[发明专利]高速飞行器表面压力与变形三维连续分布同步测量方法

说明书

本发明公开了一种高速飞行器表面压力与变形三维连续分布同步测量方法，应用于风洞试验或飞行试验，所述方法包括：在待测飞行器表面依次喷涂压敏漆白色底漆涂层、DIC黑色散斑和半透明的压敏漆面漆涂层；设置试验状态参数，进行试验；设置试验状态参数；通过待测飞行器周围设置的光源，激发压敏漆面漆涂层中的发光有机高分子，并通过压敏漆测量技术专用相机对压敏漆面漆涂层图像进行单目视觉的采集，进行压力测量；同时通过DIC变形测量技术专用相机对DIC黑色散斑图像进行双目视觉采集，进行变形测量；对采集的压敏漆面漆涂层图像和DIC黑色散斑图像进行处理，获得待测飞行器的表面压力与变形三维连续分布数据。

技术领域

本发明涉及航空航天工业空气动力学技术领域，尤其涉及高速飞行器表面压力与变形三维连续分布同步测量方法。

背景技术

随着飞行器速度的不断提升以及新型智能复合材料的应用，在高温、高速、轻薄结构的飞行环境下，飞行器的结构场和空气动力流场会产生较为严重的流固耦合问题，也就是“气弹问题”。具体来讲就是，在高速飞行状态下，飞行器的结构外形受到高速绕流场作用，改变了飞行器的结构外形，而改变后的结构外形也会反过来影响绕流流场，这种流固耦合现象易导致飞行器出现震颤、操作面反转等现象，严重制约了高速飞行器的研发。

同时测量高速飞行器绕流流动结构与结构变形响应对研究高速飞行器流固耦合问题具有十分重要的意义。数字图像相关方法(Digital Image Correlation，DIC)作为一种新的非接触式的光学测量方法，自二十世纪八十年代提出至今，得到了飞速发展。因其具有精度高、非接触、环境适应能力强、可实现三维连续分布测量等诸多优点，已成为光测力学研究领域最为活跃的测量方法，并被广泛应用到了航空航天飞行器高精度微变形测量试验及高温、生物、微观、新型材料检测等其它科研领域。DIC变形测量技术首先依据双目视觉原理，通过标定确定相机的内外参数，建立统一的世界坐标系；之后采集变形前后的图像，根据数字图像相关原理进行变形前后图像的匹配；匹配成功后再次依据变形前后图像中各个点的坐标差值，计算中各点的位移量，进而求得被测表面三维连续的变形分布。

压敏漆(Pressure Sensitive Paint，PSP)光学测压试验技术是二十世纪八十年代后发展起来，并应用于风洞模型表面压力测量的非接触测量技术。它是利用光致发光材料对压力敏感的光物理特性来实现模型表面的压力测量，可在接近传统压力测量精度的前提下，获得测量表面全域的压力分布，且准备过程也相对简便。目前，PSP光学测压技术已广泛应用到国内外风洞试验与飞行试验中。

国外一些学者在弹性壁面激波边界层干扰的流固耦合机理研究中尝试利用DIC与PSP测量技术同步测量弹性壁面压力与变形三维连续分布。该方法在弹性壁面一侧喷涂动态PSP涂料，利用快响应PSP技术测量弹性壁面三维连续非定常压力变化；在弹性壁面另一侧，喷涂DIC背景散斑，利用DIC技术测量弹性壁面三维连续非定常变形分布。获得的试验结果对于验证数值模拟方法、研究流固耦合机理、发展流动控制技术具有十分重要的意义。但是，上述方法只能应用在安装于风洞壁面的弹性平板模型。对于大多数风洞试验与飞行试验，因为光路的限制，只能分开喷涂DIC散斑与PSP涂料，无法同时进行DIC与PSP测量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了高速飞行器表面压力与变形三维连续分布同步测量方法。

为了实现上述目的，本发明提出了高速飞行器表面压力与变形三维连续分布同步测量方法，应用于风洞试验或飞行试验，所述方法包括：

在待测飞行器表面依次喷涂压敏漆白色底漆涂层、DIC黑色散斑和半透明的压敏漆面漆涂层；

设置试验状态参数；

通过待测飞行器周围设置的光源，激发压敏漆面漆涂层中的发光有机高分子，并通过压敏漆测量技术专用相机对压敏漆面漆涂层图像进行单目视觉的采集，进行压力测量；同时通过DIC变形测量技术专用相机对DIC黑色散斑图像进行双目视觉采集，进行变形测量；