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2.2两台数字式CCD摄像头一次曝光试验图像采集试验方案(简称方案2)

试验图像采集系统由计算机A、计算机B、主控机、闪光灯控制模块、分别安装红色及蓝色滤色片的两台数字式CCD摄像头等组成。

采用该试验图像采集方式的最主要的优点是在使用两台分别安装红/蓝色滤色片的数字式CCD摄像头同时完成试验图像的采集时,经过数据处理,可有效地消除激励光源的不稳定对试验结果的影响。因此,可选用安装及维护方便的闪光灯作为激励光源。因闪光灯的工作时间很短(采集每幅试验图像,激励光源对PSP照射时间为10μs),还具有的优点是:首先风洞试验时间较短;其次激励光光强对PSP的光漂白作用不明显;第三减少了风洞流场不稳定对试验结果的影响,在试验流场变化较大的试验条件下,可提高试验结果的精准度;最后可用于模型运动速度不太快的动态试验。

采用该试验图像采集方式的主要缺点是:首先同时使用两台数字式CCD摄像头完成模型一个测量区域的压力测量,增加了设备的先期投入;其次安装数字式CCD摄像头及照明灯需要较大的空间;最后由于只能采用改变镜头光通量的方式,调节两台数字式CCD摄像头采集试验的图像达到合适的曝光量,增加了设备的调试难度。

在采取有效的试验图像采集控制方案后,本试验方案较方案1具有更高的测量精准度及试验效率。所以,使用双分量PSP的PSP技术在工程应用时,通常采用本项试验图像采集方式。

3·测量试验研究

常规测压孔技术是目前风洞压力测量试验中最常使用的压力测量方法。虽然该技术本身存在着测压孔对模型表面真实流动状态的影响,只是完成了相对于测压孔口面积的气流平均压力值的测量;测压孔直径不可能很小,而且受模型制造技术的限制,模型表面的测压孔无法完全垂直于当地的物面等许多无法克服的技术问题,但是,该技术仍然是目前风洞最可靠的测试技术之一。所以,我们对使用国产双分量FOP-2涂料的PSP技术的验证方法为:

(1)经多次数据采集完成PSP技术的精度研究。

(2)同时完成PSP技术与常规测压孔技术试验结果的采集,利用二种试验方法获得的数据对比,完成PSP技术的准度研究。

3.1双分量PSP试验图像采集控制技术研究

使用两台CCD摄像头的双分量PSP技术,采集目标图像的基本工作方式为:在一个黑暗的环境中,首先指令两台CCD摄像头开始工作,其次指令闪光灯工作,最后两台CCD摄像头完成被照射目标图像的采集及存储。即CCD摄像头采集的目标图像是闪光灯从开始工作到结束,被照射目标图像在这段时间内的时间平均图像。因此要想采集到可靠的目标图像,必须同时满足的测试条件是:

(1)在CCD摄像头工作时间内完成闪光灯的工作;

(2)闪光灯的功率足够大;

(3)在闪光灯工作时间内,目标图像不能有很大的变化。

在类似FL-2的暂冲式风洞,由于气源相对于风洞试验尺寸是很小的,所以,它的风洞试验流场变化较大。因此保证PSP技术在相同的试验流场下完成试验图像的采集,PSP技术与常规测量技术同时完成试验结果的采集是我们必须首先解决的问题之一。

3.2国产双分量PSP试验数据处理与修正技术研究

在FL-2风洞试验时,模型表面的温度在1分钟多的时间内,从没吹风时的5℃变化到-17.3℃,并且翼尖与翼根的温度可相差8℃。由于具有压力传感器功能的PSP是直接裸露在风洞气流中,因此,气流温度的急剧变化对PSP技术测量结果是有影响的。