高速风洞试验密度场视频测量方法研究

论文摘要

飞行器在武器装备中至关重要,新的作战需求提升了飞行器的性能要求,导致新型设计布局不断出现,同时也产生了更复杂流场,需要在试验中分析密度场变化,研究流场的流动机理,评价分析其气动特性。常用的密度场测量方法中,纹影法和阴影法很难提供定量的结果,干涉法设备昂贵、安装复杂、容易受到环境干扰,背景纹影技术的测量精度取决于选取的图像互相关计算的窗口大小,其大小选择依赖于人工经验。而视频测量方法不干扰流场、不破坏模型、设备结构简单。本文以密度场视频测量为目标,从图像处理、光线偏折理论、密度场重构三个方向,研究风洞试验中的亚像素图像边缘检测及圆心定位,分析在风洞试验复杂时变流场扰动条件下,光偏折位移测量误差的形成机理,研究测量误差最小化方法,并以此为基础,开展基于离散偏折位移的密度场求解方法研究。主要研究内容包括:1.图像亚像素圆心定位研究对Robers、Sobel、Canny等常用边缘检测算子和矩法、插值法、拟合法三种亚像素边缘检测进行分析比较,针对风洞试验环境和实际成像质量,提出了结合Canny和局部匹配的亚像素圆心定位方法。2.光偏折角计算方法研究研究在风洞坐标系中的圆心矢量位移计算方法,分析视频测量试验的光路原理图,依据背景纹影技术的偏折角运算思路,推导了基于视频测量的非平行光路的偏折角计算方法。3.基于离散光偏折角的密度场求解方法研究根据密度场重构原理,研究光偏折角与密度场之间的关联关系,为密度场求解提供先验知识、约束条件和边界条件,提出密度场重构的快速求解方法。4.密度场视频测量方法试验工程化应用研究将密度场视频测量方法应用于风洞试验,实现了不同马赫数下空腔模型绕流密度场测量,为其后的流场分析提供了数据支撑。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
•   1.1 密度场测量的背景与意义
•   1.2 密度场测量现状
•   1.3 课题的研究目的与意义
•   1.4 本文的主要工作
•   1.5 本文的内容安排
• 2 常用风洞密度场测量方法
•   2.1 风洞介绍
•   2.2 常用密度场光学测量方法
•     2.2.1 阴影法
•     2.2.2 纹影法
•     2.2.3 干涉法
•     2.2.4 背景纹影测量法
•   2.3 本章小结
• 3 密度场视频测量
•   3.1 总体思路
•   3.2 亚像素圆心定位
•     3.2.1 圆心定位算法的国内外现状
•     3.2.2 局部匹配二次曲线函数亚像素边缘检测
•     3.2.3 亚像素圆心定位算法步骤
•   3.3 偏移量与偏折角计算
•     3.3.1 偏移量计算
•     3.3.2 偏折角计算
•   3.4 密度场重构
•     3.4.1 密度场重构原理
•     3.4.2 偏微分方程理论基础
•     3.4.3 基于变分法的密度投影场间重构方法
•     3.4.4 基于最小二乘原理的密度场重构方法
•   3.5 本章小结
• 4 密度场视频测量试验验证
•   4.1 硬件设备与试验平台
•     4.1.1 硬件设备
•     4.1.2 试验平台
•   4.2 软件
•     4.2.1 视频图像采集软件
•     4.2.2 密度场数据处理软件
•   4.3 本章小结
• 5 密度场视频测量试验结果分析
•   5.1 圆心定位算法精度结果比较
•   5.2 偏折位移及偏折角测量结果
•   5.3 基于变分原理的空腔模型绕流密度场测量
•   5.4 基于最小二乘原理的空腔模型绕流密度场测量
•   5.5 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 工作总结
•   6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录
•   A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
•   B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录
•   C. 学位论文数据集
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 唐亮

导师: 杨吉云

关键词: 风洞,亚像素,圆心定位,偏折角,密度场重构

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程,武器工业与军事技术

单位: 重庆大学

分类号: V211.74;TJ06

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.001467

总页数: 76

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