风洞试验模型弹性变形视频测量系统设计及实现

摘要

随着现代大型先进大展弦比民机、运输机设计精细度、复杂度的提高，粘性主导的飞机表面扰流越加复杂，雷诺数效应越加突出，对高雷诺数风洞试验和高试验数据质量需求越发急迫。在风洞试验中，大气动载荷作用下的模型变形已经成为与雷诺数具有同等重要性的敏感参数，并导致气动力试验数据较大的误差，需要进行必要的气动弹性修正。作为重要的基础试验设施，在 FL-9低速增压高雷诺数风洞中组建高精度测量系统对试验中的模型变形进行精准测量，可以提高试验数据质量，为我国先进大型民机、运输机研制提供试验技术保障。 本文设计并实现了一套基于标记点特征和双目立体视觉测量方法的模型变形视频测量系统。对模型变形视频测量的关键工程技术进行了深入研究。主要研究内容为： 首先，在参考国内外文献和对 FL-9低速增压风洞试验特点详细分析的基础上设计了模型变形视频测量系统总体方案。从影响作用范围总结了两类测量精度影响因素。 其次，针对实际试验工况下准确重构标记点空间坐标这个首要难题，本文对成像器件选择、标记点构造及特征提取方法、测量系统标定、相机布置方案、空气密度变化对测量的影响等导致标记点空间坐标重构误差的主要原因进行分析、研究，并从工程应用角度提出解决方法。 再次，模型支撑机构在风载下的弹性变形是模型变形测量误差的主要来源，按理想情况计算相同迎角下吹风时模型位置与无风时模型位置的差量无法得到准确的结果。本文提出虚拟点测量技术来消除模型支撑机构变形误差。该方法基于合理吹风试验中模型机身不发生变形假设，并用机身表面标记点构建机身刚体，通过刚体变换获得当前模型位置的虚拟刚性机翼。当前模型机翼位置与虚拟刚性机翼位置的差量就是准确的模型变形量，成功解决这个关键问题。 最后，FL-9风洞实际工况的验证试验结果与F1风洞试验结果较好吻合，说明试验结果是正确的，位移测量精度优于0.3mm，达到国内领先水平，具备实用能力。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 国外风洞模型变形视频测量系统发展现状

1.3 项目的研究意义

1.4 本文研究内容

第2章模型变形视频测量系统总体方案

2.1 基本测量方法

2.2 基本测量原理

2.3 模型变形视频测量系统总体方案

2.4 测量的难点

2.5 本章小结

第3章风洞试验工况下模型位置视频测量关键技术

3.1 模型空间位置的视频测量过程

3.2 测量系统成像器件的选择

3.3 测量系统标记点特征的研究

3.4 标定、重构环节对测量精度影响的处理方法

3.5 相机布置的影响

3.6 试验段空气密度变化对标记点空间坐标测量的影响

3.7 相机镜头对图像清晰度的影响及处理方法

3.8 本章小结

第4章基于虚拟点的模型弹性变形解算方法

4.1 模型变形视频测量中的坐标系

4.2 风洞试验中模型变形的定义

4.3 虚拟点弹性变形解算基本原理

4.4 模型变形测量基本过程

4.5 本章小结

第5章弹性变形测量实现与实验研究

5.1 弹性变形视频测量系统实现

5.2 测量系统误差分析

5.3 FL-9风洞模型变形视频测量验证试验

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历