本發明涉及一種基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，屬于航空航天實驗技術及非接觸式全場壓力場測量領域。

背景技術：

1、激波/邊界層干擾(stbli)是常見的流動現象，高超聲速stbli相對常規超聲速工況下具有更強的可壓縮性，在流動再附之后會形成很高的局部力/熱載荷，嚴重時會影響到飛行器飛行安全。柱裙構型的stbli問題來源于類hifire-1構型的高速回轉體飛行器，柱裙拐角處存在邊界層分離、再附及激波干擾而導致嚴重的氣動力和氣動熱載荷，對這類構型的stbli結構和表面載荷分布的測量可以有效支持干擾特性預測，從而為飛行器載荷設計和熱防護提供依據。

2、高馬赫數地面模擬環境多采用激波風洞平臺，流場時間短，常規測壓手段難以獲取大面積高分辨率壓力分布特征。

技術實現思路

1、本發明解決的技術問題是：針對目前現有技術中，高馬赫數環境下的psp硬件同步及壓力還原的問題，提出了一種基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法。

2、本發明解決上述技術問題是通過如下技術方案予以實現的：

3、一種基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，包括：

4、建立高馬赫數毫秒量級風洞流場，在風洞流場中同步采集飛行器柱裙模型的動態psp圖像及高頻響壓力傳感器數據；

5、對高馬赫數毫秒量級風洞流場自發光進行屏蔽處理；

6、根據同步采集的高頻響壓力傳感器數據進行動態psp原位標定消除溫度效應影響，利用地面靜態標定結果和磷光熱圖數據進行溫度誤差分析；

7、測量柱裙模型在高馬赫數毫秒量級的風洞流場下的二維壓力數據，直接線性變換還原為三維壓力數據，根據三維壓力數據獲取柱裙模型激波邊界層壓力分布特征。

8、所述風洞流場中，設置psp高速相機與紫外光源、測壓傳感器、同步控制器，其中：

9、同步控制器接收外部脈沖信號，生成觸發信號并分別發送至psp高速相機與紫外光源、測壓傳感器；psp高速相機與紫外光源接收觸發信號采集psp圖像，測壓傳感器同步接收觸發信號采集模型表面壓力。

10、所述同步控制器接收外部脈沖信號后，根據預設延時延長指定時長后發送觸發信號至psp高速相機與紫外光源、測壓傳感器。

11、對風洞流場自發光進行屏蔽處理的方法為：

12、消除psp圖像的自發光圖像或通過帶通濾波片過濾自發光，其中：

13、psp圖像在采集完成后，通過關閉所有光源后采集自發光圖像并在psp圖像中消除；

14、通過帶通濾波片過濾自發光的方法為：

15、選取650±nnm帶通濾波片過濾自發光，對采集的圖像信號進行過濾以減少psp圖像噪聲并過濾自發光。

16、n通過試驗標定獲得，標定方法為：

17、關閉所有可控光源后，風洞吹風采集psp圖像i(n)；

18、僅打開紫外光源，風洞吹風采集psp圖像，得到i(s+n)，計算信噪比snr；

19、

20、當信噪比大于6時，則n設置合理，否則減小n值，重復試驗標定流場直至n設置合理。

21、原位標定方法為：

22、采集風洞停車狀態下psp圖像、風洞運行狀態下psp圖像；

23、對兩類圖像進行背景去噪處理；

24、根據兩類圖像去噪處理后psp像素灰度計算兩類圖像的灰度比運算值；

25、將兩類圖像的灰度比運算值與測壓傳感器采集的壓力值進行多項式擬合，確定原位標定系數。

26、通過原位標定得到原位標定系數后，進入風洞停車狀態，進行地面靜態標定，利用地面靜態標定結果和與快響應psp同步采集的磷光熱圖數據進行溫度誤差分析以減小風洞試驗的壓敏涂料的溫度效應影響引起的溫度誤差；

27、原位標定前，在飛行器柱裙模型表面涂覆壓敏涂料，測壓傳感器表面不涂覆。

28、風洞停車狀態下psp圖像風洞運行狀態下psp圖像的灰度比運算值為i表示傳感器序號(i＝1,2,…,n)；原位標定系數包括a、b、c，計算方法為：

29、

30、式中，pref為風洞運行狀態下傳感器的壓力值，t為溫度；

31、溫度誤差分析方法為：

32、進行地面靜態標定，地面靜態標定后，通過獲取不同溫度下相同壓敏漆樣件的敏漆標定系數a(t)、b(t)和c(t)，并根據模型磷光熱圖的溫升數據，給出模型表面壓力測量結果的誤差帶，完成誤差分析。

33、直接線性變換還原為三維壓力數據的方法為：

34、根據原位標定得到原位標定系數后，可獲取psp全場二維壓力數據，通過已知模型三維點與對應的二維psp圖像投影點，通過直接線性變換計算投影矩陣，最后，通過投影矩陣實現二維psp壓力數據的三維還原。

35、所述投影矩陣的計算方法為：

36、獲取已知三維點與二維圖像投影點的投影矩陣：

37、

38、式中，[x,y,z,1]t為三維點世界坐標，[u,v,1]t為對應圖像像素坐標；h為投影矩陣，s為三維點的深度。

39、本發明與現有技術相比的優點在于：

40、本發明提供的一種基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，能夠解決高馬赫數環境下的psp硬件同步、流場自發光屏蔽、psp壓力標定及誤差分析以及柱裙模型的三維壓力還原問題，最終獲得毫秒級流場中柱裙模型的激波/邊界層干擾壁面壓力分布特征，相比傳統布置測壓點方法，這種光學測量手段能夠實現高分辨率的全場非接觸式測量。采用快響應psp技術可實現動態非定常測量。

技術特征：

1.一種基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，其特征在于包括：

2.根據權利要求1所述的基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，其特征在于：

3.根據權利要求2所述的基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，其特征在于：

4.根據權利要求2所述的基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，其特征在于：

5.根據權利要求4所述的基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，其特征在于：

6.根據權利要求4所述的基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，其特征在于：

7.根據權利要求6所述的基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，其特征在于：

8.根據權利要求6所述的基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，其特征在于：

9.根據權利要求6所述的基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，其特征在于：

10.根據權利要求9所述的基于動態psp的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，其特征在于：

技術總結
一種基于動態PSP的柱裙模型激波邊界層干擾測量方法，基于飛行器的高馬赫數柱裙模型，用于解決高馬赫數環境下的PSP硬件同步、流場自發光屏蔽、PSP壓力標定及誤差分析以及柱裙模型的三維壓力還原問題，最終獲得毫秒量級流場中柱裙模型的激波/邊界層干擾壁面壓力分布特征，能夠實現高分辨率的全場非接觸式測量，采用快響應PSP技術可實現動態非定常測量。

技術研發人員：任少潔,黃湛,王宏偉,李曉輝
受保護的技術使用者：中國航天空氣動力技術研究院
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28