荧光油膜的全局表面摩阻测量技术研究

针对表面摩阻传统测量方法的单点性和间接性,探索了荧光油膜进行全局表面摩阻分布的直接测量方法。建立了表征荧光油膜厚度与表面摩阻之间关系的油膜控制方程,引入附加约束和积分最小化方法,采用变分迭代方法求解表面摩阻分布。研制了可用紫外光激发的荧光油膜,采用紫外光源和高分辨率CCD相机,建立荧光油膜表面摩阻测量硬件系统。针对特定的三角翼模型进行了表面摩阻分布测量实验,获得了高分辨率的表面摩阻分布和相对幅值分布,并与文献理论进行比较分析。实验结果与理论分析完全一致,表明了基于荧光油膜的全局表面摩阻测量技术的有效性。     

基于深度学习光流法的荧光油膜全局速度测量

针对基于先验的传统光流法存在前提条件苛刻的问题,提出使用基于深度学习的光流法进行荧光油膜全局速度测量。采用数值仿真试验对基于先验的改进HS光流法和基于深度学习的FlowNet2光流法进行对比,结果显示:在不外加干扰时,改进HS光流法和FlowNet2光流法的平均端点误差分别为0.458 7像素/s和0.381 7像素/s;在亮度变化、噪声干扰或不同的演化时间下,FlowNet2光流法的平均端点误差均明显低于改进HS光流法,平均端点误差差值最大可达5.19像素/s;风洞试验进一步证明,FlowNet2光流法能够获得正确、清晰、定量的荧光油膜全局速度场,较改进HS光流法鲁棒性更高,对风洞工程应用具有一定的参考价值。      

风洞试验模型表面的荧光油膜路径运动速度测量

风洞试验模型在气流脉动作用下小幅振动,导致光流法从荧光油膜时序图像中解得的荧光油膜路径运动速度含有模型运动速度,降低了荧光油膜全局摩阻测量准度。为此,提出试验模型表面的荧光油膜路径运动速度测量方法,将模型表面的背景纹理（如人工网格线或其他典型特征）作为基准,利用图像相关法离散匹配,获得相邻时序图像中背景纹理的（几何位姿）映射矩阵;基于模型运动的连续性,推导了映射矩阵的全局优化方程,并结合光流法,实现了模型振动与其表面荧光油膜路径运动的解耦。Oseen涡对的荧光油膜路径运动速度场仿真试验结果表明：在给定的平移旋转条件下,本文方法的计算结果（沿Oseen涡核连线分布的测量速度）与理论值的最大相对误差为4.1%,较无平移旋转条件下的光流计算结果最大相对误差仅增加0.6%。2 m量级高速风洞某空腔试验与机翼试验的荧光油膜路径运动速度测量结果进一步显示：本文方法测得的流动现象正确,能得到定量、清晰的表面摩擦应力线图谱与油膜路径运动速度场,较传统方法优势明显,工程应用价值大。     

基于后方交会的荧光油膜速度解耦

风洞试验中的模型振动易导致表面油流速度发生耦合,而传统光流法无法对振动进行识别或消除。为此,提出了基于后方交会的光流解耦算法。将插值后的图像相关法解算的低分辨率光流值作为光流法的迭代初值,然后基于后方交会推导了振动情况下振动角和振动位移的计算模型,进而消除振动位移实现速度解耦。仿真试验显示：在0°、5°、10°和15°的模拟振动角下,传统光流法和光流解耦算法的AEE(average endpoint error)分别为0.20、0.98、1.44、1.63像素/s和0.19、0.20、0.22、0.27像素/s,同时振动角测量误差小于0.1°。荧光油流试验进一步表明：基于后方交会的光流解耦算法获取的速度场流线更为准确、清晰和流畅,能够有效解决速度耦合问题,该方法具有一定的实际工程应用价值。     

线接触弹流润滑最小油膜厚度综合对比分析

针对航空发动机中某直齿轮节圆位置,考虑弹流润滑中的热效应,研究了速度参数（■）,载荷参数（■）与材料参数（■）对等温解与热解的影响。并对目前广泛用于计算等温条件下最小油膜厚度的三种经验公式进行了对比分析。发现在本文研究的工况范围内采用Грубин与Dowson公式计算得到的弹流润滑等温解与热解误差较大。而Yang公式在速度参数较低或载荷参数适中的情况下等温解与热解误差较小,在部分工况中可以直接采用该公式对线接触最小油膜厚度进行预测。三种等温经验公式均将载荷参数的影响估计过高。同时以相对误差10%作为量化等温解与热解的界限给出了各无量纲参数的参考范围,若满足以下条件之一,则不可忽略弹流润滑中热效应的影响,等温解不再适用：■。     

荧光油膜技术及其在流动控制中的应用（英文）

研究了运用荧光油膜技术测量全局表面摩擦应力的方法,引入金字塔迭代技术和模拟演化技术提出了该方法的优化求解算法,并通过平板绊线实验对以上方法进行了验证。以此为基础,通过两个典型的流动控制实验进一步探讨了荧光油膜技术在流动控制中的应用,其中包括采用不同参数锯齿形转捩带控制平板流动转捩的被动流动控制实验和不同激励频率下的后台阶零质量射流主动流动控制实验。以上实验测量结果表明,荧光油膜方法能够有效帮助理解流动机理并可用于评估流动控制策略。     

轴承腔壁面液膜厚度测量系统的设计与实现

航空发动机轴承腔壁面液膜厚度影响轴承腔的换热,准确测量轴承腔壁面液膜厚度对轴承腔润滑设计和热分析至关重要。针对轴承腔壁面液膜厚度难测的问题,根据脉冲反射法的基本原理,设计超声波测量系统,系统主要包括数据采集卡、电缆、探头以及延迟块等硬件以及由VC++开发的软件。以水作为介质,测量不同温度、不同倾斜角度条件下液膜厚度,并将测量结果与计算值进行对比,验证测量系统的准确性与可靠性。测量结果显示:在测量范围内,最大相对误差小于7.1%,满足工程实践要求。