CN107869960B - 一种飞机机翼变形测量装置、安装方法及测试方法 - Google Patents

一种飞机机翼变形测量装置、安装方法及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及飞机机翼变形测量领域，具体涉及一种飞机机翼变形测量装置、安装方法及测试方法，包括计算机、散斑成像***与光纤陀螺惯导***；散斑成像***包括图像采集装置与散斑图案，散斑图案布置于机翼上，图像采集装置设于机尾，用于采集散斑图案的变形信息，并将变形信息传输至计算机；光纤陀螺惯导***包括光纤陀螺仪，光纤陀螺仪有若干个，若干个光纤陀螺仪于机身与机翼对称分布，光纤陀螺仪通信连接于计算机，用于向计算机传输所测得数据信息；计算机集合散斑图案的变形信息与光纤陀螺仪测得数据信息实现确定机翼变形量。其能在动态环境下，实时高精度的测量机翼变形。

Description

一种飞机机翼变形测量装置、安装方法及测试方法
技术领域
本发明涉及飞机机翼变形测量领域，具体涉及一种飞机机翼变形测量装置、安装方法及测试方法。
背景技术
飞机在飞行过程中，机翼上由于作用有气动载荷，会产生较大的变形，机翼的较大变形对飞机的安全性能和经济性能都会产生不良影响，因此对飞机机翼进行变形测量有着重要意义。
目前研究人员对于机翼变形测量常用的方法分为两种：接触式测量和非接触式测量。传统的接触式测量方法如应变片、位移或加速度传感器等可以测得较高精度的变形结果，但这类装置安装到机翼蒙皮表面时存在较大附加应力等影响，导致机翼产生附加变形，存在测量较大误差，而且这类测量装置均为单点测量，无法获得机翼连续的变形数据。而非接触测量大多采用视觉图像处理测量方法快速追踪飞机关键点或部分区域的变形，该种方法虽然能实现非接触式测量，避免附加应力，精度也比较高，但这种方法无法获得机翼全场变形情况，同时存在尾垂动态情况下发生变形使得图像信息采集产生误差。
在以往的机翼变形测量装置中，接触式测量方法如贴应变片，可以测得较高精度的变形结果，但该方法会对机翼产生附加应力变形，存在较大测量误差，而且这类测量装置均为单点测量，无法获得机翼连续的变形数据，此方法在动态情况下测量效果较差。非接触测量方法中，国内机翼变形测量通常采用的是光学测量方法，测量***复杂，测量成本高，虽然近年来国内学者在视觉图像处理测量机翼变形的方法研究中取得了一定的成果，可以能实现非接触式测量，避免附加应力，精度也比较高，但这种方法未考虑到机身的变形带来的综合影响，势必影响测量结果。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种飞机机翼变形测量装置、安装方法及测试方法，其能在动态环境下，实时高精度的测量机翼变形。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为，一种飞机机翼变形测量装置，包括计算机、散斑成像***与光纤陀螺惯导***；散斑成像***包括图像采集装置与散斑图案，散斑图案布置于机翼上，图像采集装置设于机尾，用于采集散斑图案的变形信息，并将变形信息传输至计算机；光纤陀螺惯导***包括光纤陀螺仪，光纤陀螺仪有若干个，若干个光纤陀螺仪分别设于机身与机翼上，并且设于机身上的光纤陀螺仪以两侧机翼几何中心的连接线为轴对称分布，设于机翼上的光纤陀螺仪以机身轴线为轴对称分布；光纤陀螺仪通信连接于计算机，用于向计算机传输所测得数据信息；计算机集合散斑图案的变形信息与光纤陀螺仪测得数据信息实现确定机翼变形量。
作为本发明改进的技术方案，光纤陀螺仪分别布置于机翼的上部、以及机身的上部；并且光纤陀螺仪在机翼上部布置时，光纤陀螺仪布置于机翼上所选定蒙皮的几何中心处，两侧机翼上的光纤陀螺仪数量相等、且对称分布；在机身上部布置光纤陀螺仪时，选用奇数个光纤陀螺仪，奇数个光纤陀螺仪等间距布置，其中中间位置的光纤陀螺仪布置于两侧机翼几何中心连线的中点处。
作为本发明改进的技术方案，图像采集装置为CCD摄像机。
本发明的另一目的提供一种飞机机翼变形测量装置的安装方法，包括如下步骤：
步骤一、获取所选飞机机翼的型号和尺寸，绘制散斑布局方案图，确定布置方式；步骤二、在机翼上部的飞机蒙皮上按照布局方案图布置用于成像的散斑图案；步骤三、确定所选型号的光纤陀螺仪，在两侧机翼上布置若干个光纤陀螺仪，保证光纤陀螺仪位于机翼上部所选定蒙皮的几何中心处，并且光纤陀螺仪在两侧机翼上的数量相等、沿机身呈对称分布；步骤四、在机身上布置光纤陀螺仪，先计算出两侧机翼几何中心连线的中点在机身上部的投影处，在该位置布置一个光纤陀螺仪，然后在机身上沿着长度方向以前述光纤陀螺仪为对称中心对称等间距的布置其余光纤陀螺仪；步骤五、将CCD摄像机固定于机翼尾垂处，调至水平位置，保证其在做动态实验时的稳定性；步骤六、将CCD摄像机与光纤陀螺仪分别与计算机连接，并调节机翼及机身上所有光纤陀螺仪水平位置。
作为本发明改进的技术方案，包括如下步骤：
步骤一、将CCD摄像机与光纤陀螺仪分别与计算机连接，并调节机翼及机身上所有光纤陀螺仪水平位置；将飞机放置于模拟动态环境中进行实验；步骤二、在模拟静止状态下，首先通过机翼上的光纤陀螺仪测得机翼在静止状态下的变形情况，将数据信息传输至计算机中，拟合出静止状态下由机翼上光纤陀螺仪测得机翼的变形曲线，该机翼的变形曲线，该机翼的变形曲线作为后续模拟动态实验的初始数据和参照标准；步骤三、在模拟动态环境实验中，首先通过机翼上的光纤陀螺仪测得机翼变形的数据信息，将数据信息传输至计算机中，得到两侧机翼的变形情况；然后通过机身上的光纤陀螺仪测得机身的变形数据信息，通过计算机的信息处理，确定机身后部尾垂的姿态变化以及CCD摄像机相对于机翼的视角变化，通过计算进行误差补偿，校正CCD摄像机采集信息的起始状态；再通过CCD摄像机采集到机翼上散斑图案的变形信息，并将采集的变形信息传输至计算机中，得到散斑成像***输出的机翼变形情况；最后通过计算机运用相关算法将两个***获得的信息进行融合，确定机翼的变形量及动态变化情况。
有益效果
本发明设计的装置集散斑成像***、光纤陀螺惯导***组合，结合了二者的优点，将两者数据信息融合，通过计算机的处理，测得飞机机翼在动态环境中的机翼变形量，本发明也适合静态下机翼变形测量；另外，该装置所选型号的光纤陀螺仪尺寸小、重量轻、布置个数少，对大尺寸机翼以及机身产生的影响可忽略不计，通过机身和机翼上陀螺仪的测量所在位置的角变形，其测量精确。
附图说明
图1机翼变形测量装置布局示意图；
图2机翼变形测量装置中计算机、散斑成像***与光纤陀螺惯导***连接关系示意图；图中，1-光纤陀螺惯导***，2-计算机，3-散斑成像***；A1、A2、A3、A4分别代表布置在飞机一侧机翼上的四个光线陀螺仪；B1、B2、B3、B4分别代表布置在飞机另一侧机翼上的四个光线陀螺仪；C1、C2、C3代表布置在机身上的三个光纤陀螺仪，P代表CCD摄像机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。示意图中各部分的标号说明：光纤陀螺惯导***1，计算机2，散斑成像***3，飞机一侧机翼上的四个光线陀螺仪分别为A1、A2、A3、A4，飞机另一侧机翼上的四个光线陀螺仪分别为B1、B2、B3、B4，在机身上的三个光纤陀螺仪分别为C1、C2、C3，CCD摄像机为P。
如图1所示，一种飞机机翼变形测量装置，包括计算机、散斑成像***与光纤陀螺惯导***；散斑成像***包括图像采集装置与散斑图案，散斑图案布置于机翼上，图像采集装置设于机尾，用于采集散斑图案的变形信息，并将变形信息传输至计算机；光纤陀螺惯导***包括光纤陀螺仪，光纤陀螺仪有若干个，若干个光纤陀螺仪于机身与机翼对称分布，光纤陀螺仪通信连接于计算机，用于向计算机传输所测得数据信息；计算机集合散斑图案的变形信息与光纤陀螺仪测得数据信息实现确定机翼变形量；具体的光纤陀螺仪布置于机翼的上部和机身的上部，测量指定位置的机翼角变形；并且光纤陀螺仪在机翼上部布置时，光纤陀螺仪布置于机翼上所选定蒙皮的几何中心处，两侧机翼上的光纤陀螺仪数量相等、且对称分布；在机身上部布置光纤陀螺仪时，选用奇数个光纤陀螺仪，奇数个光纤陀螺仪等间距布置，其中中间位置的光纤陀螺仪布置于两侧机翼几何中心连线的中点处；其中，图像采集装置为CCD摄像机。
为了合理布置测量装置，首先，获取所选飞机机翼的型号和尺寸，绘制散斑布局方案图，确定布置方式，沿机翼上表面方向按照布局方案有规则的布置用于成像的散斑于飞机蒙皮上。布置散斑图案的目的是用于CCD摄像机观察散斑变形情况，为了有效的获取高精度的散斑图案变形信息测量数值，所以就必须合理设定散斑的行列数以及在机翼上的布局位置。
然后确定所选型号的光纤陀螺仪，在两侧机翼上布置若干个光纤陀螺仪于所选定蒙皮处的几何中心处，两侧机翼上的陀螺仪数量相等，沿机身呈对称分布。接着，在机身上选定布置光纤陀螺仪的位置时，先计算出两侧机翼几何中心连线的中点在机身上部的投影处，在该位置布置1个光纤陀螺仪C2，然后在机身上沿着首尾两侧方向对称等间距布置光纤陀螺仪(C1、C3)，然后将CCD摄像机P固定于机翼尾垂所确定的位置处，调至水平位置，最后调节固定各个器件，保证其在做动态实验时的稳定性。散斑图案在机翼上布置好后，在机翼尾垂上通过多次实验的方法，将CCD摄像机固定在机翼尾垂上不同位置处，观察在静止状态下，不同位置处的机翼上散斑的成像图形，观察图像中的散斑圆整度，圆整度最佳时的所在位置，就是本发明固定CCD摄像机的位置处。
将各光纤陀螺仪与CCD摄像机P接通并与计算机连接，检查各器件(各光纤陀螺仪与CCD摄像机P)是否能正常工作，调节机翼及机身上各个光纤陀螺仪(C1-C3，A1-A4，B1-B4)水平位置，将飞机放置于模拟动态环境中进行实验。
如图1和图2所示，在静止状态下，首先通过机翼上的一侧的四个光纤陀螺仪(A1、A2、A3、A4)以及另一侧的四个光纤陀螺仪(B1、B2、B3、B4)测得机翼在静止状态下变形的数据信息，将数据信息传输至计算机中，拟合出静止状态下由机翼上光纤陀螺仪测得机翼的变形曲线，该机翼的变形曲线作为后续模拟动态实验的初始数据和参照标准。
在模拟动态环境实验中，步骤一、通过机翼上的一侧的四个光纤陀螺仪(A1、A2、A3、A4)以及另一侧的四个光纤陀螺仪(B1、B2、B3、B4)测得机翼变形的数据信息，数据信息传输至计算机中，得到两侧机翼变形的数据信息；
步骤二、通过机身上的光纤陀螺仪(C1、C2、C3)测得机身变形的数据信息，通过计算机的信息处理，确定机身后部尾垂的姿态变化以及CCD摄像机相对于机翼的视角变化，通过计算进行误差补偿，校正CCD摄像机采集信息的起始状态；
步骤三、通过CCD摄像机采集到机翼上散斑的变化信息，并将采集散斑的变化信息传输至计算机中，得到散斑成像***输出的机翼变形信息；
步骤四、通过计算机运用相关算法将步骤一获得的数据信息与步骤三获得的变形信息进行融合，确定机翼的变形量及动态变化情况。
以上结合附图对本发明的具体实施方式做了详细说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何本发明权利要求基础上的改动都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种飞机机翼变形测量装置的安装方法，所述飞机机翼变形测量装置包括计算机、散斑成像***与光纤陀螺惯导***；散斑成像***包括图像采集装置与散斑图案，散斑图案布置于机翼上，图像采集装置设于机尾，用于采集散斑图案的变形信息，并将变形信息传输至计算机，图像采集装置为CCD摄像机；光纤陀螺惯导***包括光纤陀螺仪，光纤陀螺仪有若干个，若干个光纤陀螺仪分别设于机身与机翼上，并且设于机身上的光纤陀螺仪以两侧机翼几何中心的连接线为轴对称分布，设于机翼上的光纤陀螺仪以机身轴线为轴对称分布；光纤陀螺仪通信连接于计算机，用于向计算机传输所测得数据信息；计算机集合散斑图案的变形信息与光纤陀螺仪测得数据信息实现确定机翼变形量；其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、获取所选飞机机翼的型号和尺寸，绘制散斑布局方案图，确定布置方式； 步骤二、在机翼上部的飞机蒙皮上按照布局方案图布置用于成像的散斑图案；
步骤三、确定所选型号的光纤陀螺仪，在两侧机翼上布置若干个光纤陀螺仪，保证光纤陀螺仪位于机翼上部所选定蒙皮的几何中心处，并且光纤陀螺仪在两侧机翼上的数量相等、沿机身呈对称分布；
步骤四、在机身上布置光纤陀螺仪，先计算出两侧机翼几何中心连线的中点在机身上部的投影处，在该位置布置一个光纤陀螺仪，然后在机身上沿着长度方向以前述光纤陀螺仪为对称中心对称等间距的布置其余光纤陀螺仪；
步骤五、将CCD摄像机固定于机翼尾垂处，调至水平位置，保证其在做动态实验时的稳定性；
步骤六、将CCD摄像机与光纤陀螺仪分别与计算机连接，并调节机翼及机身上所有光纤陀螺仪水平位置。
2.根据权利要求1所述的飞机机翼变形测量装置的安装方法，其特征在于，光纤陀螺仪分别布置于机翼的上部、以及机身的上部；并且光纤陀螺仪在机翼上部布置时，光纤陀螺仪布置于机翼上所选定蒙皮的几何中心处，两侧机翼上的光纤陀螺仪数量相等、且对称分布；在机身上部布置光纤陀螺仪时，选用奇数个光纤陀螺仪，奇数个光纤陀螺仪等间距布置，其中中间位置的光纤陀螺仪布置于两侧机翼几何中心连线的中点在机身上部的投影处。
3.一种飞机机翼变形测量装置的测试方法，所述飞机机翼变形测量装置包括计算机、散斑成像***与光纤陀螺惯导***；散斑成像***包括图像采集装置与散斑图案，散斑图案布置于机翼上，图像采集装置设于机尾，用于采集散斑图案的变形信息，并将变形信息传输至计算机，图像采集装置为CCD摄像机；光纤陀螺惯导***包括光纤陀螺仪，光纤陀螺仪有若干个，若干个光纤陀螺仪分别设于机身与机翼上，并且设于机身上的光纤陀螺仪以两侧机翼几何中心的连接线为轴对称分布，设于机翼上的光纤陀螺仪以机身轴线为轴对称分布；光纤陀螺仪通信连接于计算机，用于向计算机传输所测得数据信息；计算机集合散斑图案的变形信息与光纤陀螺仪测得数据信息实现确定机翼变形量；其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将CCD摄像机与光纤陀螺仪分别与计算机连接，并调节机翼及机身上所有光纤陀螺仪水平位置；将飞机放置于模拟动态环境中进行实验；
步骤二、在模拟静止状态下，首先通过机翼上的光纤陀螺仪测得机翼在静止状态下的变形情况，将数据信息传输至计算机中，拟合出静止状态下由机翼上光纤陀螺仪测得机翼的变形曲线，该机翼的变形曲线作为后续模拟动态实验的初始数据和参照标准；
步骤三、在模拟动态环境实验中，首先通过机翼上的光纤陀螺仪测得机翼变形的数据信息，将数据信息传输至计算机中，得到两侧机翼的变形情况；
然后通过机身上的光纤陀螺仪测得机身的变形数据信息，通过计算机的信息处理，确定机身后部尾垂的姿态变化以及CCD摄像机相对于机翼的视角变化，通过计算进行误差补偿，校正CCD摄像机采集信息的起始状态；
再通过CCD摄像机采集到机翼上散斑图案的变形信息，并将采集的变形信息传输至计算机中，得到散斑成像***输出的机翼变形情况；最后通过计算机运用相关算法将两个***获得的信息进行融合，确定机翼的变形量及动态变化情况。
4.根据权利要求3所述的飞机机翼变形测量装置的测试方法，其特征在于，光纤陀螺仪分别布置于机翼的上部、以及机身的上部；并且光纤陀螺仪在机翼上部布置时，光纤陀螺仪布置于机翼上所选定蒙皮的几何中心处，两侧机翼上的光纤陀螺仪数量相等、且对称分布；在机身上部布置光纤陀螺仪时，选用奇数个光纤陀螺仪，奇数个光纤陀螺仪等间距布置，其中中间位置的光纤陀螺仪布置于两侧机翼几何中心连线的中点在机身上部的投影处。
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