[发明专利]借助光学测量参数间接确定飞机溅水角度的方法

说明书

本发明属于试验测试技术，具体涉及借助光学测量参数间接确定飞机溅水角度的方法。本发明给出了一种基于坐标变换的溅水轨迹角度光学确定方法，具体包括步骤1：建立原坐标系和转换后新的坐标系之间的几何关系式；步骤2：在跑道斜前方和两侧按要求布置相机；步骤3：进行溅水试验，并借助光学相机计算出新坐标系下溅水轨迹的正视角和侧视角；步骤4：借助步骤1建立的坐标系关联关系，间接计算得到原坐标下溅水轨迹的正视角和侧视角。本发明为解决原整机溅水试验中获取溅水轨迹存在的问题，提出的一种新的测试方法。

技术领域

本发明应用于整机溅水试验，借助光学测量结果间接确定飞机溅水角度，为试验结果的评判提供依据。

背景技术

整机溅水试验是民用飞机研发与合格审定、军机鉴定定型所规定的试验科目。试验结束后需要提供整机溅水特征角度，包括溅水轨迹的正视角和侧视角。试验获取到的溅水角度可以与设计计算值进行对比，实现对预测方法的校核。

确定溅水角度通常采用光学测量方法进行。获取正视角最直接的方式是在飞机滑行正前方架设摄像机拍摄获取，受距离影响摄像效果难以保证，此外正前方拍摄会给飞行安全带来隐患。如果采用空中摄影的方式获取该角度，一方面只能得到近似的正视角，另一方面也会给飞行安全带来影响。

针对以上确定整机溅水试验角度存在的问题，提出了一种借助光学测量参数的间接确定方法，首先将测量坐标系进行变换，确定在变换后坐标系中溅水角度，再结合坐标系之间的变换关系式，间接获得变换前坐标系中的溅水角度，从而有效避免了传统方法带来的问题。

本项发明涉及到包括溅水角度间接确定原理、测量坐标变换、光学测量设备的布置等。

发明内容

本专利的目的是：设计一种光学测量方法，用于间接确定整机溅水试验中飞机溅水角度。

本专利的技术方案是：

借助光学测量参数间接确定飞机溅水角度的方法由原始坐标系定义、旋转坐标系参数变换关系、摄像机位置布局方案设计、旋转坐标系溅水角度确定、原始坐标系溅水角度确定五部分组成。

步骤1：定义飞机航向为X轴，重力的反方向为Y轴，按左手法则定义Z轴，记三维直角坐标系中的溅水轨迹线为OP，溅水侧视角θ为OP在YOZ平面上投影与Z轴的夹角，溅水正视角γ为OP在XOZ平面上投影与X轴的夹角；

步骤2：原坐标系绕垂直方向的Y轴逆时针旋转一个角度ε，并建立旋转前后坐标系之间几何角度之间的关联关系，其中X和Z为变换前坐标，X′和Z′则为旋转后新的坐标系坐标，ε为旋转角度。

旋转前后坐标之间满足关系：

cosε·x′＝x+z′·sinε (1)

则有：x＝x′·cosε-z′·sinε (2)

其次有：z＝x′·sinε+z′·cosε (3)

而旋转前后垂直方向坐标不变，即：

y＝y′ (4)

旋转前后坐标系间的关系可表达为：

步骤3：在跑道的两侧布置高速摄像机用于拍摄溅水轨迹，摄像机C3布置在飞机入水点与航向成ε角度的方向上，在与该方向垂直方向的水池两侧分别布置摄像机A1、B2。

步骤4：利用摄像机A1、B2和C3可以得到旋转后坐标系中的溅水轨迹正视γ‘和侧视角θ‘；

步骤5：采用下述表达式，获得旋转前坐标系中的溅水轨迹正视角和侧视角：

以及旋转前坐标系中溅水轨迹的俯视角：