[发明专利]一种基于三维扫描的飞行器模型表面冰层厚度的测量方法

说明书

一种基于三维扫描的一种极薄冰层厚度的测量方法，属于风洞结冰试验的精密测量技术领域。为解决极薄冰层厚度的测量准确性问题。本发明搭建标识点固定架，在飞行器模型侧面粘贴标识点，使用电动喷枪在飞行器模型均匀喷涂干粉显影剂；用光栅式三维扫描仪对冰层表面进行两次扫描，得到冰层的表面数据；用热风枪融冰，融冰结束用洁净脱脂棉将飞行器模型表面擦拭干净；对飞行器模型喷涂干粉显影剂，然后用光栅式三维扫描仪对飞行器模型表面进行两次扫描，得到飞行器模型表面数据；在三维处理软件中对冰形表面数据和模型表面数据进行处理，得到冰层厚度信息。本发明最低冰层测量厚度为0.1mm。

技术领域

本发明属于风洞结冰试验的精密测量技术领域，具体涉及一种基于三维扫描的飞行器模型表面冰层厚度的测量方法。

背景技术

对于结冰风洞中飞行器模型表面冰层的测量，考虑到冰层会融化和试验模型不易拆卸等问题，冰层测量一般在维持低温的结冰现场进行。现场测量工作需要快速完成测量并得到数据，通过数据处理求得冰层厚度信息。但由于冰层的物理特征会随着结冰环境的变化而发生较大的改变，形状、厚度、透明度等都会产生巨大的差异。

目前所使用的结冰风洞中飞行器模型表面冰层的测量方法主要有以下几种方法：探针法、卡纸描线法、超声波法，这些方法最大的问题是无法应用到极薄冰层厚度的测量，只能应用于冰层厚度至少3mm以上的情况，当测量的冰层厚度低于1mm时，上述测量方法基本无法测得冰层厚度准确值。同时，在较大厚度的冰层测量中，这些方法也存在很多缺陷：比如对测量操作手法要求较高，数据稳定性差、偏差大；测量数据为单点或者单截面，数据范围不够全面、数据丰富度差；难以精确定位关注的测量区域；测量难免破坏冰形，会带来较大误差影响；对于表面复杂的冰形难以准确测量厚度等问题。

发明内容

本发明要解决的问题是极薄冰层厚度的测量准确性问题，同时解决现有冰层厚度测量方法难以精准定位测量区域的问题，提出了一种基于三维扫描的飞行器模型表面冰层厚度的测量方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于三维扫描的飞行器模型表面冰层厚度的测量方法，包括如下步骤：

S1、结冰风洞试验结束后，对飞行器模型的冰层表面喷涂制冷剂；

S2、搭建标识点固定架，在飞行器模型侧面粘贴标识点，然后在飞行器模型表面均匀喷涂干粉显影剂；

S3、将冰层表面测量区域设置为圆形，在冰层表面测量区域内选取9或10个点，测量选取点的冰层厚度数据，具体为用光栅式三维扫描仪对冰层表面进行两次扫描，然后扫描飞行器模型侧面，得到冰层表面数据；

S4、进行融冰，融冰温度为400℃-450℃，融冰结束将飞行器模型表面擦拭干净；

S5、对飞行器模型表面再次喷涂干粉显影剂，然后用光栅式三维扫描仪对飞行器模型表面进行两次扫描，得到飞行器模型表面数据；

S6、在三维处理软件中对冰层表面数据和飞行器模型表面数据进行处理，得到的测量选取点的冰层厚度数据取平均值，得到冰层厚度数据。

进一步的，步骤S2中搭建标识点固定架的具体方法为辅助装置与飞行器模型安装于标识点固定架上，辅助装置由棱柱和平面组合而成，在棱柱表面和平面上粘贴标识点，保证标识点不在同一个平面上，且在不移动标识点的前提下保证在扫描角度范围内的异面标识点和光栅式三维扫描仪间的角度小于30度，辅助装置安装在飞行器模型左侧距离冰层表面10cm-25cm处。

进一步的，步骤S3中在喷涂干粉显影剂后5min以内对冰层表面进行测量。

进一步的，步骤S3的具体实现方法包括如下步骤：

S3.1、首先对标识点进行整体识别并进行冰层表面的粗扫，确定基本空间坐标系；

S3.2、对冰层表面进行补充扫描，光栅式三维扫描仪激光由格栅形式转换为线条形式，以线条扫描冰层表面部分，然后扫描飞行器模型侧面，得到冰层表面数据。