[发明专利]一种流场边界层剪切应力光学测量方法

说明书

一种流场边界层剪切应力光学测量方法，涉及风洞试验技术领域；主要步骤包括：步骤(一)、对风洞试验模型进行阳极化处理和发黑处理；步骤(二)、涂抹液晶涂层；步骤(三)、得到液晶涂层颜色和剪切力的关系曲线；步骤(四)、安装6台测试相机；步骤(五)、6台测试相机同时拍摄液晶涂层图像；步骤(六)、去除不同测试相机拍摄的图像位置差异；步骤(七)、去除畸变处理；步骤(八)、对各个相机拍摄图像的相同颜色进行颜色校正；步骤(九)、得到模型表面剪切应力矢量分布结果；本方法获得的图像清晰直观，测量精度和灵敏度高，可用于风洞流场显示、转捩诊断和模型表面摩阻定量测量。

技术领域

本发明涉及一种风洞试验技术领域，特别是一种流场边界层剪切应力光学测量方法。

背景技术

流场与物体相对运动产生边界层内的剪切应力，是飞行器研制过程中重要气动参数之一，其对气动力/热性能有很大影响，是流体力学中的基础工作。然而，由于有边界层转捩等复杂流动现象的存在，剪切应力的预测对于数值模拟来说存在一定困难。而由于其绝对量值较小，对于风洞试验测量来说也是一个挑战。

在表面剪切应力测量技术研究主要集中三个领域：摩阻天平技术和油膜技术。摩阻天平技术是利用应变电测技术直接测量作用在天平感应面上的剪切应力，可以直接得到剪切应力绝对值，但由于缝隙效应和温度效应等因素，其测量灵敏度和精度有限；油膜技术是通过检测薄油膜厚度的变化来确定剪切应力大小，其测量理论依据、数学推导过程较为复杂，且受温度影响严重。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种流场边界层剪切应力光学测量方法，该方法获得的图像清晰直观，测量精度和灵敏度高，可用于风洞流场显示、转捩诊断和模型表面摩阻定量测量。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种流场边界层剪切应力光学测量方法，包括如下步骤：

步骤(一)、对风洞试验模型依次进行阳极化处理和发黑处理；

步骤(二)、将液晶和丙酮的混合溶液喷涂于风洞试验模型表面，形成液晶涂层，并保持涂层厚度均匀；

步骤(三)、应用喷流装置对风洞试验模型上表面的液晶涂层进行水平气流喷射，形成上表面剪切应力；在风洞试验模型的上方固定安装标定相机，对液晶涂层的颜色进行拍摄；得到液晶涂层颜色和剪切应力的关系曲线；

步骤(四)、使白光光源垂直照射在风洞试验模型上表面；在风洞试验模型的上方固定安装6台测试相机；

步骤(五)、6台测试相机同时拍摄处于流场中的液晶涂层图像，实时存储于计算机内；

步骤(六)、在风洞试验模型的上表面提取出10-14个关键特征点，并标注各关键特征点的位置；将步骤(五)中6台测试相机拍摄的液晶涂层图像一一对应各关键特征点位置，应用基于图像特征点的局部加权平均配准方法对不同视角图像进行配准，将6台测试相机图像匹配于同一图像位置，去除不同测试相机拍摄的图像位置差异；

步骤(七)、将风洞试验模型拆下，将7列*9行的棋盘格平板水平放在风洞试验模型的位置，6台测试相机同时对棋盘格平板进行拍摄，采用棋盘法对步骤(五)中的液晶涂层图像进行去除畸变处理；

步骤(八)、为保证多台相机的颜色一致性，将棋盘格平板拆下，将标准色卡放置在风洞试验模型位置，6台测试相机同时拍摄标准色卡，提取色板颜色值，对各个相机拍摄图像的相同颜色进行颜色校正；

步骤(九)、将标准色卡拆下，安装风洞试验模型，将6台测试相机拍摄的液晶涂层图像中每个像素的色相值分布进行高斯曲线拟合，得到代表应力大小的色相最大值，即剪切应力方向，结合步骤(三)得到的颜色和剪切应力大小关系曲线，得到模型表面剪切应力矢量分布结果。