устройство и способ анализа измерений в аэродинамической трубе

Формула изобретения

1. Устройство для анализа измерений в аэродинамической трубе, содержащее

процессор (3), который выполнен с возможностью осуществления следующих стадий:

автоматическая идентификация и/или сегментация, по меньшей мере, одного элемента потока с помощью процессора посредством использования записанного изображения, основанного на цветовых оттенках, по меньшей мере, одного элемента потока, причем изображение записано в процессе проведения измерений в аэродинамической трубе, и

вычисление геометрических характеристик, по меньшей мере, одного элемента потока на основании изображения, по меньшей мере, одного элемента потока.

2. Устройство по п.1, содержащее дополнительно, по меньшей мере, одно записывающее устройство (2), которое предназначено для записи изображения, по меньшей мере, одного элемента потока на исследуемом объекте.

3. Устройство по п.1 или 2, содержащее дополнительно дисплей (4) для визуализации записанного изображения, по меньшей мере, одного элемента потока и/или объекта (1).

4. Устройство по п.1, содержащее дополнительно несколько записывающих устройств (2) для обеспечения пространственного отображения объекта и/или, по меньшей мере, одного элемента потока.

5. Устройство по п.2, в котором, по меньшей мере, одно записывающее устройство (2) является цветной камерой.

6. Устройство по п.2, в котором, по меньшей мере, одно записывающее устройство (2) является высокоскоростной камерой.

7. Устройство по п.1, в котором процессор (3) обеспечивает обработку телевизионных полукадров чересстрочной развертки.

8. Способ анализа измерений в аэродинамической трубе, содержащий следующие стадии:

автоматическая идентификация и/или сегментация, по меньшей мере, одного элемента потока с помощью процессора посредством использования записанного изображения, основанного на цветовых оттенках, по меньшей мере, одного элемента потока, причем изображение записано в процессе проведения измерений в аэродинамической трубе (6); вычисление геометрических характеристик, по меньшей мере, одного элемента потока на основании изображения, по меньшей мере, одного элемента потока.

9. Способ по п.8, в котором тренд поведения потока, по меньшей мере, для одного элемента потока вычисляется как непрерывная функция.

10. Способ по п.8, в котором измерения в аэродинамической трубе оцениваются с учетом различных физических характеристик различных элементов потока.

11. Способ по п.10, в котором физические характеристики обрабатываемого элемента потока выбирают из группы, состоящей из следующих характеристик: оттенок, яркость и насыщенность цвета, коэффициент жесткости, диаметр и структура поверхности.

12. Способ по п.8, в котором геометрические характеристики, по меньшей мере, одного элемента потока выбирают из группы, состоящей из следующих характеристик: центр тяжести, площадь, осевое отношение и направление элемента потока.

13. Способ по п.8, в котором, по меньшей мере, один элемент потока идентифицируется с использованием анализа Фурье и/или геометрического преобразования.

14. Способ по п.8, в котором по методу чересстрочной развертки записываются по меньшей мере два полукадра и по ним измеряется движение по меньшей мере одного элемента потока.

15. Способ по п.8, в котором изображение объекта (1) делят на ячейки Вороного, так что в центре каждой такой ячейки располагается соответствующий элемент потока.

16. Способ по п.8, в котором обеспечивают заданное наблюдаемое состояние по меньшей мере одного элемента потока, и осуществляется автоматическая регулировка управляемых параметров и/или ориентации исследуемого объекта (1).

17. Способ по п.8, в котором положение по меньшей мере одного элемента потока вычисляется с использованием геометрического преобразования.

18. Машиночитаемый носитель информации, на котором хранится программа анализа измерений в аэродинамической трубе, которая при выполнении ее процессором (3) выполняет или управляет выполнением следующих стадий:

автоматическая идентификация и/или сегментация, по меньшей мере, одного элемента потока с помощью процессора посредством использования записанного изображения, основанного на цветовых оттенках, по меньшей мере, одного элемента потока, причем изображение записано в процессе проведения измерений в аэродинамической трубе (6); вычисление геометрических характеристик, по меньшей мере, одного элемента потока на основании изображения, по меньшей мере, одного элемента потока.

19. Машиночитаемый носитель информации по п.19, в котором программа при ее выполнении процессором (3) обеспечивает обработку изображения, по меньшей мере, одного элемента потока.

20. Система для выполнения измерений в аэродинамической трубе, содержащая объект (1), размещенный в аэродинамической трубе (6), записывающее устройство (2) для записи изображения при выполнении измерений в аэродинамической трубе (6), устройство для анализа измерений в аэродинамической трубе по любому из пп.1-7.

21. Система по п.31, содержащая дополнительно по меньшей мере один элемент потока, который прикреплен к объекту (1).

22. Система по п.32, в которой в качестве элемента крепления по меньшей мере одного элемента потока к объекту (1) используется клейкая лента, причем клейкая лента и по меньшей мере один элемент потока имеют разные цвета.

23. Система по любому из пп.31-33, содержащая дополнительно устройство ввода данных для непосредственного управления исследуемым объектом (1) и/или для ввода параметров.

24. Система по п.34, в которой параметры выбирают из группы, состоящей из следующих параметров: параметры потока, угол атаки объекта, угол рысканья объекта и угол крена объекта.

25. Система по п.31, в которой, по меньшей мере, один элемент потока имеет различные цвета по сравнению с объектом (1).

26. Система по п.31, содержащая, по меньшей мере, два элемента потока, которые имеют разные физические характеристики.

27. Система по п.31, в которой в качестве объекта используется летательный аппарат или модель летательного аппарата.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройству, системе и способу анализа измерений в аэродинамической трубе, к машиночитаемому носителю данных и к программному элементу.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При разработке новых поколений летательных аппаратов их аэродинамические характеристики сначала оптимизируются на моделях на основании измерений, выполняемых в аэродинамических трубах. При этом к модели прикрепляют одним концом многочисленные нити длиной несколько сантиметров, так что, наблюдая поведение нитей при продувке модели, можно определять состояние потока и его направление в точках нахождения нитей.

Можно выделить три основных состояния, а именно: "невозмущенное" (или ламинарное), "возмущенное" (или турбулентное) и "сорванный поток". Если поток в месте нахождения нити проходит по поверхности модели, то он является невозмущенным. Нить остается в вытянутом положении (ламинарный пограничный слой) и указывает местное направление поверхностного потока. После точки перехода свободный конец нити начинает дрожать, указывая на то, что поток является возмущенным (турбулентный пограничный слой). Небольшие, зарождающиеся возмущения поверхностного потока вызывают "дрожание" свободных концов нитей. В точке отрыва (точка срыва потока) поток поднимается с поверхности (отрывное течение), и формируются поверхностные течения, которые интенсивно закручиваются, образуя обратные течения (противоположные направлению первичного потока). Нить в такой зоне перемещается так быстро по всем возможным направлениям, что видеть можно только прикрепленный к нити шарик ваты.

До настоящего времени измерения с помощью нитей, как правило, оценивались на глаз. При этом делаются видеозаписи во время проведения измерений в аэродинамической трубе, и затем эти записи анализируются специалистами. На отобранных записях и соответствующих принципиальных схемах пользователь отмечает пограничные линии между зонами невозмущенного, возмущенного и сорванного потоков.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является улучшение анализа измерений в аэродинамической трубе.

Эта цель достигается с помощью устройства, системы и способа анализа измерений в аэродинамической трубе, машиночитаемого носителя данных и программного элемента для анализа измерений в аэродинамической трубе, признаки которых указаны в независимых пунктах формулы изобретения.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения описывается устройство для анализа измерений в аэродинамической трубе. В состав устройства входит процессор, который предназначен для выполнения стадии автоматической идентификации по меньшей мере одного элемента потока на изображении, записанном при проведении измерений в аэродинамической трубе.

В другом аспекте изобретения предлагается способ анализа измерений в аэродинамической трубе. В этом способе, используя процессор, идентифицируют по меньшей мере один элемент потока на изображении, записанном при проведении измерений в аэродинамической трубе.

В соответствии еще с одним аспектом изобретения предлагается машиночитаемый носитель данных, на котором хранится программа для анализа измерений в аэродинамической трубе, причем при выполнении программы процессором осуществляется автоматическая идентификация по меньшей мере одного элемента потока на изображении, записанном при проведении измерений в аэродинамической трубе, и дополнительно может осуществляться обработка изображения по меньшей мере одного элемента потока и/или исследуемого объекта, к которому может быть прикреплен по меньшей мере один элемент потока.

В соответствии еще с одним аспектом изобретения предлагается программный элемент для анализа измерений в аэродинамической трубе, при выполнении которого процессором осуществляется идентификация элемента потока на изображении, записанном при проведении измерений в аэродинамической трубе, и дополнительно может осуществляться обработка изображения по меньшей мере одного элемента потока и/или исследуемого объекта.

Изобретение может быть осуществлено в форме компьютерной программы, то есть программного обеспечения, и одной или нескольких специализированных электронных схем, то есть аппаратных средств, или в любой гибридной форме, то есть в форме, содержащей и программные компоненты, и компоненты аппаратных средств.

В соответствии еще с одним аспектом изобретения предлагается система выполнения измерений в аэродинамической трубе с размещенным в ней объектом, при этом система содержит записывающее устройство для записи изображения и устройство, имеющее вышеуказанные признаки.

В соответствии с настоящим изобретением может осуществляться автоматическая идентификация и/или сегментация (выделение) элемента потока, установленного на исследуемом объекте, размещенном в аэродинамической трубе. На основе такой идентификации и/или сегментации элемента потока могут выполняться в автоматическом режиме последующие процессы вычислений, моделирования или обработки. Таким образом, может быть получен статистически достоверный материал для многих записей с постоянными условиями испытаний, а не отдельные случайные выборки измерений, которые в общем случае характеризуются большим дисперсиями, и это позволяет сократить время испытаний.

Автоматический анализ измерений в аэродинамической трубе может быть выполнен с очень малыми затратами времени и, в частности, может быть выполнен очень подробный анализ в процессе выполнения измерений (например, в реальном времени). Возможность выполнения множественных измерений и одновременного анализа позволяет уменьшить или свести к минимуму дисперсии и ошибки измерений.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнен анализ для различных наборов параметров и могут быть получены характеристические линии в функции от разных параметров, в результате чего могут быть снижены временные затраты и вероятность ошибки.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения измерения в аэродинамической трубе и их анализ могут осуществляться для летательного аппарата или для его модели, так что, например, при разработке новых авиационных технологий могут быть выверены, улучшены или оптимизированы характеристики обтекания потоком летательного аппарата.

Под термином "элемент потока" понимается, в частности, физический предмет, который прикреплен к исследуемому объекту и размеры которого существенно меньше размеров этого объекта. Если такой элемент потока помещается в поток, например в аэродинамической трубе, он подвергается действию этого потока, и поэтому может служить для определения характеристик поведения потока в окружающей его зоне. Такие элементы потока могут быть выполнены, например, в форме нитей.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения устройство содержит дополнительно (оптическое) записывающее устройство, так что с помощью по меньшей мере одного записывающего устройства может быть осуществлена запись изображения по меньшей мере одного элемента потока на исследуемом объекте.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения устройство содержит дополнительно дисплей для отображения записанного изображения по меньшей мере одного элемента потока и/или объекта.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения цвет по меньшей мере одного элемента потока отличается от цвета исследуемого объекта, для того чтобы можно было осуществить быструю и надежную идентификацию и сегментацию по записанному изображению.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения по меньшей мере два элемента потока имеют различные физические характеристики (например, коэффициент жесткости, диаметр, структура поверхности). Таким образом, может быть повышено информационное содержание измерений, например, путем сравнения поведения различных элементов потока в воздушном потоке.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения устройство содержит дополнительно два или более записывающих устройства для обеспечения пространственного изображения исследуемого объекта и/или по меньшей мере одного элемента потока. Пространственное изображение содержит больше информации, и поэтому результаты измерений могут быть представлены пользователю в более ясной и наглядной форме под различными углами зрения.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения в качестве записывающего устройства используется цветная камера для обеспечения различения по меньшей мере одного элемента потока и/или объекта по их цветам, в результате чего улучшаются результаты процесса идентификации или сегментации.

В соответствии еще с одним вариантом осуществления изобретения может быть использована высокоскоростная камера для обеспечения множества записей изображения в единицу времени, которые могут быть обработаны для их анализа. Таким образом, например, движение элементов потока может быть определено с большей точностью.

В соответствии еще с одним вариантом осуществления изобретения процессор может быть приспособлен для обработки полукадров телевизионной чересстрочной развертки, в результате чего может быть улучшен анализ движения элемента потока.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения процессор осуществляет идентификацию и/или сегментацию (выделение) по меньшей мере одного элемента потока на фоне окружающей его области или на фоне всего исследуемого объекта из изображения по меньшей мере одного элемента потока и/или объекта на основе различных оттенков цветов.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления способа изображение по меньшей мере одного элемента потока и/или объекта может быть сохранено (например, на носителе данных, так что обеспечивается возможность последующего анализа.

На следующей стадии способа по записанному изображению могут быть определены геометрические характеристики по меньшей мере одного элемента потока. Таким образом, при необходимости можно отобразить развитие потока по меньшей мере на одном элементе потока в форме непрерывной функции.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления способа осуществляют повышение информационного содержания измерений на основании физических характеристик по меньшей мере одного элемента потока. По меньшей мере один элемент потока может иметь заданные физические характеристики, такие как заданный оттенок цвета, заданная яркость цвета, заданная насыщенность цвета, заданный коэффициент жесткости или модуль сдвига, заданный диаметр или заданную структуру поверхности. Таким образом, на основании сравнения двух элементов потока, имеющих различные физические характеристики, можно сделать выводы о поведении потока.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления способа осуществляют определение геометрических характеристик по меньшей мере одного элемента потока на основании записанного изображения этого элемента. Таким образом, могут быть определены такие характеристики элемента потока, как центр тяжести, площадь поверхности, осевое отношение и направление элемента. Центр тяжести характеризует положение нити, а направление характеризует ее преимущественную ориентацию. Площадь поверхности и осевое отношение часто содержат информацию, позволяющую определить, находится ли нить в вытянутом положении или совершает быстрые движения.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления способа расстояние между элементами потока на исследуемом объекте может быть постоянным, так что формируется периодическая структура их размещения, в результате чего идентификация и/или сегментация элементов потока может быть выполнена более точно с использованием анализа Фурье и геометрического преобразования.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления способа по меньшей мере два последовательных полукадра записывают, используя метод чересстрочной развертки, и на основании скорости формирования полукадров вычисляют скорость движения по меньшей мере одного элемента потока.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления способа объект делят на ячейки Вороного, в центре каждой из которых расположен соответствующий элемент потока. Таким образом, характеристики потока для элемента потока, находящегося в центре, распространяются на всю ячейку.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления способа с помощью нескольких записывающих устройств по меньшей мере один элемент потока и/или исследуемый объект отображают в трехмерном пространстве.

В соответствии еще с одним вариантом осуществления способа исследуемый объект может непосредственно перемещаться в аэродинамической трубе с помощью устройства ввода данных и/или им можно управлять путем ввода заданных управляемых параметров. К таким управляемым параметрам относятся, например, угол атаки, угол рысканья или угол крена объекта или различные параметры потока.

В соответствии еще с одним вариантом осуществления способа обеспечивают заданное контролируемое состояние исследуемого объекта или по меньшей мере одного элемента потока, и управляемые параметры и/или ориентация исследуемого объекта или поток в аэродинамической трубе могут автоматически регулироваться. Если пользователю необходимо получить, например, состояние срыва потока, он вводит такое состояние для одной области, в соответствии с чем автоматически вычисляются и устанавливаются управляемые параметры и ориентация модели.

В соответствии еще с одним вариантом осуществления способа положение элемента потока может быть вычислено с использованием геометрического преобразования. Если соответствующие положения одного или нескольких, например, по меньшей мере четырех, элементов потока, прилегающих к некоторому элементу потока, известны, тогда геометрические характеристики могут быть определены с помощью геометрического преобразования (гомографии).

В соответствии еще с одним вариантом осуществления программного элемента по меньшей мере один элемент потока отображается в соответствии с его геометрическими и/или физическими характеристиками, например, с помощью с различных оттенков цветов.

В соответствии еще с одним вариантом осуществления программного элемента переходы между состояниями потока или изменения геометрических и/или физических характеристик элементов потока могут быть описаны как непрерывные переходы.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления программного элемента исследуемый объект может быть разделен на ячейки Вороного, в центре каждой из которых расположен соответствующий элемент потока. В центре каждой ячейки Вороного может отображаться соответствующий элемент потока. Ячейки Вороного могут быть раскрашены с использованием дискретных или непрерывных наборов цветов в соответствии с геометрическими и/или физическими характеристиками элементов потока.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления способа зона между элементами потока может быть отображена с использованием интерполяции с непрерывными цветовыми переходами. В этом случае изменение различных характеристик элементов потока может быть отображено более наглядно.

В другом предпочтительном варианте осуществления программного элемента по меньшей мере один элемент потока может быть отображен отдельно и/или вместе с исследуемым объектом. В этом случае, при отдельном отображении может быть повышена точность вычислений, а при совместном отображении результаты будут более наглядными для пользователя.

В соответствии еще с одним вариантом осуществления программного элемента при визуализации по меньшей мере одного элемента потока и/или объекта может быть введена вспомогательная информация, которая как таковая отсутствует в исследуемом объекте и/или в характеристиках потока в аэродинамической трубе. В качестве такой вспомогательной информации могут использоваться заданные линии потока, заданные распределения давления, скрытые предполагаемые конструкционные элементы исследуемого объекта, такие как, например, элементы подвески двигателя или устройства увеличения подъемной силы.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления программного элемента можно осуществлять анализ отдельных измерений для одних и тех же управляемых параметров и различных конфигураций объекта. Таким образом, обеспечиваются улучшенные возможности для пользователя по анализу различных конфигураций, таких как, например, разные диаметры двигателей, для одних и тех же внешних условий.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления программного элемента можно осуществлять статистическую оценку отдельных измерений для одних и тех же или разных управляемых параметров и одинаковых конфигураций объекта. Если отдельные измерения оцениваются для одних и тех же параметров и для одинаковых конфигураций объекта, то программным элементом может быть задано регулируемое пороговое значение ошибки. Таким образом, измерения продолжаются с другими параметрами и/или конфигурациями объекта до тех пор, пока не будет получено заданное количество достоверных измерений. Это может выполняться автоматически. В этом случае измерения могут стать более надежными, так что ошибочные записи или ошибочные вычисления могут быть скомпенсированы.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления программного элемента шаг приращения параметра измерений можно регулировать, так что пользователь может изменить шаг приращения, для того чтобы получить более частые измерения для критических переходов, например для перехода от турбулентного потока к состоянию срыва потока. Аналогично, используя программный элемент, можно в автоматическом режиме получить кривую гистерезиса путем непрерывной обработки изображения.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения система может содержать дополнительно средства прикрепления элементов потока к объекту, исследуемому в аэродинамической трубе. В качестве таких средств могут использоваться клейкие ленты, имеющие оттенки цветов, отличные от цвета по меньшей мере одного элемента потока.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения система может содержать дополнительно устройство ввода данных (например, графический интерфейс пользователя), с помощью которого можно управлять исследуемым объектом и/или вводить параметры.

Элементы потока могут быть, например, нитями или иглами, которые могут быть нежестко прикреплены к исследуемому объекту.

Варианты осуществления устройства и/или системы применимы также к способу, к машиночитаемому носителю данных и к программному элементу, и наоборот.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

Далее, для большей ясности и лучшего понимания настоящего изобретения варианты его осуществления будут описаны более подробно со ссылками на прилагаемый чертеж.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемой в изобретении системы в соответствии с одним из предпочтительных вариантов его осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На чертеже представлена блок-схема системы выполнения измерений в аэродинамической трубе в соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

Система содержит аэродинамическую трубу 6, в которой размещен исследуемый объект 1 (например, уменьшенная модель летательного аппарата). Записывающая аппаратура 2 (например, камеры) в общем случае размещаются снаружи аэродинамической трубы, чтобы не вносить возмущений в поток. Изображения, записанные аппаратурой 2, передаются в процессор 3 (например, микропроцессор компьютера). Пользователь может вводить заданные параметры измерений в аэродинамической трубе или параметры анализа с помощью устройства 5 ввода.

Результаты, полученные после обработки изображений, могут быть отображены для пользователя на дисплее 4 (например, на мониторе компьютера).

Для анализа характеристик потока, обтекающего исследуемый объект 1, используются элементы потока (не показаны) в форме нитей, прикрепляемых к поверхности объекта 1, которые позволяют получить визуальную картину потока.

Если поток идеально взаимодействует с объектом 1, то нити лежат на его поверхности. Если же возникают нарушения потока, то нити отходят от поверхности и вибрируют в пространстве.

Целью анализа в соответствии с настоящим изобретением является обеспечение обработки процессором 3 информации, относящейся к нитям и к их характеристикам, для более быстрого и точного определения характеристик исследуемого объекта 1. Регистрирующие устройства 2 осуществляют запись изображений исследуемого объекта 1 с прикрепленными к нему нитями при проведении испытания, то есть при выполнении измерений в аэродинамической трубе. Затем записанные изображения обрабатываются процессором 3, осуществляется идентификация и/или сегментация нитей, и результат записывается в виде отдельного изображения на жестком диске компьютера.

В качестве записывающих устройств 2 могут использоваться цветные телекамеры (например, телекамеры на КМОП- или ПЗС-структурах), различающие оттенки цветов. В этом случае насыщенность информации в записанных изображениях увеличивается. Начальные концы нитей вводятся в клейкую ленту, и затем эта лента приклеивается к модели 1. Если цвет клейкой ленты отличается от цвета нитей, то начальные концы нитей гораздо лучше различаются на цветных изображениях.

Кроме того, можно подобрать нити с разными физическими характеристиками, такими как коэффициент жесткости, диаметр, структура поверхности, и в результате, кроме цвета нитей, измерения будут содержать много другой полезной информации. Если, например, использовать нити малого диаметра или с гладкой поверхностью, то поток вдоль объекта 1 практически не меняется, и качество измерений существенно повышается.

Записанные изображения объекта 1 с нитями могут обрабатываться в процессе измерений или после их проведения. Таким образом, предпочтительно осуществлять сегментацию нитей объекта 1, для того чтобы затем получить характеристики нитей и соответственно характеристики потока. Для этого сначала определяется точное геометрическое положение нитей.

В соответствии с настоящим изобретением процессор 3 осуществляет идентификацию положения нитей на полученных изображениях на основании, например, цвета, яркости или насыщенности цвета нити на изображении, и затем выполняется сегментация этой нити.

Теперь по полученному изображению сегмента, содержащего нить, могут быть определены ее геометрические характеристики. По изображению нити можно, например, определить положение центра тяжести, площадь поверхности, осевое отношение и направление нити. Например, центр тяжести характеризует положение нити, направление нити характеризует ее ориентацию, а площадь поверхности и осевое отношение дают возможность определить, находится ли нить в вытянутом положении, или имеют место быстрые движения нити.

Для того чтобы быстрее и более надежно определить положение нитей, они могут быть введены в клейкую ленту с постоянным шагом, так что формируется периодическая структура их размещения, и, используя анализ Фурье в сочетании с геометрическим преобразованием, можно быстро и надежно определить положение нитей.

Для улучшения качества определения характеристик нитей существует возможность вычисления их скорости по телевизионным полукадрам чересстрочной развертки. Как известно полный телевизионный кадр с чересстрочной разверткой содержит два полукадра, причем первый полукадр содержит четные линии полного изображения, а второй полукадр содержит его нечетные линии. Эти полукадры записываются с некоторым временным смещением, так что первый полукадр содержит одно положение нити, а второй полукадр содержит уже другое ее положение. После определения величины смещения нити за определенный промежуток времени может быть определена скорость ее перемещения. Было найдено, что для минимизации ошибочных измерений применима теорема Котельникова.

Затем таким образом идентифицированные нити с вычисленными характеристиками могут быть представлены пользователю в графической форме и могут обрабатываться сразу или через некоторое время. Для этого с помощью компьютерной программы нити могут быть изображены в цвете в соответствии с их вычисленными состояниями (невозмущенное, возмущенное, отрыв потока): например, зеленый цвет для нитей, находящихся в невозмущенном потоке, желтый - для нитей в возмущенном потоке, красный - для нитей в сорванном потоке.

Оттенки цветов нитей могут отображаться в соответствии с их геометрическими характеристиками, такими как, например, центр тяжести, площадь поверхности, осевое отношение или направление, так что переходы между состояниями потока могут быть определены как непрерывные переходы цветов. В этом случае обеспечивается большая степень дифференциации при визуальном анализе по сравнению с дискретным представлением.

В альтернативном варианте графическое представление исследуемого объекта (например, модели летательного аппарата) может быть разделено на так называемые ячейки Вороного. Каждая нить располагается по центру соответствующей ей ячейки Вороного. Каждая ячейка Вороного содержит те точки, которые расположены ближе или плотнее к центру этой ячейки, в смысле заданной метрики, по сравнению с центрами всех других ячеек. Ячейки Вороного полностью охватывают все графическое представление, без перекрытий. Цвета ячеек Вороного соответствуют характеристикам центральных точек нитей, так что для исследуемого объекта отображается полная картина поведения потока.

Если разделение на ячейки Вороного не используется, то области между нитями также могут быть представлены с помощью интерполяции непрерывных цветовых переходов, так что обеспечивается непрерывность отображения информации.

Используя графическое представление, на изображения нитей с их характеристиками может быть наложено также изображение исследуемого объекта 1, так что можно непосредственно определить положение нитей на этом объекте. В случае использования нескольких записывающих устройств можно получить для пользователя трехмерное представление информации, так что в его распоряжении будет непосредственное пространственное изображение нитей, указывающих движение исследуемого потока.

В такое представление полученных данных могут быть также включены вычисленные характеристики, такие как линии потока, распределения давления или конструкционные элементы, которые не видны на видеозаписи (заслонены другими конструкционными элементами), например элементы подвески двигателей. Таким образом, может быть смоделировано поведение потока для дополнительных (предполагаемых) конфигураций объекта 1.

Кроме того, существует возможность сравнения разных измерений. С одной стороны, для каждой нити может быть осуществлена визуализация отклонения для того же самого набора значений параметров и, с другой стороны, может быть обеспечено, например, определение влияния двигателей на модели крыльев. Таким образом, можно анализировать граничные линии между различными состояниями потока в функции от угла атаки исследуемого крыла.

Кроме того, устройство обеспечивает возможность проводить различные независимые измерения для одного и того же набора значений параметров, так что могут быть получены статистически значимые результаты. Например, можно регулировать продолжительность и число измерений, так чтобы соответствующие предельные ошибки укладывались в заданные пороговые значения, перед тем как продолжать измерения для другой конфигурации. Затем статистически подтвержденные данные могут использоваться для составления объективных изображений потоков (карт потоков).

Кроме того, можно регулировать шаг приращения параметров, например, угла атаки, так чтобы шаг приращения адаптивно минимизировался для наиболее важных состояний потока, для того чтобы получить максимально возможную детализацию измерений.

Кроме того, также может выборочно анализироваться переходный или обратный процесс между состояниями потока, путем рассмотрения, например, колебательного характера состояний потока для постоянного набора значений параметров. Периодически превышая пределы, для которых происходят изменения состояния потока, можно осуществлять автоматическое определение кривых гистерезиса с помощью непрерывного анализа изображений.

В системе, показанной на чертеже, аналогично имеется возможность осуществления интерактивного анализа для конкретных случаев потока с помощью устройства 5 ввода данных. В этой связи с помощью устройства 5 ввода данных (например, мышь и/или клавиатура компьютера) можно выбрать для анализа некоторую зону исследуемого объекта 1. Например, можно отметить нужную зону исследуемого объекта 1 и задать нужное поведение потока (например, между возмущенным состоянием и состоянием срыва потока), при котором устройство изменяет, например, угол атаки или другие регулируемые параметры объекта 1 таким образом, чтобы для выбранной зоны объекта возникало нужное наблюдаемое состояние.

В этом случае также можно выполнять эксперимент вручную, изменяя параметр модели или аэродинамической трубы с помощью устройства ввода данных.

Кроме того, с помощью устройства ввода данных можно изменять ориентацию или форму исследуемого объекта, а также характеристики воздушного потока аэродинамической трубы, например, можно изменить число Маха или убрать/выпустить щитки средств повышения подъемной силы.

Кроме того, существует возможность минимизации возникновения ошибок измерения. Возможно внесение поправок на геометрию измерений, при котором используются характеристики взаимного расположения соседних нитей. Если, например, нить идентифицирована неверно, так что не может быть сделано никаких выводов о состоянии потока в точке нахождения этой нити, то осуществляется вычисление геометрических характеристик этой нити путем геометрического преобразования соседней нити, которая идентифицирована правильно.