[发明专利]基于温敏漆技术的层流机翼转捩位置测量图像处理方法

说明书

本发明公开了一种基于温敏漆技术的层流机翼转捩位置测量图像处理方法，包括：S1、图像采集，采用温敏漆技术对层流机翼表面进行处理，并在处理后的层流机翼表面预定位置进行标记，采用相机对风洞中的层流机翼进行背景图像、参考图像和试验序列图像的采集；S2、图像配准；S3、图像处理，并基于光强比值序列图像和温敏漆校准系数关系式换算和计算，获得层流机翼表面热流数据图像；S4、依据光强比或热流沿层流机翼弦向的梯度变化判断机翼表面转捩区域和转捩位置。本发明提供一种基于温敏漆技术的层流机翼转捩位置测量图像处理方法，用于层流机翼转捩位置测量的温敏漆技术图像数据处理使用，利用该方法可处理获得层流机翼转捩区域和转捩位置。

技术领域

本发明属于风洞光学测量试验技术图像信息处理领域，具体涉及一种基于温敏漆技术的层流机翼转捩位置测量图像处理方法。

背景技术

为了实现节能减排和增加航程的目标，飞行器气动减阻技术成为空气动力学设计人员重点研究的对象，随着航空工业设计技术和制造工艺的突飞猛进，层流流动设计逐步成为可能。对于民用客机而言，层流机翼设计技术可以降低摩擦阻力30％左右，进而可提高15％左右的巡航效率，气动收益非常明显，提升气动性能的同时有效降低了燃油消耗和污染排放及飞行噪声。为了检验层流机翼设计方法和层流机翼的气动特性，需要机翼转捩位置测量或预测方法，转捩位置确定是层流飞行器设计的关键技术之一。层流机翼转捩位置确定方法一般采用两种手段，数值模拟和风洞试验。因为数值模拟计算量大、精度难以保证，故一般采用风洞试验的方法测量层流机翼的转捩位置，进而验证层流机翼的设计方法，评估设计优劣。

利用层流与湍流的热对流强度不同造成模型表面层流区与湍流区的温度有所不同这一特性，对温度分布的测量可有效判断转捩位置。传统的转捩测量方法将温度传感器布置在机翼模型表面，通过温度传感器测量获得模型表面温度，进而根据温度分布判断模型表面转捩位置。该方法存在诸多缺陷：一、因为传感器突出或凹陷于机翼模型表面均会对表面流场产生干扰，使得机翼表面气流速度或流场结构产生差异，进而造成表面温度测量误差，故要求传感器与机翼模型表面严格平齐，传感器安装难度较大。二、安装温度传感器需要在安装位置和走线通道对机翼模型进行开孔和开槽，加大了模型设计、加工难度，提高了模型设计和加工成本。三、在翼尖或机翼后缘等薄部件上，因厚度空间不足可能导致无法安装温度传感器，从而无法对上述区域进行转捩位置测量。四、温度传感器属于离散点测量方法，只能进行机翼表面若干点的测量，空间分辨率很低，无法获取层流机翼的准确转捩位置。还可以利用光学方法进行机翼转捩位置测量，该类方法具有面测量的优势，常用的测量方法有相变热图、温敏液晶、红外热图和磷光热图等，但因其自身固有缺陷制约了应用范围，如相变热图和温敏液晶只能作为半定量测量技术，红外相机空间分辨率不高且受测量光路中透明材料透射率影响大、磷光热图技术受无机磷光物质表面成膜方式与工艺制约明显等。

温敏涂料具有光致发光和激发光的热猝熄特性，光致发光特性指涂料在一定波长激发光照射下可发射另一波长光，热猝熄特性指涂料发射光强度随温度升高而降低。基于涂料的上述两种特性，原理上可在模型表面喷涂温敏涂料，以特定波长的激发光照射涂料，利用模型表面涂料的光致发光和热猝熄特性，将涂料发光强度换算成模型表面温度，根据层流与湍流的热对流强度不同造成模型表面层流区与湍流区的温度有所不同的这一特性，依据温度梯度可判断模型表面气流的转捩位置。以温敏涂料作为传感器方法可实现模型表面大区域连续测量，无需在模型表面安装传感器，对流场无干扰，也无需开孔、开槽，减小了模型设计、加工难度和成本，其具有分辨率高、转捩位置判断精确等突出优势。与现有的转捩测量方法比较，温敏涂料具有较大优势，但目前尚没有应用到层流机翼转捩位置测量中，试验方法还不成熟，相关图像处理方法急需建立。

总之，传统的温度传感器转捩测量方法安装难度高、流动干扰大、模型设计加工成本高，只能进行点测量，空间分辨率低，而常用的相变热图、温敏液晶、红外热图和磷光热图等光学测量方法因其自身固有缺陷制约了应用范围，无法准确测量机翼模型转捩位置。温敏涂料方法具有面测量、空间分辨率高、模型设计加工难度和成本低、来流无扰动、转捩位置判断精确等优点，但目前尚没有应用到层流机翼转捩位置测量中，其相关图像处理方法急需建立。