CN108844524B - 一种基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法 - Google Patents

一种基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，属于视觉测量技术领域。包括以下步骤：在直升机旋翼的桨毂和桨叶上布置一定数量的编码标记点；构建双目立体视觉系统，获取直升机旋翼图像数据；计算编码标记点的三维坐标，并构建旋翼坐标系；计算旋翼高速旋转状态下的瞬态振动位移向量，对编码标记点三维坐标进行修正；基于修正后的编码标记点三维信息，根据旋翼桨叶运动参数的定义，计算当前瞬态下旋翼桨叶运动参数。本发明所提供的方法通过修正旋翼高速旋转造成的振动位移偏差，能够实现旋翼桨叶运动参数的精确测量，具有操作简单、非接触式、精度高、安全性好等优点。

Description

一种基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法
技术领域
本发明涉及视觉测量技术领域，具体指一种基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法。
背景技术
旋翼是直升机最为核心的组件，直升机的飞行性能和飞行寿命都依赖于其结构设计、空气动力特性以及制造、试验与测试水平。在众多直升机故障中，旋翼系统故障最为常见，所占比例最高。因此，国内外均将优化直升机旋翼结构、提高旋翼空气动力特性作为直升机核心技术进行研究。旋翼桨叶运动参数是反映整个直升机旋翼系统运行性能的综合参数，故而对其进行精确测量成为了关键。
经检索，专利201310038100.9介绍了一种基于双目立体视觉的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，该方法采用两个双目立体视觉系统构建桨叶运动图像获取装置，通过计算旋翼桨叶上标记点的三维信息，实现了旋翼桨叶运动参数的测量。专利201610602202.2介绍了一种基于四目立体视觉的直升机旋翼桨叶动态轨迹测量方法，该方法将四台摄像机两两配对，组成了四套双目立体视觉系统，同样地，通过计算旋翼桨叶上标记点的三维信息，并将之统一到全站仪坐标系下，实现了旋翼桨叶动态轨迹的测量。
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。上述现有的旋翼桨叶运动参数测量方法在进行测量时都忽略了振动影响，没有对振动造成的位移偏差进行修正，这使得测量值与实际值之间存在误差，没有满足精确测量的现实需求，从而无法真实反映旋翼系统的运行状态。因此，如何精确测量直升机旋翼桨叶运动参数成为了一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，旨在克服现有技术的不足，其能有效解决现有测量方法由于忽略了振动影响而导致的测量不精确的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：
一种基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在直升机旋翼的桨毂和桨叶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，桨毂编码标记点数量N1≥4；
所述步骤1中桨叶上编码标记点成两排等距布置在桨叶的1/4翼弦线和3/4翼弦线上，桨叶编码标记点数量N2≥4；
步骤2：构建双目立体视觉系统，获取直升机旋翼在静止状态和高速旋转状态下的图像数据；
所述步骤2中，双目立体视觉系统包含两台高速CCD相机和一台照明光源，双目立体视觉系统可布置于直升机旋翼的上方，也可布置于直升机旋翼的下方；
步骤3：对步骤2中获取的两种状态下的图像数据分别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：基于静止状态下桨毂编码标记点的三维坐标，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：对静止状态下桨毂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：
Figure BDA0001720276770000021
其中，
Figure BDA0001720276770000022
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：
Figure BDA0001720276770000023
其中，(a,b,c)表示拟合平面S的法向量，
Figure BDA0001720276770000024
表示旋转角度；
步骤5：将高速旋转状态下所有编码标记点的三维坐标从摄像机坐标系转换到旋翼坐标系下，计算旋翼瞬态振动位移向量；
所述步骤5中旋翼瞬态振动位移向量d计算如下：
Figure BDA0001720276770000025
其中，
Figure BDA0001720276770000026
表示高速旋转状态下桨毂中心编码标记点在旋翼坐标系中的三维坐标；
步骤6：基于步骤5求得的旋翼瞬态振动位移向量，对高速旋转状态下所有编码标记点在旋翼坐标系中的三维坐标进行修正；
步骤7：基于修正后的编码标记点三维坐标，根据旋翼桨叶运动参数的定义，计算当前瞬态下旋翼桨叶运动参数，实现精确测量；
所述步骤7中旋翼桨叶运动参数包括挥舞角、摆振角以及扭转角。
本发明有益效果：
与现有的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法相比，本发明所提供的测量方法能够对直升机旋翼高速旋转造成的振动位移偏差进行有效修正，从而能够实现旋翼桨叶运动参数的精确测量，为直升机旋翼的空气动力特性分析提供精准的参数依据，具有操作简单、非接触式、精度高、安全性好等优点。
附图说明
图1是本发明方法的整体流程图；
图2是直升机旋翼编码标记点布局示意图；
图3是直升机旋翼图像数据采集示意图；
图4是直升机旋翼高速旋转状态下振动位移示意图。
其中，1为桨毂，2为桨叶，3为高速CCD相机，4为照明光源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供了一种基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法。
步骤1：如图2所示，在直升机旋翼的桨毂1和桨叶2上布置一定数量的编码标记点，其中，在桨毂1上布置5个编码标记点，分别位于桨毂中心以及与桨毂中心等距的上、下、左、右位置，在桨叶2的1/4翼弦线和3/4翼弦线上分别等距布置10个编码标记点。
步骤2：如图3所示，基于两台高速CCD相机3和一台照明光源4，构成双目立体视觉系统，布置在直升机旋翼的正上方，拍摄获取直升机旋翼静止状态和高速旋转状态下的图像数据。
步骤3：对获取的两种状态下的图像数据分别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如下：
Figure BDA0001720276770000041
其中，j＝0,1表示直升机旋翼的运行状态，j＝0表示静止状态，j＝1表示高速旋转状态，
Figure BDA0001720276770000042
表示静止或高速旋转状态下第i个编码标记点在左图像数据中的图像坐标，
Figure BDA0001720276770000043
表示静止或高速旋转状态下第i个编码标记点在右图像数据中的图像横坐标，Q表示双目立体视觉系统的重投影矩阵，
Figure BDA0001720276770000044
和
Figure BDA0001720276770000045
表示求得的静止或高速旋转状态下第i个编码标记点在摄像机坐标系中的三维齐次坐标和三维坐标。
步骤4：对静止状态下桨毂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：
ax+by+cz+d＝0 (2)
其中，a，b，c，d表示拟合得到的平面参数。
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：
Figure BDA0001720276770000046
Figure BDA0001720276770000047
其中，
Figure BDA0001720276770000048
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，(a,b,c)表示拟合平面S的法向量，
Figure BDA0001720276770000049
表示旋转角度。
步骤5：将高速旋转状态下所有编码标记点的三维坐标从摄像机坐标系转换到旋翼坐标系下，计算如下：
Figure BDA00017202767700000410
其中，
Figure BDA00017202767700000411
和
Figure BDA00017202767700000412
表示高速旋转状态下第i个编码标记点在摄像机坐标系和旋翼坐标系中的三维坐标，T表示平移向量，R表示旋转矩阵。
桨毂是连接旋翼桨叶和直升机传动主轴的中间部件，因此，在理想情况下，当直升机旋翼仅高速旋转而未发生振动位移时，桨毂中心的空间位置将会保持不变，而当直升机旋翼发生振动位移时，桨毂中心的空间位置必然会随之发生同样的位移变化，如图4所示。因此，可以通过测量桨毂中心编码标记点的位移偏差来得到旋翼的位移偏差。
桨毂中心编码标记点的瞬态振动位移向量d计算如下：
Figure BDA0001720276770000051
其中，
Figure BDA0001720276770000052
表示高速旋转状态下桨毂中心编码标记点在旋翼坐标系中的三维坐标。
步骤6：对高速旋转状态下编码标记点在旋翼坐标系中的三维坐标进行修正如下：
Figure BDA0001720276770000053
其中，
Figure BDA0001720276770000054
和
Figure BDA0001720276770000055
表示高速旋转状态下第i个编码标记点修正前和修正后的三维坐标，d表示瞬态振动位移向量。
步骤7：基于修正后的桨叶编码标记点三维坐标，根据旋翼桨叶挥舞、摆振以及扭转的定义，计算当前瞬态下旋翼桨叶的挥舞角、摆振角以及扭转角，实现运动参数的精确测量。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在直升机旋翼的桨毂和桨叶上布置一定数量的编码标记点；
步骤2：构建双目立体视觉系统，获取直升机旋翼在静止状态和高速旋转状态下的图像数据；
步骤3：对步骤2中获取的两种状态下的图像数据分别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：基于静止状态下桨毂编码标记点的三维坐标，构建旋翼坐标系；
步骤5：将高速旋转状态下所有编码标记点的三维坐标从摄像机坐标系转换到旋翼坐标系下，计算旋翼瞬态振动位移向量；
步骤6：基于步骤5求得的旋翼瞬态振动位移向量，对高速旋转状态下所有编码标记点在旋翼坐标系中的三维坐标进行修正；
步骤7：基于修正后的桨叶编码标记点三维坐标，根据旋翼桨叶运动参数的定义，计算当前瞬态下旋翼桨叶运动参数。
2.根据权利要求1所述的基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，其特征在于：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，桨毂编码标记点数量N1≥4。
3.根据权利要求1所述的基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，其特征在于：所述步骤1中桨叶上编码标记点成两排等距布置在桨叶的1/4翼弦线和3/4翼弦线上，桨叶编码标记点数量N2≥4。
4.根据权利要求1所述的基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，其特征在于：所述步骤2中双目立体视觉系统包含两台高速CCD相机和一台照明光源，双目立体视觉系统布置于直升机旋翼的上方或者布置于直升机旋翼的下方。
5.根据权利要求1所述的基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，其特征在于：所述步骤4中旋翼坐标系构建方法具体如下：
步骤4-1：对静止状态下桨毂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。
6.根据权利要求5所述的基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，其特征在于：所述步骤4-2中平移向量T计算如下：
Figure FDA0002453172230000011
其中，
Figure FDA0002453172230000021
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。
7.根据权利要求5所述的基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，其特征在于：所述步骤4-2中旋转矩阵R计算如下：
Figure FDA0002453172230000022
其中，(a,b,c)表示拟合平面S的法向量，
Figure FDA0002453172230000023
表示旋转角度。
8.根据权利要求1所述的基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，其特征在于：所述步骤5中旋翼瞬态振动位移向量d计算如下：
Figure FDA0002453172230000024
其中，
Figure FDA0002453172230000025
表示高速旋转状态下桨毂中心编码标记点在旋翼坐标系中的三维坐标。
9.根据权利要求1所述的基于振动修正的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法，其特征在于：所述步骤7中旋翼桨叶运动参数包括挥舞角、摆振角以及扭转角。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109835502B (zh) * 2019-02-20 2022-09-16 西北工业大学 一种基于全景摄像的摆线桨推进器检测控制装置及其方法
CN110095089B (zh) * 2019-03-11 2020-10-13 新拓三维技术(深圳)有限公司 一种飞行器旋转角度的测量方法及系统
CN110176035B (zh) * 2019-05-08 2021-09-28 深圳市易尚展示股份有限公司 标志点的定位方法、装置、计算机设备和存储介质
CN111292375B (zh) * 2020-02-11 2023-05-09 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种基于位置约束的直升机桨叶标记点识别匹配方法
CN111325802B (zh) * 2020-02-11 2023-04-25 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种直升机风洞试验中圆形标记点识别匹配方法
CN111977025B (zh) * 2020-07-29 2022-05-24 西北工业大学 一种飞行试验外挂式直升机桨叶运动状态测量装置及方法
CN112407323B (zh) * 2020-11-03 2022-07-01 中国直升机设计研究所 一种铰接式旋翼桨根运动参数测量装置及方法
CN112361959B (zh) * 2020-11-06 2022-02-22 西安新拓三维光测科技有限公司 用于直升机桨叶运动姿态测量的编码点坐标校正方法、系统及计算机可读存储介质
CN112414324B (zh) * 2020-12-22 2022-10-14 南昌航空大学 一种基于双目立体视觉的直升机旋翼桨叶扭转角测量方法
CN113642681B (zh) * 2021-10-13 2022-01-04 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种飞行器模型表面标记点的匹配方法
CN114295290A (zh) * 2022-01-04 2022-04-08 北京航空航天大学 一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置
CN114577144B (zh) * 2022-03-03 2023-06-16 中国飞行试验研究院 一种基于单相机的旋翼桨叶挥舞角动态实时测试标定解算方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101813467B (zh) * 2010-04-23 2011-11-16 哈尔滨工程大学 基于双目立体视觉技术的旋翼共锥度测量装置及其方法
CN103134477B (zh) * 2013-01-31 2015-06-10 南昌航空大学 一种基于双目立体视觉的直升机旋翼桨叶运动参数测量方法
CN105260492A (zh) * 2015-04-27 2016-01-20 中国直升机设计研究所 一种旋翼与机体耦合动力学模态综合建模方法
CN107966112A (zh) * 2017-12-03 2018-04-27 中国直升机设计研究所 一种大尺寸旋翼运动参数测量方法
CN108229484A (zh) * 2018-01-29 2018-06-29 南昌航空大学 一种高速旋转下直升机桨叶编号的计算机视觉自动识别方法

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