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利用多個基于圖像的測量系統(tǒng)評估螺旋槳感應(yīng)特性和主動流量控制
為了研究螺旋槳-機翼風(fēng)洞模型，采用了多種光學(xué)測量技術(shù)。該(半)風(fēng)洞模型配備了九葉片螺旋槳，其機翼在整個機翼跨度上具有主動的吹風(fēng)。調(diào)查的目的是為了解流動現(xiàn)象，特別是周期螺旋槳滑流與吹風(fēng)的相互作用。使用的光學(xué)測量技術(shù)是:立體粒子圖像測速儀(用于研究螺旋槳后面的流場直到機翼末端，單粒子圖像測速儀用于研究吹風(fēng)，背景定向紋影(用于研究螺旋槳滑流中的密度梯度)和投影模式相關(guān)(用于葉片扭轉(zhuǎn)和變形)。本文討論了這些方法在工業(yè)風(fēng)洞設(shè)施單通道進風(fēng)過程中的應(yīng)用。
非侵入式圖像測量技術(shù)是研究螺旋槳流的有利手段并且對于諸如推力反向的影響的研究特別有用。螺旋槳滑流結(jié)構(gòu)，用于螺旋槳槳葉研究技術(shù)，如壓敏漆 (用于葉片力和力矩)和油膜干涉測量(用于過渡檢測和皮膚摩擦測量)正在開發(fā)中，并已被證明在工業(yè)應(yīng)用中是可行的。從先進的測量技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)集對于數(shù)值代碼的驗證至關(guān)重要。特別是，應(yīng)同時測量速度和螺旋槳彎曲，以確定修改的葉片取向?qū)λ俣葓龅挠绊?。外國國的研究項目，社區(qū)友好型飛機致力于設(shè)計一種安靜、高效、起降時間短的飛機，以減輕城市及其居民對飛機噪音的負擔(dān)。為了實現(xiàn)短時間起飛和降落，飛機配備了螺旋槳，此外，使用吹氣主動流量控制提供了高升力能力。在外國航空航天中心的項目中，研究了螺旋槳行為的各種實驗氣動方面(滑流效應(yīng)、主動吹氣、彎曲和扭轉(zhuǎn)等)，該項目致力于同時應(yīng)用多種基于圖像的測量技術(shù)，如(立體聲和斷層掃描)粒子圖像測速(PIV)、背景定向、投影模式相關(guān)、溫壓敏感涂料。
兩個PIV系統(tǒng)的組合視場顯示了從螺旋槳后部(攝像機C2和C4)到發(fā)動機艙未端(攝像機C1和C3)的滑流，見圖。在機翼根部的狹窄空間內(nèi)布置攝像機的**主要原因是，它能夠在不進行額外校準(zhǔn)的情況下，使攝像機隨風(fēng)洞模型攻角的改變而同步旋轉(zhuǎn)。主動吹風(fēng)測量采用單孔-PIV裝置(攝像機5)。所有攝像機在圖中注解為C1-5。4;對應(yīng)的反射鏡被注釋為M1-5。使用的鏡頭卡爾蔡司是:相機2的50毫米，相機1、3和4的35毫米，相機5的135毫米。四臺德國Excelitas PCO公司sCMOS相機(pco.edge 2560x2160像素)被用于兩種立體測量，一臺pco.4000 CCD相機(4008x2672像素)用于有源吹流場吹氣-PIV測量。在激光光片生成中，同時使用了兩個雙脈沖，用于擴展視野的照明。激光和相機系統(tǒng)由螺旋槳發(fā)出的TTL信號觸發(fā)(每轉(zhuǎn)一圈信號)。
面向背景的鎖鏈應(yīng)用方法確定螺旋槳滑流中密度梯度的瞬時分布。用漫散射脈沖激光器，以降低激光散斑噪聲。照明可以在圖中看到。點圖案已記錄了一個額外的pco.4000 CD相機(4008x2672像素)。成像包括記錄風(fēng)廓圖像，然后以雙幀模式記錄點圖案，并使用適當(dāng)?shù)?即與螺旋槳尖渦的對流速度相適應(yīng))脈沖延遲。這允許將兩個時間實例中獲得的結(jié)果相關(guān)聯(lián)(導(dǎo)致密度梯度變化)，或者將每個照明與參考圖像相關(guān)聯(lián)。
據(jù)報道，在對一架有主動吹動的螺旋槳飛機的調(diào)查中同時應(yīng)用了多種先進的基于圖像的測量技術(shù)。飛機的特殊設(shè)計需要各種流動特性的實驗輸入。主要目的是同時確定實驗流場和螺旋槳特性，使螺旋槳與風(fēng)洞特性具有相關(guān)性。此外，同時獲取不同的流量特征建立了一個實驗數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫將用于未來的驗證。應(yīng)用的技術(shù)包括:雙立體粒子圖像測速系統(tǒng)(用于研究螺旋槳滑流中的速度和渦度)，一個單PIV系統(tǒng)(用于調(diào)查有源吹流場)一個面向背景的系統(tǒng)(用于確定螺旋槳滑流中的密度梯度)和一個立體投影模式系統(tǒng)(用于決定螺旋槳葉片的彎曲和扭轉(zhuǎn))。使用這些技術(shù)，除了分離螺旋渦路徑外，還確定了風(fēng)向位置的前列渦卷，發(fā)現(xiàn)主動吹氣在螺旋槳中引起較高的軸向速度滑流。投影圖案的結(jié)果表明，顯著彎曲的螺旋槳葉片是存在的。該項目正在進行的工作是將時間分辨的斷層掃描皮層速度場數(shù)據(jù)(和波動)與聲壓信號(用聲陣技術(shù)獲得)進行關(guān)聯(lián)，以便對襟翼邊緣聲進行電子調(diào)查。
德國Excelitas PCO公司pco.egde高速相機，具備高分辨率、高感光度、雙幀PIV瞬間成像的優(yōu)點，將高速實驗過程完美記錄，為實驗提供強而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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