[发明专利]直升机旋翼桨叶变形及表面压力同步测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种直升机旋翼桨叶变形及表面压力同步测量装置及方法，该装置包括：激励光源、扩束透镜、散斑发生器、反射镜及相机组件，所述激励光源用来生成点光源，所述扩束透镜用来接收点光源并进行扩束，所述散斑发生器用来接收扩束后的光信号，所述反射镜用来将经过所述散斑发生器后光信号反射至旋翼的桨平面；通过相机组件来采集图像信息。该方法是基于上述装置来实施的。本发明具有操作简单、非接触式、精度高、测量效率高、安全性好等优点。

技术领域

本发明主要涉及到飞行器测试技术领域，特指一种直升机旋翼桨叶变形及表面压力同步测量装置及方法。

背景技术

直升机利用旋翼提供升力、推进力和操控力，具备独特的垂直起降、悬停、高机动、低空低速飞行等性能，使得直升机在现代军事斗争及民用领域得到广泛应用。

旋翼桨叶表面压力分布是获取旋翼桨叶气动载荷分布及其时间变化历程的根本手段，也一直是国内外研究者所采取的最主要方法。桨叶上的压力分布测量结果可以提供桨叶各处的局部流动结构信息，是分析噪声根源的直接依据；沿弦向进行足够多的压力测量，也能获得较好的局部升力和俯仰力矩载荷历程，是分析振动问题的直接依据。旋翼桨叶表面脉动压力测量主要有接触式和非接触式两种方法。接触式在桨叶表面布置动态压力传感器，需要在保持桨叶外形的前提下内嵌昂贵的动态压力传感器，测试点有限，桨叶需要特制，周期长，工艺复杂且造价贵。与之相比，非接触方式采用快响PSP方法，可以直接在常规旋翼上喷涂使用，不需要额外制造内嵌压力传感器的桨叶模型，测试面积大，获取结果快，费用低，是目前主要的测量手段。

旋翼在高速旋转过程中会不可避免地发生振动变形，旋翼桨叶运动变形量是反映整个直升机旋翼系统运行性能的重要参数，故而对其进行精确测量尤为关键。目前在直升机旋翼桨叶变形测量试验中，有接触式和非接触式两类方法。接触式方法普遍采用在已知部位装置电阻应变片或内埋光纤的方法来对桨叶变形量进行测量。此类方法存在着诸如测量点数少、影响桨叶气动外形等缺陷，同时大量布线会增加测量的复杂性，难以保证测量的安全性、有效性，对桨叶的运动也有所影响，导致测量结果不准确。非接触式测量方法通常采用在直升机旋翼上粘贴布置一定数量的编码标记点，通过立体视觉的方式进行测量。

现有的技术方法中，非接触桨叶表面压力测量需要在旋翼表面喷涂压力敏感涂料，并使用激光照射测量；而非接触桨叶变形测量需要在桨叶表面粘贴标记点，一方面会影响旋翼本身的气动外形，且在高速旋转时标记点容易脱落。现有方案的表面压力和变形参数测量均需要在桨叶表面进行布置，无法实现同步测量。

如图1所示的一种现有技术，包括激励光源1、扩束透镜2、反射镜4、旋翼5、第一相机6、同步控制器8及计算机9；该方案仅能非接触测量桨叶表面压力，通过532nm激光器输出的光经过一个反射镜和一个扩束透镜，扩束后的均匀光斑照射至喷涂有压敏漆的桨叶模型表面，实现压力测量。

如图2和图3所示的另一种现有技术，该方案仅能非接触测量桨叶变形。首先在桨叶表面粘贴标记点，通过一台光源照射，由两台相机组成双目视觉测量系统，提取标记点信息，实现桨叶变形测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简单、非接触式、精度高、测量效率高、安全性好的直升机旋翼桨叶变形及表面压力同步测量装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于散斑光的直升机旋翼桨叶变形及表面压力同步测量装置，其包括：激励光源、扩束透镜、散斑发生器、反射镜及相机组件，所述激励光源用来生成点光源，所述扩束透镜用来接收点光源并进行扩束，所述散斑发生器用来接收扩束后的光信号，所述反射镜用来将经过所述散斑发生器后光信号反射至旋翼的桨平面；通过相机组件来采集图像信息。

作为本发明系统的进一步改进：所述激励光源为脉冲激光器。

作为本发明系统的进一步改进：所述扩束透镜根据旋翼尺寸来确定扩束后光斑的尺寸。