Стенд компьютерной объемной визуализации экспериментальных

данных исследований тепловых процессов для элементов

космической техники

зао стт груп

Проблема – качество экспериментальных данных

Цель – обеспечить обработку результатов экспериментов

Реализация – модернизация экспериментально-стендовой базы

Исследование и разработка предложений по модернизации экспериментальных средств исследований теплообменных процессов для элементов космической техники в части создания программных и инструментальных средств повышения качества экспериментальных данных и их обработки.

В рамках работ Центра теплообмена и аэрогазодинамики проводится разработка теоретических моделей теплообмена космических аппаратов и их экспериментальное подтверждение на имеющихся на предприятии газодинамических установках. При этом одной из наиболее острых проблем является проблема качества получаемых экспериментальных данных для дальнейшей обработки и анализа, необходимых в процессе разработки перспективных образцов ракетно-космической техники.

 

В настоящее время дальнейшая обработка полученных изображений осуществляется, преимущественно с использованием компьютерной обработки при помощи утилит собственной разработки.

Для существенного расширения возможностей научных исследований в области теплообмена целесообразно обеспечить существенно более глубокую обработку результатов экспериментов путём

 

1. Графического отображения распределения температур по поверхности 3D-модели исследуемого образца.

2. Графического отображения изменений распределения температур во времени.

3. Охранения этой информации в архиве.

4. Автоматизированного сравнения с расчетными результатами, полученными на основе теоретических моделей.

5. Визуализации в программном обеспечении, используемом конструкторами аппаратов.

Реализация этой цели предусматривает модернизацию экспериментально-стендовой базы, дооснащение ее новым экспериментальным оборудованием и оснасткой, современными средствами измерения и калибровки, обеспечивающими наземную отработку перспективных изделий РКТ. Целью настоящего проекта является исследование и разработка предложений по модернизации экспериментальных средств исследований теплообменных процессов для элементов космической техники в части создания программных и инструментальных средств повышения качества экспериментальных данных и их обработки.

Задачи, решение которых обеспечивает достижение поставленных целей

 

1. Анализ характеристик инструментальных средств термографической съемки, получаемых в ходе исследований теплообменных процессов для элементов космической техники.

2. Анализ характеристик экспериментальных данных, получаемых в ходе исследований теплообменных процессов для элементов космической техники.

3. Исследование факторов термографической съемки, влияющих на качество съемки и возможность ее использования для дальнейшей обработки в целях получения объемных термографических данных.

4. Анализ возможных методов повышения качества съемки и методов обработки имеющихся экспериментальных данных в целях получения объемных термографических данных.

5. Проектно-поисковые исследования и разработка предложений в части методов обработки и анализа данных термографической съемки с целью повышения качества съемки и методов получения объемных термографических данных.

6. Обоснование выбора методов и технологий обработки и анализа данных термографической съемки для дальнейшего применения в модернизации экспериментальных средств исследований теплообменных процессов для элементов космической техники.

7. Разработка и реализация в виде комплекса программных средств методов обработки и анализа данных термографической съемки с целью повышения качества съемки и методов получения объемных термографических данных.

8. Разработка рекомендаций по использованию инструментальных средств для обработки и анализа данных термографической съемки с целью повышения качества съемки и методов получения объемных термографических данных.

9. Разработка и реализация методик применения разработанных программных и инструментальных средств.

10. Разработка программно-аппаратных средств стенда компьютерной объемной визуализации экспериментальных данных исследований тепловых процессов.

Разрабатываемая продукция предназначена для оснащения установок и стендов экспериментальной базы ЦНИИмаш с целью создания условий проведения наземной отработки перспективных изделий РКТ.

При проведении исследований должны использоваться новейшие математические и технические решения, перспективные методы проектирования, а также результаты сравнительного анализа научно-технического и технологического уровня отечественных и аналогичных зарубежных средств обработки экспериментальных данных с целью обеспечения соответствия характеристик разрабатываемых отечественных средств обработки экспериментальных данных мировому уровню развития.

Стенд для исследований

Получение визуальных данных экспериментального исследования процессов теплообмена

На крупномасштабных гиперзвуковых поршнегазовых установках (ПГУ-7, ПГУ-11) производится экспериментальное исследование процессов теплообмена в условиях обтекания исследуемых моделей гиперзвуковым потоком.

 

Термовизионные измерения позволяют получить наглядную информацию о зонах повышенных тепловых нагрузок.

 

Трехмерная визуализация — эффективный инструмент в современных исследованиях. Необходимо иметь массив данных для отображения.

Данные проективного преобразования

Необходимо определить:

 

• Параметры внутренней калибровки камеры

• Координаты объекта на плоскости проекции

• Параметры внешнего ориентирования

Создано ПО

 

Хранилище

• Экспериментальные данные

• 3Д-данные

• 3Д-модели

 

Прикладное ПО

• Очистка экспериментальных данных

• Создание 3Д-моделей

• Создание 3Д-данных

 

ПО 3Д-обработки

Визуализация

Аппаратные средства

 

• Комплекс 3D-сканирования

• Вычислительная платформа с модулем

 

GPU-вычислителей

АРМ оператора

Сбор и обработка экспериментальных данных

1. Стабилизация изображения

2. Выделение объекта на снимке для определения его относительных координат

3. Низкое качество изображения из-за паразитных излучений

4. Детектирование объекта в кадре

5. Улучшение качества изображения

6. Улучшить контрастностные характеристики (гистограммное выравнивание)

7. Отсечь шумовую компоненту

8. Применить цифровую фильтрацию

9. Детектирование по характерным признакам

10. Последовательность обработки:

11. Выделить контуры объекта на проекции и по 3D- модели

12. Вычислить местоположение начальной точки 2D-контура на 3D-контуре

13. Вычислить параметры проективного преобразования

Параллельные и гибридные вычисления для обработки изображений

Матричные операции

• Фильтрация в частотной области (FFT)

• 3D рендеринг

• Корреляционные алгоритмы

 

Вычислительная платформа

Обеспечивает работу нескольких виртуальных Linux-кластеров для работы приложений

• Электронное хранилище

• ПО обработки

• Модуль GPU-вычислителей

 

Обеспечивает аппаратное ускорение вычислений для следующих процессов

• Расчет параметров проекции

• Триангуляция

Разработка и внедрение программных комплексов

Интеграция данных в едином хранилище

• Данные одного эксперимента (файлы измерений и метаданные) взаимосвязаны

• Обеспечивается автоматизация передачи исходных данных на обработку

ПО трехмерной визуализации

Модуль vtfiltering (Фильтрация)

Алгоритм

• На кадре выделяется контур фигуры (в фрейме с наилучшим качеством)

• Найденный контур определяется во всех остальных фреймах

• Определяется смещение (ui’, vi’) контура относительно первого кадра, траектория движения сохраняется в файл

• По выделенному контуру строится маска, отсекающая «задний фон» от объекта

Модуль projectionmatching (Привязка к 3d)

Алгоритм

• Исходное положение камеры (матрица внешнего ориентирования) задается приблизительно

• Рассчитывается величина допустимой ошибки (смещение в пределах пиксела)

• Осуществляется перебор значений углов/смещений последовательным перебором, до достижения минимальной ошибки

Модуль heatflux (Сведение данных)

1. Данные по трем проекциям сводятся в один массив (с учетом привязки по времени)

2. Отсекаются данные, относящиеся к излучению от границ объекта (допустимый угол задается)

3. Строятся массивы данных значений, пересчитанных:

   • в значения теплового потока

   • в коэффициент теплопередачи (модуль к.т.н. А. Кусова)

По всем вопросам обращайтесь к нам по телефону +7(495) 545–45–40 или на почту info@cttgroup.ru

© АО «СТТ груп» г.Москва 2009–2016

 

info@cttgroup.ru

+7 (495) 545–45–40

Андроновское ш., д. 26, стр. 5