[发明专利]风洞试验模型姿态标定装置及标定方法

说明书

本发明公开了一种风洞模型姿态标定装置及标定方法，包括转角杆、活塞杆、尖锥定位块、模型等；转角杆可拧入活塞杆螺纹孔中，可保证转角杆4轴向与风洞来流平行；调节转角杆凸台将转角杆调水平，使用螺钉拧入汽缸盖螺纹孔中顶住活塞杆从而固定住活塞杆以及转角杆位置，转角杆端部有方凸台可与模型的方孔安装在一起固定模型，尖锥定位块拧在转角杆螺纹孔上，并保证尖锥定位块定位面与圆柱凸台外端面形成面接触。本发明利用尖锥定位点给出各点间的固定距离，通过相机拍摄，得到风洞内真实尺度与图像像素的所有3个方向比值，同时使用转角杆解决了以往技术滚转角无法精确调整的难题，从而可完成模型完全6自由度的姿态参数标定，大幅提高了测量精度。

技术领域

本发明涉及风洞试验模型支撑及发射投放，尤其涉及一种风洞模型姿态标定装置及标定方法，属于航空航天工程领域。

背景技术

非接触测量方式不会对风洞流场产生干扰、试验数据无需过多修正，是风洞试验数据采集的一大趋势。使用相机尤其是高速摄影对试验模型进行拍摄是一种试验人员最普遍采用的非接触测量方法，常规的风洞自由飞试验也是基于这一测量手段进行的。非接触测量虽具有诸多优势，但也存在一定问题，比如风洞自由飞试验中模型是完全自由的，如何准确的通过拍摄的图像判读出模型的真实姿态，一直困扰着自由飞试验，试验数据精度难以进一步提高。

由于相机本身存在摆放误差以及镜头畸变，拍摄所得图像的竖直方向并不会是真实的铅垂方向。因此，为了提高实验数据的判读精度，试验前需进行模型姿态的标定，找出模型姿态6自由参数与拍摄图像的相应数学关系，再将试验图像运用此关系反向求出模型的真实姿态角。以往试验前将标尺及模型放在风洞试验段内使用相机对标尺进行拍摄，可以得到竖直方向的定义，以及风洞内真实尺度与图像像素的比值，并且根据模型真实姿态判读出模型姿态与相机拍摄图像间的数学方程。

但以往试验发现：由于风洞试验段存在一定的扩张角，风洞地面并不是水平的，若标尺放在风洞底面上，不能保证尺子方向便是垂直方向；若采用标尺悬挂的方法来进行铅垂方向的定义同样存在难度，主要原因是由于风洞内洞壁光滑，无处悬挂标尺，另一方面风洞不吹风时可看做是一个很长的空管，内外两端压力差导致风洞试验段必定有气流流动，悬挂标尺难以静止。

况且，以往方法在得到具有一定误差的竖直方向后，也只能风洞试验模型6自由度中的3个自由度，另外3自由度靠经验取值，试验误差也大幅增加。因此为提高自由飞风洞试验以及其他试验精度，以往模型标定方法需要进行较大改造。

发明内容

本发明的技术解决问题是：确定水平方向及铅垂方向，对相机视场进行精确标定。为解决上述问题，本发明一种风洞模型姿态标定装置及标定方法，将模型姿态标定装置安装在风洞弯刀上，利用尖锥定位点给出各点间的固定距离，通过相机拍摄，得到风洞内真实尺度与图像像素的所有3个方向比值，同时使用转角杆解决了以往技术滚转角无法精确调整的难题，从而可完成模型完全6自由度的姿态参数标定，大幅提高了测量精度。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种风洞试验模型姿态标定装置，包括第一尖锥定位块、第二锥定位块和转角杆；

转角杆固定至发射装置的活塞杆上，杆部水平延伸至相机视场内，末端安装风洞试验模型；第一尖锥定位块和第二锥定位块分别固定在所述杆部的前部和后部；第一尖锥定位块和第二锥定位块中的一个具有十字分布的四个图像识别定位件，分别延水平和竖直方向设置；另一个具有至少一个延水平或竖直方向设置图像识别定位件。

优选的，第一尖锥定位块、第二锥定位块结构相同，图像识别定位件为结构相同的四个尖锥。

优选的，所述尖锥可拆卸地连接到尖锥定位块的固定部，固定部与转角杆一体设置，尖锥定位块具有圆锥体的尖端。

优选的，所述尖锥圆锥体的尖端的轴线垂直于底面；固定部具有四个定位面，与所述尖锥的底面平面接触定位。