[发明专利]一种低速风洞试验中直升机旋翼振动位移测量方法

说明书

本发明公开一种低速风洞试验中直升机旋翼振动位移测量方法，属于低速风洞试验测量技术领域。包括以下步骤：在直升机旋翼桨毂上布置一定数量的编码标记点；获取直升机旋翼静止状态下的图像数据；计算图像数据中编码标记点的三维坐标，并构建旋翼坐标系；获取直升机旋翼高速旋转状态下的瞬态图像数据；计算桨毂中心编码标记点在旋翼坐标系中的三维坐标；计算得到直升机旋翼高速旋转状态下的瞬态振动位移向量。本发明所提供的方法可有效测量直升机旋翼高速旋转造成的振动位移偏差，具有操作简单、非接触式、精度高、安全性好等优点。

技术领域

本发明涉及低速风洞试验测量技术领域，具体指一种低速风洞试验中直升机旋翼振动位移测量方法。

背景技术

低速风洞试验是测量直升机旋翼性能参数，研究旋翼空气动力特性的重要手段。风洞试验中，通过采用各种手段测量旋翼的各项性能参数，如挥舞角、摆振角、扭转变形量等，可以确定旋翼的运动范围、变形状况以及桨尖运动轨迹，从而为旋翼结构设计、桨毂上下限动块设计、桨叶载荷设计、旋翼共锥度调整等提供重要依据。

然而，由于动力源和结构的特点，旋翼在高速旋转过程中会不可避免地发生振动，目前采用的振动控制方法也只能将振动减小到最小水平，无法实现完全消除。并且，在风洞试验中，旋翼高速旋转还会引起整个旋翼试验台发生振动。因此，在对旋翼性能参数进行测量的同时，有必要同步测量旋翼高速旋转造成的振动位移偏差，以对测量得到的参数数据进行修正。但到目前为止，还没有一种方法能够对直升机旋翼高速旋转造成的振动位移进行有效测量，因此，如何测量直升机旋翼振动位移成为了一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种低速风洞试验中直升机旋翼振动位移测量方法，旨在克服现有技术的不足，其能有效测量直升机旋翼高速旋转造成的振动位移偏差，从而能够对旋翼的各项性能参数数据进行有效修正。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：

一种低速风洞试验中直升机旋翼振动位移测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在直升机旋翼的桨毂上布置一定数量的编码标记点；

所述步骤1中桨毂上编码标记点布置于桨毂中心及其周围，编码标记点数量N≥4；

步骤2：通过同步控制器同步触发两台高速CCD相机拍摄获取直升机旋翼静止状态下的图像数据；

步骤3：对步骤2中获取的图像数据进行编码标记点识别与匹配，计算编码标记点在摄像机坐标系中的三维坐标；

步骤4：基于步骤3求得的静止状态下编码标记点三维坐标，构建旋翼坐标系；

所述步骤4中旋翼坐标系构建方法具体如下：

步骤4-1：对静止状态下编码标记点的三维坐标进行最小二乘平面拟合，得到拟合平面S；

步骤4-2：以静止状态下桨毂中心编码标记点为原点、以拟合平面S的法向量为z轴方向，构建旋翼坐标系，计算得到从摄像机坐标系转换到旋翼坐标系的平移向量T和旋转矩阵R；

所述步骤4-2中平移向量T计算如下：

其中，表示静止状态下桨毂中心编码标记点在摄像机坐标系中的三维坐标；

所述步骤4-2中旋转矩阵R计算如下：

其中，(a,b,c)表示拟合平面S的法向量，表示旋转角度；

步骤5：保持两台高速CCD相机不动，采用高频激光器在纳秒级时间内照亮测量区域，通过同步控制器同步触发两台高速CCD相机拍摄获取直升机旋翼高速旋转状态下的瞬态图像数据；