[发明专利]一种空间杆系矢量表征的直接测量和变换方法

说明书

本发明公开了一种空间杆系矢量表征的直接测量和变换方法，包括如下步骤：1)建立空间杆件矢量表征方法；2)在测量仪坐标系C中对空间杆件矢量特征进行测量；3)在测量仪坐标系C中对风洞坐标系特征进行测量，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，得到杆件空间矢量特征。本发明还公开了一种基于风洞坐标系的空间杆系直接测量装置。本发明的方法将空间杆系的坐标系、测量仪器的坐标系统一在风洞坐标系中，解决非一站式测量带来的精度损失和测量不便捷的问题。该方法主要针对风洞实验模型空间杆系支撑方法中的相关测量问题，具有很重要的意义。

技术领域

本发明涉及风洞实验技术领域，具体地涉及一种基于风洞坐标系的空间杆系矢量表征的直接测量以及坐标变换方法。

背景技术

支撑系统采用二力杆件实现了飞行器在风洞中多点支撑，该空间杆系支撑系统具有支撑力分布简单，刚度约束大，流场干扰小的特点。解决了传统的尾部支撑刚度不足、腹部/背部支撑方式对流场干扰大，以及张线支撑的索系内力复杂等问题；在风洞实验方面具有明显的优势和创新发展的潜力，尤其用于全尺度、大模型气动实验。

本发明的方法将空间杆系的坐标系、测量仪器的坐标系统一在风洞坐标系中，解决非一站式测量带来的精度损失和测量不便捷的问题。该方法主要针对风洞实验模型空间杆系支撑方法中的相关测量问题，具有很重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的一种或多种技术问题，本发明的一个目的在于提供一种基于风洞坐标系的空间杆系矢量表征的直接测量以及坐标变换方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种空间杆系矢量表征的直接测量和变换方法，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。

进一步，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，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′之间关系即为变换矩阵；

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：