[发明专利]一种空间杆系矢量表征的直接测量和变换方法

权利要求书

1.一种空间杆系矢量表征的直接测量和变换方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立空间杆件矢量表征方法：采用杆件自身定位面P₁直接表征其空间矢量方向；采用杆件定位块的平面P₂以及内柱面P₃特征定位球铰球心位置特征，即杆件内力矢量作用点；

2)在测量仪坐标系C中对空间杆件矢量特征进行测量：采用体测量方式，测量杆件自身定位面P₁的特征；采用面测量方式，测量定位块的定位面P₂以及内柱面P₃的特征；

3)在测量仪坐标系C中对风洞坐标系特征进行测量：在测量仪坐标系C中对风洞坐标系C′进行测量，以实现采用测量仪的标准定位点系表征风洞坐标系C′的目的；

4)建立测量仪坐标系C到风洞坐标系C′的直接转换：以风洞坐标系C′为基准，根据变换矩阵计算测量仪坐标系C内杆件面P₁、P₂、P₃在风洞坐标系C′中的位置，进而获得杆件空间矢量特征。

2.根据权利要求1所述的直接测量和变换方法，其特征在于，所述变换矩阵通过如下过程得到：

定位面P₁、平面P₂以及内柱面P₃均由若干点系表征，通过变换矩阵建立在测量仪坐标系C中任意一点S在风洞坐标系C′内映射点S′之间关系；

在测量仪坐标系C内测定点S坐标(x,y,z)，为测量仪坐标系C三个方向单位向量，原点O′到S点矢量

点S′为点S在坐标系C′内对应点，为坐标系C′三个方向单位向量，原点O′到S′点矢量

式(1)与式(2)表示同一矢量，有：

测量仪坐标系C与风洞坐标系C′三个方向单位矢量变换矩阵如下：

在两坐标系内测定任意非共面标准定位点S₁，S₂，S₃，其在测量仪坐标系C以及风洞坐标系C′坐标分别为(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂),(x₃,y₃,z₃)及(x₁',y₁',z₁'),(x'₂,y'₂,z'₂),(x'₃,y'₃,z'₃)坐标系旋转变换矩阵满足：

可得旋转变换矩阵T：

涉及到力作用点，须建立平移变换矩阵Q，坐标系C′原点在坐标系C内坐标为(x₄,y₄,z₄)，平移变换矩阵Q满足：

[0 0 0]＝[x₄ y₄ z₄][T]+[q_x q_y q_z] (7)

通过以上旋转变换矩阵T以及平移变换矩阵Q建立了测量仪坐标系C以及风洞坐标系C′间转换关系；空间坐标系C内的任意一点S(x,y,z)转换到坐标系C′内任意一点S′(x',y',z')，可由以式(8)给出：

[x' y' z']＝[x y z][T]_3×3+[Q]_1×3 (8)。