Development and testing of data reduction software for measurements using pressure sensitive paints

• Autorzy: Deitrick W. J. , Stryczniewicz W.

Identyfikatory

DOI

10.2478/TAR-2018-0031

Warianty tytułu

PL

Algorytm przetwarzania danych pomiarowych uzyskanych techniką farb czułych na ciśnienie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper concentrates on post-processing of data necessary for pressure measurements using Pressure Sensitive Paints (PSP). The purpose of the study was to develop and test procedures for extraction of the surface pressure distribution from the images captured during PSP tests. The core issues addressed were reduction of the influence of model movement and deformation during wind tunnel run and synchronization between conventional pressure tap measurements and PSP data, necessary for in-situ calibration. In the course of the studies, two approaches on image registration were proposed: the first based on geometric transformation of control points pairs with cross-correlation tuning and the second based on similarity finding and estimation of geometric transformation of the images. Performance of the developed algorithm was tested with use of experimental setup allowing for controlled movement of the imagined target with micrometer resolution. Both of the proposed approaches to PSP image resection proved to perform well. After testing of the software, the PSP system was used for determination of the pressure field on flat plate exposed to impinging jet. The presented procedures and results can be useful for research groups developing in-house PSP measurements systems for wind tunnel tests and internal flow investigations.

PL

W artykule przedstawiono procedury konieczne i wystarczające do przeprowadzenia pomiarów techniką farb czułych na ciśnienie. Celem pracy było opracowanie oraz sprawdzenie procedur wyznaczenia rozkładu ciśnienia na powierzchni ze zdjęć pomiarowych farb czułych na ciśnienie. Głównymi podjętymi tematami była redukcja wpływu przemieszczenia i deformacji modelu podczas dmuchu w tunelu aerodynamicznym oraz synchronizacja pomiędzy pomiarem ciśnienia a rejestracją zdjęć. W pracy zaproponowano dwie metody uzgodnienia pozycji modelu pomiędzy zdjęciami: pierwsza metoda oparta na transformacji geometrycznej punków kontrolnych z dodatkowym uzgodnieniem wykorzystującym korelację obrazów znaczników oraz drugą metodę opartą na odnajdywaniu podobnych cech obrazów i estymacji przekształcenia geometrycznego obrazów. Skuteczność algorytmów została sprawdzona przy wykorzystaniu stanowiska pomiarowego umożliwiającego wykonanie zdjęć obiektu testowego przesuwanego z rozdzielczością poniżej jednego mikrometra. Testy zaproponowanych rozwiązań potwierdziły ich skuteczność. Kolejnym krokiem, po testach opracowanego oprogramowania, było wyznaczenie rozkładu ciśnienia na płaskiej płycie poddanej strumieniowi sprężonego powietrza. Przedstawione procedury oraz wyniki mogą być użyteczne dla grup badawczych wdrażających technikę farb czułych na ciśnienie do pomiarów w tunelach aerodynamicznych oraz badań przepływów wewnętrznych.

Słowa kluczowe

EN

Pressure Sensitive Paint; image registration; impinging jet

PL

farba czuła na ciśnienie; analiza obrazu; wypływ z dyszy

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Transactions on Aerospace Research
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 4 (253)
• Strony: 83--97
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Deitrick W. J.

• The Ohio State University 201 W 19th Ave, Columbus, OH, United States

autor

Stryczniewicz W.

• Aerodynamics Department, Institute of Aviation, Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Klein C., Engler R., Henne U., 2005, “Application of pressure sensitive paint for determination of the pressure field and calculation of forces and moments of models in a wind tunnel”, Experiments in Fluids, 39, pp. 475-485.
• [2] Watkins A. N., Buck G. M., Leighty B. D., Lipford W. E., Oglesby D. M., 2008, “Using Pressure-and Temperature-Sensitive Paint for Global Surface Pressure and Temperature Measurements on the Aft-Body of a Capsule Reentry Vehicle”, 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA Paper-2008-1230, Reno, NV; United States, January.
• [3] Stryczniewicz W., Panas A. J., Szczepaniak R., 2018, “Thermophysical Properties of Temperature Sensitive Paint”, 2018 Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference, AIAA AVIATION Forum, Atlanta, United States, 25-29. June.
• [4] Gregory J. W., Asai K., Kameda M., Liu T., Sullivan J.P., 2008, “A review of pressure-sensitive paint for high-speed and unsteady aerodynamics”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 222, pp. 249-290.
• [5] Crafton J., Forlines A., Palluconi S., Hsu K. Y., Carter C., Gruber M., 2015, “Investigation of transverse jet injections in a supersonic crossflow using fast-responding pressure-sensitive paint”, Experiments in Fluids, 56:27.
• [6] Peng, D., Wang, S., & Liu, Y. (2016). Fast PSP measurements of wall-pressure fluctuation in low-speed flows: improvements using proper orthogonal decomposition. Experiments in Fluids, 57(4), 1–17. https://doi.org/10.1007/s00348-016-2130-z
• [7] Kavandi J., Callis J., Gouterman M., Khalil G., Green E., Burns D., McLachlan B., 1990,“Luminescent barometry in wind tunnels. Review of Scientific Instruments”, 61, pp. 3340-3347.
• [8] Bell J. and McLachlan B., 1996, “Image registration for pressure-sensitive paint applications”, Experiments in Fluids, 22, pp. 78-86.
• [9] Disotell K., Peng D., Juliano T., Gregory J., Crafton J., Komerath N., 2014, “Single-Shot temperature and pressure-sensitive paint measurements on an unsteady helicopter blade”, Experiments in Fluids, 55, pp. 1671.
• [10] Le Sant Y. and Mérriene M. C., 2005, “Surface pressure measurements using pressure sensitive paint”, Aerospace Science and Technology, 9, pp. 285-299.
• [11] Le Sant Y., 2000, “Image processing tools applied to wind tunnel testing”, In Proceedings of the 48th Annual CASI Conference, Toronto.
• [12] Liu T. and Sullivan J. P., “Pressure and temperature sensitive paints”, Springer-Verlag, 2005.
• [13] Bay H., Tuytelaars T., Van Gool L., 2006, “SURF: speeded up robust features”, In H. Bischof, A. Pinz, editors, Computer Vision-ECCV 2006. Lecture Notes in Computer Science 3951, Springer.
• [14] Stasicki B., Kompenhans J., Willert C., Ludwikowski K., 2010, “Pulsed LED iluminator for visulization, recording and measurement of high-speed events in mechanics”, In Proceedings of The Int. Conf. On Experimental Mechanics 2010, Kaula Lumpur, Malaysia.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).