[发明专利]一种适用于翼型的攻角快速识别方法

说明书

本发明公开的一种适用于翼型的攻角快速识别方法，属于流体力学实验技术领域。本发明包括以下步骤：通过高速摄像机获取流场图片，对所述流场图片进行灰度二值化处理获取灰度图片，将所述灰度图片建立坐标系，并将所述灰度图片中各个像素点的坐标及灰度值建立数据矩阵；根据翼型前缘与尾缘判定准则识别所述灰度图片中的前缘像素点以及尾缘像素点，将所述前缘像素点以及尾缘像素点分别记为A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)；根据所述前缘像素点以及所述尾缘像素点的坐标计算翼型攻角。应用上述步骤辨识的翼型攻角参数指导水动力学领域的流动分析与结构设计。本发明能够降低翼型攻角识别工作量、提高翼型攻角识别精度。

技术领域

本发明涉及一种适用于翼型的攻角快速识别方法，属于流体力学实验技术领域。

背景技术

在航空航天领域，为了避免动力失速、结构上颤振和共振，振荡翼型的动态特性受到越来越多的重视。在水力机械研究中，旋转产生的附加作用力以及动静部件的扰动对湍流过程、边界层的发展、流动结构的时空分布有着重要的影响，非转动/转动部件的流场相互干扰的物理机制一直是研究的重点和难点。在螺旋桨、涡轮泵、水轮机启停机、飞逸、增减负荷等瞬态过程中，暂态过程瞬变流动会使升力面的有效攻角发生改变，其内部流动复杂多变，呈现出强烈的不稳定性。因此，了解物体在动态变化下非稳态水动力载荷和振动的变化，对了解水力机械瞬态过程非定常流动机理及动力特性，优化水力机械的设计，提高水力性能有着重要的意义。

水翼作为水力机械结构的基本单元，对于运动边界绕流问题研究往往被作为基本对象。实验研究是探寻物理机制的基础方法，其中高速全流场显示技术被广泛应用于流体实验测量研究中。高速全流场显示技术的工作原理主要是利用高速相机对流动现象进行拍摄，并针对拍摄图片进行定性以及定量的分析。此前对绕水翼流动的研究工作大多是基于静态物体下进行，即翼型的攻角是固定不变的；然而对于运动边界绕流的高速全流场显示存在着水翼攻角时刻在变化的问题，为了分析在动态变化下非稳态流场以及水动力载荷的变化，水翼攻角的确定是十分重要的。然而目前针对水翼攻角的精确识别尚未有成熟的技术方法，大都采用人工对图片进行粗略的测量方法，工作量大且误差也较大；因此本发明提出了一种适用于翼型的攻角快速识别方法。

发明内容

为了解决现有技术存在翼型攻角识别工作量大、精度不够精确的问题，本发明公开的一种适用于翼型的攻角快速识别方法要解决的技术问题为：降低翼型攻角识别工作量、提高翼型攻角识别精度。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种适用于翼型的攻角快速识别方法，包括以下步骤：通过高速摄像机获取流场图片，对所述流场图片进行灰度二值化处理获取灰度图片，将所述灰度图片建立坐标系，并将所述灰度图片中各个像素点的坐标及灰度值建立数据矩阵；根据翼型前缘与尾缘判定准则识别所述灰度图片中的前缘像素点以及尾缘像素点，将所述前缘像素点以及尾缘像素点分别记为A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)；根据所述前缘像素点以及所述尾缘像素点的坐标计算翼型攻角，所述翼型攻角记为α。

本发明公开的一种适用于翼型的攻角快速识别方法，还包括如下步骤：应用上述步骤辨识的翼型攻角参数指导水动力学领域的流动分析与结构设计。

根据上述步骤辨识的翼型攻角参数，能得到翼型攻角的变化范围，进一步观察在每个攻角下对应的翼型流场结构，分析翼型所受的动力特性是否满足技术要求，能够指导工程结构的优化设计。另外，得到的翼型攻角参数还能为动态变化下的健康监测、结构故障诊断、结构振动控制等方面的应用提供有力的支持，具有广泛的应用前景与效益。

优先地，为了提升灰度值的对比度，将背景颜色预设为对应灰度值小的颜色，所述流场图片中的翼型颜色预设为对应灰度值大的颜色。所述灰度值小指灰度阈值为140，灰度值大指灰度阈值210，对比度效果最佳的灰度值差范围：70～200。