專利名稱：一種飛行器機翼結(jié)構(gòu)變形的非接觸測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空氣動彈性分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其是針對飛行器在飛行過程中測量其機翼結(jié)構(gòu)變形的方法。
背景技術(shù)：
飛行器在飛行過程中，機翼上由于作用有氣動載荷，會發(fā)生較大的結(jié)構(gòu)變形，目前該變形主要利用計算機模擬計算進行研究，而沒有相關(guān)的實驗來加以驗證。因為在飛行中進行測量時，觀察位置受舷窗位置限制較大，同時航空法規(guī)不允許在飛行過程中使用激光器、大功率電子設備和無線通訊設備。而已有的非接觸測量方法中都用到了激光作為光源或者需要在被測物件上貼傳感器等，有的也是通過拍攝來完成但其整個系統(tǒng)都需要的在22 度恒溫封閉系統(tǒng)里，因此這些方法都不能運用在飛行器飛行過程中去測量。近年來數(shù)碼相機和計算機圖形學的發(fā)展使得通過攝影技術(shù)來重新獲得空間模型成為可能。有一項發(fā)明申請?zhí)枮?01010223691，名稱為一種高動態(tài)范圍紋理三維模型的重構(gòu)方法及裝置，也是通過拍攝來完成三維幾何重構(gòu)的，但是該發(fā)明采用環(huán)繞式陣列式排列的拍攝設備，恢復拍攝設備的響應曲線并根據(jù)拍攝設備的響應曲線，對不同曝光時間下拍攝的圖像進行曝光校準， 以恢復三維網(wǎng)絡模型。但是環(huán)繞式陣列式排列的拍攝設備在飛行器巡航狀態(tài)環(huán)境下無法實施。一直以來飛行器飛行過程中的結(jié)構(gòu)靜變形都沒有實驗數(shù)據(jù)，所以飛行器氣動彈性靜變形的計算準確性難以得到有效驗證。因此，從航空氣動彈性分析技術(shù)領(lǐng)域來看，發(fā)展一種有效的并能在飛行器巡航狀態(tài)環(huán)境下實施的測量結(jié)構(gòu)變形的方法非常具有實用價值。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)在測量飛行器飛行過程中的結(jié)構(gòu)靜變形的不足，本發(fā)明提供一種飛行器機翼結(jié)構(gòu)變形的非接觸測量方法。利用兩個數(shù)碼相機對同一個模型從不同角度進行拍照，然后利用三角幾何重構(gòu)方法對照片進行處理實現(xiàn)模型的三維重構(gòu)，得到模型上兩點之間的距離，最終可以通過比較落地靜止和巡航時兩個不同的狀態(tài)得到飛行器機翼的靜變形，從而可以有效驗證飛行器氣動彈性靜變形計算機模擬計算的準確性。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟(1)將兩個照相機分別固定在兩個水平儀上；(2)轉(zhuǎn)動相機使兩個內(nèi)夾角α 1、α 2在55°到75°之間，所述的內(nèi)夾角為相機鏡頭主光軸(即通過鏡頭圓心且垂直于鏡頭平面的軸)和兩相機連線之間的夾角，左相機鏡頭主光軸和兩相機連線之間的內(nèi)夾角為α 1，右相機鏡頭主光軸和兩相機連線之間的內(nèi)夾角為α2 ；(3)調(diào)整水平儀使其讀數(shù)為零且保持到拍照結(jié)束；(4)調(diào)整好兩個內(nèi)夾角和水平儀后對所要測量的物體進行拍照，并測量出此時兩相機的距離L ；(5)選取機翼翼稍的前緣點Ctl和后緣點Ftl為特征點，讀取照片上相應位置點的像素坐標值，左照片中左側(cè)點C的像素坐標(a，b)，右側(cè)點F點的像素坐標為(c，d)；右照片左側(cè)點C’點的像素坐標為(A，B)，右側(cè)點F’點的像素坐標為(C，D)；(6)查看選取照片的屬性，得到左照片的橫向、縱向像素值(P1XP2)以及等效35mm 底片焦距& ；右照片的橫向、縱向像素值0^ )以及等效35mm底片焦距& ；兩照片中心坐標分別為(X。，Y0)、(X。。，Y00)，其中 \ = P/2、Y0 = P2/2，X00 = (V2、Y00 = Q2/20(7)將步驟(5)中的坐標原點平移到照片中心點，由成像原理得到左照片C點的新坐標為(XQ-a，b-YQ)，F(xiàn)點的新坐標為OCci-C, d-YQ)；右照片C’點的新坐標為OCcici-A, B-YJ， F，點新坐標為 OCcitl-C, D-Y00)；已知35mm膠片的橫、縱向尺寸為(36x24)mm，通過計算得到兩點相對于左相機的空間坐標值(所取的坐標系為右手坐標系，即以左相機中心點0為空間坐標的原點，X軸為兩相機的連線方向，Y軸與機體縱軸平行方向向上，Z軸與相機鏡頭主光軸平行方向為鏡頭平面的外法線方向)，點C0(Xc, Yc, Zc)、點F0(XF, Yf, Zf)，最后得到需要的距離
權(quán)利要求
1. 一種飛行器機翼結(jié)構(gòu)變形的非接觸測量方法，其特征在于包括下述步驟(1)將兩個照相機分別固定在兩個水平儀上；(2)轉(zhuǎn)動相機使兩個內(nèi)夾角α1、α2在55°到75°之間，所述的內(nèi)夾角為相機鏡頭主光軸和兩相機連線之間的夾角，左相機鏡頭主光軸和兩相機連線之間的內(nèi)夾角為α 1，右相機鏡頭主光軸和兩相機連線之間的內(nèi)夾角為α 2 ；(3)調(diào)整水平儀使其讀數(shù)為零且保持到拍照結(jié)束；(4)調(diào)整好兩個內(nèi)夾角和水平儀后對所要測量的物體進行拍照，并測量出此時兩相機的距離L ；(5)選取機翼翼稍的前緣點Ctl和后緣點Ftl為特征點，讀取照片上相應位置點的像素坐標值，左照片中左側(cè)點C的像素坐標(a，b)，右側(cè)點F點的像素坐標為(c，d)；右照片左側(cè)點C’點的像素坐標為(A，B)，右側(cè)點F’點的像素坐標為(C，D)；(6)得到左照片的橫向、縱向像素值(P1XP2)以及等效35mm底片焦距&；右照片的橫向、縱向像素值(Q1XQ2)以及等效35mm底片焦距& ；兩照片中心坐標分別為(X0, Y0)、(X00, Y。。)，其中 Xo = Pi/2、Y。= Ρ2/2，Xqo = Qi/2、Y00 = Q2/2。(7)將步驟(5)中的坐標原點平移到照片中心點，得到左照片C點的新坐標為OCcra, b_YQ)，F(xiàn)點的新坐標為OCci-C, d-YQ)；右照片C’點的新坐標為OCcici-A, B-YJ，F(xiàn)’點新坐標為 OC00-C, D-Y00)；得到兩點相對于左相機的空間坐標值點Ctl(X。，Yc, 、點FciOCf, Yf, Zf)，最后得到需要的距離
2.根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的飛行器機翼結(jié)構(gòu)變形的非接觸測量方法，其特征在于 所述的兩臺相機拍攝時應保證機體縱軸平行。
3.根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的飛行器機翼結(jié)構(gòu)變形的非接觸測量方法，其特征在于 所述的相機采用最高畫質(zhì)、最高像素和最長焦端進行拍攝，兩個內(nèi)夾角α 都為60°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種飛行器機翼結(jié)構(gòu)變形的非接觸測量方法，將兩個照相機分別固定在兩個水平儀上，旋轉(zhuǎn)相機到合適位置并記錄左右內(nèi)夾角角度，調(diào)整水平儀讀數(shù)為零，拍照并測量兩相機的間距，讀取照片特征點的參數(shù)值，計算得到其坐標值，利用得到的空間坐標換算得到機翼扭轉(zhuǎn)角。本發(fā)明可以在飛行的飛機上進行測量且不會受到飛機舷窗位置限制的影響，對機械振動的強度影響不敏感，在一般飛行環(huán)境中都可以使用。
文檔編號G01C11/00GK102288164SQ20111011499
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者萬兵兵, 史愛明, 張陳安 申請人:西北工業(yè)大學