[发明专利]基于三维数字散斑相关方法的机翼振动检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于三维数字散斑相关方法的机翼振动检测装置及方法，所述装置包括机翼本体部分、振动检测部分、振动激励部分和计算机，机翼本体部分包括机翼和涂画有密集斑点的薄膜，振动检测部分包括两个高速相机和相机支架，振动激励部分包括激振器、功率放大器和信号发生器；振动激励部分对机翼本体部分进行振动激励，使机翼表面产生相应的形变，振动检测部分对显示有密集斑点的机翼表面范围进行同步连续的图像采集，采集到的图像传输至计算机，经过相应的图像匹配及三维数字散斑相关算法，将获得的位移信息数据导入至相关处理软件，通过三维曲面拟合操作，将机翼振动或变形时表面的形态显示出来，实现可视化操作。

技术领域

本发明涉及柔性结构的定位和振动检测领域，具体涉及一种基于三维数字散斑相关方法的机翼振动检测装置及方法。

背景技术

展弦比的大小对飞机飞行性能有明显的影响。展弦比增大时，机翼的诱导阻力会降低，从而可以提高飞机的机动性和增加亚音速航程。展弦比还影响机翼产生的升力，如果机翼面积相同，只要飞机没有接近失速状态，在相同条件下展弦比大的机翼产生的升力也大，因而能减小飞机的起飞和降落滑跑距离和提高机动性。高空长航时飞行器要求留空时间长、航程远，故大多数采用高升阻比特性的大展弦比机翼布局形式。在飞行器的整个发展过程中均伴随着气动弹性(简称“气弹”)问题的研究。当飞行器在气流中以一定速度运动时，机翼等弹性体结构在气动力、弹性力和惯性力的相互耦合作用下维持其自身的等幅振荡现象称为机翼颤振。机翼颤振是造成飞机失效的主要原因之一，机翼发生颤振时，在几秒内就可能导致机毁人亡。即使发生所谓的“良性”颤振，经过长时间的飞行也将导致飞机结构发生疲劳破坏。

飞行过程中的飞机机翼在空气流场下会受到多方面气动载荷的作用，产生相当复杂的弹性变形，且对于大型飞机，机翼的最大变形常达几米。大型飞机在飞行过程中会产生气动弹性变形，变形到一定程度会严重影响飞行安全，因此在对飞机进行结构设计、气动弹性力学分析、适航认证时都会重点考虑这方面因素。当变形达到一定程度，就有了颤振的概念，颤振是变形的一种极端情况，会在很短的时间里使飞机进入不稳定状态。

三维数字散斑相关方法(3D-DSCM)是一种光学测量方法，通过采集目标变形前后的散斑图像，利用双目立体视觉技术进行空间点的重构、二维数字散斑相关方法(2D-DSCM)进行变形前后的空间点的对应，在此基础上完成三维坐标及三维变形的测量。3D-DSCM克服了2D-DSCM只能测量平面物体二维形变的局限，可以获得任意被测表面的空间位移及形变，而且具有实时性、对测量环境要求低、试样准备简单、适用范围广等优点。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺点和不足，提供了一种基于三维数字散斑相关方法的机翼振动检测装置，考虑到机翼振动及变形时所测点位移信息获取实时性的问题，采用三维数字散斑相关方法对机翼表面的形变进行检测，图像处理和分析时根据感兴趣区域的统计特性来提取位移或应变信息，使得测量获得的信息更加精确可靠。

本发明的另一目的在于提供一种基于三维数字散斑相关方法的机翼振动检测方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：