精密测量中的圆柱拟合算法研究

针对测量圆柱型工件时无法采集稠密测量点的情况,提出基于投影点圆度计算的圆柱拟合算法。算法思想为根据测量点在某一平面上的投影的不同情况来判断投影平面法向和测量圆柱轴向的关系。当测量点的投影点拟合出的平面圆圆度最小时,投影平面的法向和圆柱轴向是最相近的,最后将该平面的法向和平面圆半径做为圆柱拟合的初值用牛顿迭代法进行圆柱拟合。实验结果验证了该算法在测量点稀疏的情况下也可以较为准确的拟合圆柱。     

多孔前缘抑制圆柱-翼型干涉噪声实验

为了抑制圆柱-翼型干涉噪声,提出了仿生多孔前缘结构的降噪措施,并在0.55 m×0.4 m声学风洞中进行了实验验证。针对典型构型,对比确定了多孔金属泡沫降低圆柱-翼型干涉峰值噪声和中高频噪声的效果。3种不同ppi（pores per inch）值多孔金属泡沫的详细声学测量结果表明,所提出的多孔前缘结构能在翼型迎角为0°和10°时,分别降低最多4.10 dB和4.67 dB的圆柱-翼型干涉峰值噪声,且能明显降低峰值频率右侧的中高频噪声;多孔材料的占比越大、ppi值越小,整体降噪效果越好。     

误差分离法测圆柱度误差的不确定度估计

阐述五测头误差分离法在普通机床上实现圆柱度误差在位测量的原理和方法，并对测量不确定度进行了全面的分析和估计，明确了测量精度范围。此不确定度分析有助于机床误差的修正和补偿，对其它形状误差的精密测量和误差分离技术的实际应用具有普遍意义。     

结冰环境下结冰/除冰过程的气动参数测量实验技术

采用结冰风洞实验方法,在0.3m×0.2m结冰风洞第二实验段对圆柱模型的结冰/除冰过程进行了气动参数测量实验。建立了电加热圆柱模型和适合低温高湿环境的五分量外式微量天平,获得了结冰气象环境下圆柱模型结冰/除冰过程的气动力/力矩随时间的变化规律。喷雾对载荷和动压的影响可以忽略,单位时间内模型受到喷雾的最大水平力、最大动压增量分别为0.6%和0.2%。基于结冰风洞低温高湿环境的测力实验技术可以捕捉结冰/除冰过程的气动力/力矩变化。结冰过程中,圆柱模型阻力系数随时间不断增大,呈现出近似线性增长趋势,而升力系数、俯仰力矩系数、偏航力矩系数、滚转力矩系数的变化可忽略不计。除冰过程中,前缘冰壳滑动改变了姿态,会造成阻力系数、偏航力矩系数、滚转力矩系数等迅速变化,其对气动性能的影响难以预测。      

风啸声机理的实验研究

应用Lighthill的气动声学理论对气流绕过圆柱产生气动噪声的机理进行实验研究,设计和建立了低噪声、低湍流度的模型风洞,其实验段截面为1OOmm×100mm,气流核心区的湍流度低于0.4%。对风啸声的气动声学理论进行了局部性的验证,并对相关测量技术进行了研究。实验表明,雷诺数在4×10~3～1×10~4的范围内,空间相关长度 l_c/d 在3.7左右,相关系数曲线下面积的重心矩γ/d为1.3,基本上保持不变。应用热线风速仪和 B ＆ K 声级计同时测量了圆柱绕流的流场和声场。从流速和声压的自功率谱以及它们的互功率谱研究表明,这三种方法确定的 Strouhal 数是一致的。雷诺数在6×10~3到1.8×10~4范围内,Strouhal 数为0.192。结果说明了圆柱的脱落旋涡和风啸声之间存在着内在的联系。     

三圆柱绕流的时均压力分布和气动力

亚临界状态下绕等边三角形排列的三圆柱的流动,其中心距的变化范围为1.5～4.0d(d为圆柱直径)。测量了不同间距下各圆柱的压力分布并推算了气动力。结果表明,在小间距时,三圆柱间的干扰是严重的,圆柱表面的压力分布有相当大的改变,局部地区有很强的负压;除阻力之外,还产生了相当大的横向力。     

圆柱尾迹影响下近壁湍流低速条带的特征

利用氢气泡流动显示方法,对圆柱尾迹影响下的湍流边界层近壁区的低速流体条带特征进行了观察和分析。结果表明:与没有尾迹扰动的情况相比,在圆柱下游低速条带的平均展向间距减小,圆柱距离壁面较近时这种减小更显著,可达到22％;而当圆柱离壁面较远时,尾迹对条带平均间距的影响减弱,其最大减小量的出现向下游推迟。另一方面,尾迹的作用并未使条带间距的统计分布性质发生改变,它们仍然符合对数正态规律。     

加框圆柱形簿壳的模态计算与试验结果分析

利用大型结构分析系统NASTRAN和微机自动力分析程序PAL2计算了自由-自由中长加框薄完的动力特性,并用DAS数据采集和处理系统对壳体进行了模态试验。结果表明：前30阶的理论计算结果和试验测量结果的一致性是令人满意的。     

压力探针临壁效应的试验与计算

临壁效应会使压力探针的测量结果发生误差。由于探针属非流线形物休，所以其临壁效应的机理与流线形的机翼不同，不能简单套用机翼的结论．对圆柱三孔针的试验结果表明，可以用叠加点涡的方法来描述其临壁效应。点涡强度随离壁距离的减少而增强．     

圆柱绕流尾迹中涡量与温度标量的相平均分析

实验研究了圆柱绕流尾迹中的三维涡拓扑结构特性以及湍流动量、热量输运特性。利用8支热线和4支冷线相结合的三维涡量探针分别测量从x/d=10~40的速度和温度脉动,采用相平均方法将圆柱绕流尾迹中的大尺度相干结构提取出来,剩余部分包括中等尺度相干结构和随机结构。结果发现:在x/d=10处ωz 与ωx 的等值线具有很强的相似性;随着流向的发展,ωx 和ωy 两分量受到更多来自两涡之间的流向“肋”结构的影响而呈现相似特征,证明了涡结构的三维特性。由于受到来自展向涡和流向肋结构的共同作用,导致展向热输运w~*~θ*在不同位置表现不一样,正涡中的w~*~θ*受到流向肋的拉伸作用而沿着分形线朝着鞍点偏移;而负涡内的w~*~θ*由于受到展向涡的卷起使得w~*~θ*和~ω*z 形状相似。随着流向的发展,展向热输运移向涡边界处,对卡门涡内净热量传递到周围流体中有贡献。同时还发现相干结构对横向和展向热输运的影响很相似。