[发明专利]一种流场边界层剪切应力光学测量方法

摘要

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。

主权项

1.一种流场边界层剪切应力光学测量方法，其特征在于：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；液晶和丙酮的混合溶液中，液晶和丙酮的比例为1：8‑1：6；涂层厚度为20‑30μm；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；标定相机的拍摄方向与气流方向位于同一竖直平面内；标定相机的拍摄方向与气流方向的夹角为锐角，且该夹角为40‑50°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；所述6台测试相机的安装位置为：6台测试相机沿同心圆弧位置排列，相邻两台测试相机的间隔角度β为20‑30°；测试相机的拍摄方向俯视角α为46‑50°；测试相机到风洞试验模型上表面中心的水平距离L为0.3‑2m，垂直距离H为0.3‑2m；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；采用棋盘法对6台不同位置的测试相机拍摄的图像进行去除模型图像畸变处理的方法为：提取出6台测试相机拍摄的棋盘格平板的角点位置信息，由于相机和镜头引起的畸变，测试相机拍摄的角点排列由直线变为曲线形状，对图像做几何变换去除模型图像的畸变，将测试相机拍摄的角点排列由曲线变为直线，通过几何变换的反推，去除步骤(五)中的液晶涂层图像的畸变；步骤(八)、为保证多台测试相机的颜色一致性，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。