[发明专利]一种大尺寸旋翼运动参数测量方法

说明书

技术领域

本发明属于直升机试验测量技术领域，尤其涉及一种大尺寸旋翼运动参数测量方法。

背景技术

旋翼作为直升机的重要组成部件，为直升机的飞行提供所需的升力和推进力。旋翼桨叶的动力学特性直接影响到直升机的性能。大尺寸(例如直径大于20m)旋翼桨叶在高速旋转过程中承受着巨大的气动、振动载荷；再者，受材料、重量和成本等因素的制约大尺寸旋翼桨叶往往需要采用柔性设计，导致大尺寸旋翼将产生比普通尺寸旋翼更大的弹性形变。而在研究设计过程中又没有比较精准的理论计算模型，这便对大尺寸旋翼桨叶运动参数测量提出了更加迫切的需求。对旋翼运动参数的测量和分析，可以为大尺寸直升机旋翼系统设计提供可靠的试验数据；另一方面，实时测量桨叶挥舞、摆振等运动参数，也可以实现对直升机旋翼运动状态的实时监测，提高直升机的安全性和使用效率。

目前国内外对旋翼桨叶运动参数的测量方法主要有：

1)应变测量法，该方法技术成熟、试验设备简单、成本低，但存在静态标定过程复杂，动态测量与静态标定环境一致性对测量结果影像较大等不足；

2)光栅投影法，该方法使用设备数量少，无需在桨叶表面上布置大量应变片，是一种非接触式测量方法，但存在对测试环境、光栅投影安装位置精确度要求高，且桨尖测量结果较差等不足；

3)激光动态测量法，该方法也是一种非接触式测量方法，具有测试精度高，体积和功耗小、抗干扰能力强等优点，但也存在可测量参数少、三叉件结构对飞行机动性能造成影响等不足。

发明内容

本发明的目的提供一种基于运动姿态视频测量与动态特性分析仪的大尺寸旋翼运动参数非接触式测量方法，以克服现有技术中或是测量参数多、结构复杂，或是成像不清晰、测量精度低，或是测量过程中安装位置不方便等任一问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种大尺寸旋翼运动参数测量方法，其基于运动姿态视频测量与动态特性分析仪进行测量，其包括：

步骤1：在大尺寸旋翼的每片桨叶下表面1/4翼弦线及3/4翼弦线上，均匀布置圆形编码环，作为桨叶表面的特征标记点；

步骤2：依据桨叶长度及相机视角，在桨叶下方布置多个含有相机的运动姿态视频测量与动态特性分析仪；

步骤3：采用自标定技术完成运动姿态视频测量与动态特性分析仪的内、外参数标定；

步骤4：在使用运动姿态视频测量与动态特性分析仪，采集大尺寸桨叶在不同方位角下的同步影像序列的基础上，利用步骤3得到的分析仪内、外标定参数，实现大尺寸桨叶的三维坐标重构；

步骤5：在获得大尺寸桨叶的三维坐标信息的基础上，根据旋翼桨叶各运动参数定义实现各运动参数的求解。

进一步的，所述编码环采用具有颜色反差的两种颜色填涂，两种颜色包括黑底白环或白底黑环。

进一步的，所述圆形编码环的圆度高于0.99。

进一步的，所述相机数量为八个，以四个为一组，一组布置于靠近桨叶的根部，一组布置于靠近桨叶的叶尖，每组相机均以旋翼轴为中心均布。

进一步的，大尺寸桨叶三维坐标重构过程为：

1)将大尺寸旋翼桨叶下表面1/4翼弦线处的圆形编码环标记点p₁～p_n，在一圈内不同方位角上的三维坐标，进行平面拟合，得到拟合平面S₁～S_n；再将p₁～p_n分别投影到平面S₁～S_n下，对p₁～p_n在平面S₁～S_n下的投影点进行圆拟合，得到圆心O₁～O_n；对圆心O₁～O_n进行直线拟合，得到拟合直线l；拟合直线l即为转轴所在直线，从而得到旋翼桨毂坐标系z轴方向；

2)依据1/4翼弦线处的桨叶标记点在不同方位角下的三维坐进行曲线拟合，得到拟合曲线l₁～l_m，在直线l上寻找点p，利用迭代法，计算点p到曲线l₁～lm距离之和最小的三维坐标，并将此值作为旋翼中心O_t的坐标，即为旋翼桨毂坐标系原点，沿直升机径向为X轴，Y方向由右手定则确定；

3)将得到的大尺寸旋翼桨叶三维坐标转换为旋翼桨毂坐标系下的三维坐标。