[发明专利]一种基于变动光矢量角的荧光油膜灰度值稳定性判别方法

说明书

本发明提供一种基于变动光矢量角的荧光油膜灰度值稳定性判别方法，建立了变动光矢量角与灰度值的数学模型，以求解在何种光矢量角变化范围内荧光油膜灰度值是稳定不变；提出了一种基于变动光矢量角的荧光油膜灰度值稳定性判别方法，即在机翼震颤效应亦或是其它扰动背景下，通过将这种震颤或者扰动因素以紫外光的矢量角和坐标向量模的形式表征，研究使荧光油膜灰度值稳定不变的光矢量角变化范围，较为准确的匹配了荧光油膜稳定时适用的背景和范围。

技术领域

本发明属于表面摩阻技术领域，具体涉及一种基于变动光矢量角的荧光油膜灰度值稳定性判别方法。

背景技术

表面摩阻是空气动力学中最重要的物理量之一，是飞行器运行时所受总阻力的重要组成部分，其可以很好地描述湍流边界层的状态，也是确定最困难的物理量之一。据现有研究表明，稳定运行中现代民用飞机的表面摩阻可占总阻力的50％，较其他阻力因素占据主导地位，因此降低表面摩阻对节省燃油、减少表面热流、减轻隔热材料重量以及增加飞机有效载荷具有重要军事和经济意义。

传统测量表面摩阻的方法大多是局部和间接测量，如热线热膜法、普雷斯顿管法、斯坦顿管法、边界层分离法和激光多普勒法。而后，刘天舒于2008年提出了一种基于荧光油膜的直接全摩擦测量方法，较传统方法具有操作简单、设备简单、空间分辨率高、能直接测量表面摩阻、计算速度快、精度高等一系列优点，已成为测量全局表面摩阻的主流方法。2011年，李鹏在相对表面剪切力模型中引入了荧光油膜的灰度和厚度的线性方程，为全局摩阻直接测量方法的研究和求解模型提供了有利的支持。2016年，黄湛对荧光油膜的控制方程进行了系统的理论分析，并通过实际试验和光流法对其进行了验证。随后于2019年，邹易峰和张征宇使用了图像相关方法获得了相邻时序图像中背景纹理的映射矩阵，基于模型运动的连续性，推导了映射矩阵的全局优化方程，并结合光流法，使模型振动与荧光油膜在表面上的路径运动解耦，从而提高了全局摩阻测量的精度。

但是，采用机器视觉的方法进行油膜厚度值测量，其显示的荧光油膜灰度值的准确性极其重要；而该灰度值将直接与油膜激发紫外光强呈线性关系，故紫外光强的变化、光距变化以及其它扰动因素的变化都将直接影响荧光油膜灰度值的测量，从而间接影响空气摩阻值的测量，所以对灰度值的稳定性范围进行研究具有较大的实际工程应用价值。

2008年，由刘天舒提出荧光油膜厚度与灰度初步数学模型为后来的相关研究奠定了基础，其数学表达式如下：

其中表示荧光油膜亮度(灰度)，表示初始紫外光强，a为荧光效率系数，表示荧光油膜厚度，从式(1)中可以看出，荧光油膜厚度与灰度呈简单线性关系。

该线性模型未考虑其它的扰动影响情况，如风洞实际运行且风速较大的背景下，涂满荧光油膜的飞行器机翼往往会发生小幅度刚性振动，这会导致附着的荧光油膜跟随其一起运动，在此运动基础上荧光油膜的空间位姿状态将发生改变，即紫外线点光源与荧光油膜间的距离发生了改变从而改变了紫外光强的大小，而荧光油膜的灰度值成像与紫外光强呈线性关系，故紫外光强的改变也将直接对荧光油膜灰度值产生影响。

因此对荧光油膜灰度值稳定性的范围进行研究，在较大程度上补充了上述线性模型的适用背景和范围，对实际的工程应用有较大的意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于变动光矢量角的荧光油膜灰度值稳定性判别方法，建立了变动光矢量角与灰度值的数学模型，以求解在何种光矢量角变化范围内荧光油膜灰度值是稳定不变；提出了一种基于变动光矢量角的荧光油膜灰度值稳定性判别方法，即在机翼震颤效应亦或是其它扰动背景下，通过将这种震颤或者扰动因素以紫外光的矢量角和坐标向量模的形式表征，研究使荧光油膜灰度值稳定不变的光矢量角变化范围，较为准确的匹配了荧光油膜稳定时适用的背景和范围。

具体的技术方案为：

一种基于变动光矢量角的荧光油膜灰度值稳定性判别方法，包括以下步骤：