[发明专利]飞机力学测试用三维运动轨迹实时观测系统及其观测方法

权利要求书

1.飞机力学测试用三维运动轨迹实时观测系统，其特征在于，包括上端设有安装凹口（10）的观测支撑主体（1）、设于所述安装凹口（10）处的密闭空间组件（2）、设于所述观测支撑主体（1）上的振动供能组件（3）、双位相机组件（4）、对观测系统进行照明的光源组件（5）以及控制观测系统正常运行的智能控制组件（6）；

所述密闭空间组件（2）包括卡接于安装凹口（10）内且底端设有第一透明拍摄口（200）的密闭箱体（20）、设于所述密闭箱体（20）侧壁的密封门（21）、位于所述第一透明拍摄口（200）正下端的倾斜反光板（22），密闭箱体（20）内放置有振动物体，所述密封门（21）上设有第二透明拍摄口（210）；

安装凹口（10）各内壁均匀设有多个弹簧缓冲柱（100），且每个所述弹簧缓冲柱（100）上且远离安装凹口（10）内壁一侧设有紧贴安装片（101），密闭箱体（20）放置于安装凹口（10）内且其外壁与所述紧贴安装片（101）连接；

所述振动供能组件（3）包括罩设于密闭箱体（20）外部的振动安装罩（30）、设于所述振动安装罩（30）内壁的多个振动气锤（31）、用于连接振动安装罩（30）与外部气源的空气过滤器（32）、设于所述空气过滤器（32）与振动安装罩（30）连接处的电气比例阀（33）；

所述双位相机组件（4）包括与所述倾斜反光板（22）相对分布的第一双位相机（40）、与所述第二透明拍摄口（210）相对分布的第二双位相机（41）；智能控制组件（6）包括与空气过滤器（32）、电气比例阀（33）、第一双位相机（40）以及第二双位相机（41）电性连接的控制器（60）、用于检测振动安装罩（30）内气体压力的气压传感器（61）；

所述观测支撑主体（1）底端设有用于安装倾斜反光板（22）的调节安装组件（11），所述调节安装组件（11）包括设于观测支撑主体（1）底端且上端设有水平调节螺旋杆（1100）的安装板（110）、通过螺纹滑块（1110）与所述水平调节螺旋杆（1100）连接的调节杆（111）、底端与所述调节杆（111）远离螺纹滑块（1110）一端滑动连接的安装框（112）、驱动水平调节螺旋杆（1100）转动的螺旋电机（113）、设于所述安装框（112）底端的角度传感器（114），倾斜反光板（22）卡接于安装框（112）内；

所述安装框（112）包括下端面设有插接豁口（115）的固定座（1120）、通过所述插接豁口（115）可在固定座（1120）上滑动的移动卡接板（1121）、通过连接柱（116）与所述移动卡接板（1121）连接的操作板（1122），固定座（1120）左右两侧分别设有多个限位固定孔（1123），所述移动卡接板（1121）左右两侧分别设有可插入限位固定孔（1123）内的紧固螺栓（1124）；

所述振动气锤（31）包括通过主管（3100）与振动安装罩（30）连通的振动外壳（310）、与所述振动外壳（310）内壁滑动连接的振动活塞（311）、一端与所述振动活塞（311）垂直连接且另一端贯穿振动外壳（310）并延伸至外部的气锤杆（312）、设于振动外壳（310）与所述主管（3100）之间的支管（313），主管（3100）上设有第一电磁阀（3101），所述支管（313）上设有第二电磁阀（3130）；

所述振动外壳（310）内壁沿长度方向均匀设有多个滑动横槽（314），振动活塞（311）内外壁设有与所述滑动横槽（314）一一对应且滑动连接的滑动滚珠（315）；

所述振动外壳（310）上连接有油雾器（316），振动外壳（310）底端设有排油口（317）；

所述振动安装罩（30）侧壁设有与振动气锤（31）一一对应的多个气压出口（300），且每个所述气压出口（300）处均设有第三电磁阀（301），且每个所述第三电磁阀（301）均与控制器（60）连接。

2.根据权利要求1所述的飞机力学测试用三维运动轨迹实时观测系统，其特征在于，所述第一双位相机（40）与倾斜反光板（22）的中心位置等高，所述第二双位相机（41）与第二透明拍摄口（210）的中心位置等高。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的飞机力学测试用三维运动轨迹实时观测系统的观测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、倾斜反光板角度的调节

将观测支撑主体（1）移动至需要观测的位置，通过控制器（60）启动螺旋电机（113），通过螺旋电机（113）带动水平调节螺旋杆（1100）转动，使螺纹滑块（1110）在水平调节螺旋杆（1100）上移动，此时，调节杆（111）在安装框（112）底端滑动，使安装框（112）和倾斜反光板（22）的倾斜角度发生改变，与此同时，通过角度传感器（114）实时监测倾斜反光板（22）的倾斜角度，当倾斜角度达到预设角度时，关闭螺旋电机（113）；

S2、拍摄角度的调节

调节第一双位相机（40）和第二双位相机（41）的位置，使第一双位相机（40）与倾斜反光板（22）的中心位置等高，第二双位相机（41）与第二透明拍摄口（210）的中心位置等高；

S3、密闭箱体的重复锤击

向振动安装罩（30）通入外部气源，此时，气源经空气过滤器（32）过滤杂质后，进入电气比例阀（33）进行压力的调节，然后，经振动安装罩（30）进入不同的振动气锤（31）内，具体过程为：首先，打开第一电磁阀（3101），使气源推动振动活塞（311）在振动外壳（310）内滑动，使气锤杆（312）锤击密闭箱体（20），然后，关闭第一电磁阀（3101），打开第二电磁阀（3130），使气源推动振动活塞（311）在振动外壳（310）内向反方向滑动，使气锤杆（312）离开密闭箱体（20）表面，重复上述操作，完成密闭箱体（20）的重复锤击；

S4、三维运动轨迹的观测和拍摄

在上述锤击过程中，密闭箱体（20）内的振动物体会随机晃动，会产生三维运动轨迹S，与此同时，通过倾斜反光板（22）将振动物体的三维运动轨迹S投影在水平面上，然后，第一双位相机（40）通过第一透明拍摄口（200）对投影在水平面上的振动物体的三维运动轨迹S进行拍摄，并发送至控制器（60），第二双位相机（41）通过第二透明拍摄口（210）将投影在垂直面上的振动物体的三维运动轨迹S进行拍摄，并发送至控制器（60）；

S5、三维运动轨迹的计算

控制器（60）将振动物体的三维运动轨迹S的速度/位移采用正交坐标系XYZ进行分解，将第一双位相机（40）拍摄的水平面，即XOY平面上的运动轨迹用S₁表示，将第二双位相机（41）拍摄的垂直面，即XOZ平面上的运动轨迹用S₂表示，其中，S₁代表的物体的运动速度/位移为：

S₂代表的物体的运动速度/位移为：

则S的物体的运动速度/位移为：

式（1）、（2）以及（3）中，s_x为沿x方向位移，v_x为沿x方向速度，s_y为沿y方向位移，v_y为沿y方向速度，s_z为沿z方向位移，v_z为沿z方向速度，i为x轴正方向的单位向量，j为y轴正方向的单位向量，k为z轴正方向的单位向量；由式（1）和式（2）可得式（3）中的数值，即得到密闭箱体（20）内部振动物体的三维运动轨迹。