[發明專利]一種風洞分離模擬實驗系統和方法

無效

• 申請號: 201410443874.4
• 申請日: 2014-09-03
• 公開（公告）號: CN104180965A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 劉巍;尚志亮;賈振元;馬鑫;李肖;王爭取;魯文博
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M9/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

1.一種風洞分離模擬實驗方法，其特征是，該方法由分離模擬實驗準備、模擬分離動作及測量設備觸發過程、進行高速視覺測量三部分組成；方法的具體步驟如下：

(1)分離模擬實驗準備

模擬分離動作采用爆炸螺栓與機械同心滑軌裝置共同作用緊固分離體模型，機械同心滑軌裝置(3)分為安裝于分離體模型(2)上的強化限位同心滑塊(7)以及固定于分離懸掛架(10)上的同心滑道(8)，滑塊滑道配合允許分離體模型沿滑道方向運動，分離體通過機械同心滑軌裝置安裝，并通過爆炸螺栓固定位置調整分離物安裝角度；根據實驗分離角度、分離角速度與分離速度要求調整助投器給分離體模型施加不同投放力使模型在滑道加速后達到規定分離要求；

(2)模擬分離動作及測量設備觸發

模擬分離設備各部件動作順序為：A)打開助投氣缸(11)氣體通過助投器(4)給分離體施加預投力；B)爆炸螺栓(1)接收觸發信號引爆，解除分離體運動限制；雙目高速視覺攝像機(6)與爆炸螺栓(1)同步接收觸發信號開始分離過程拍攝；C)在助投力作用下，分離體開始沿機械同心滑軌裝置滑道加速運動；D)當機械同心滑軌裝置(3)相對運動達到設定分離位置，分離體從設備中完全分離；E)雙目高速視覺攝像機(6)完成全過程拍攝后，關閉拍攝功能；

(3)雙目高速視覺測量

采用雙目高速視覺測量方式對分離體分離全過程運動參數進行測量；采用已標定好的雙目高速攝像機視覺，已知雙目攝像機內、外參數；然后進行分離體特征標記的運動全程拍攝，獲得分離體特征標記運動圖像；對特征標記圖像進行處理，分割分離體特征標記信息，提取其標記相面坐標，進行左、右高速攝像機對應標記匹配，重建出標記三維坐標，根據各標記三維坐標以及各特征標記位于分離體位置信息，得到分離體分離運動全程位姿信息以及速度、加速度等運動參數。

分別建立風洞坐標系及分離物坐標系，根據兩坐標系間轉換關系求解分離體運動位姿信息，按實驗要求建立風洞坐標系O_wX_wY_wZ_w與分離體坐標系O_tX_tY_tZ_t；定義分離體重心為分離體坐標系原點，其風洞坐標系下坐標(x₀?y₀?z₀)為分離體位置參數；利用以下公式計算兩坐標系間轉換矩陣R_wt：

xtytzt=Rwtxp-x0yp-y0zp-z0---(1)]]>

其中，(x_t?y_t?z_t)^T為特征標記在分離體坐標系下坐標，(x_p?y_p?z_p)^T為特征標記在風洞坐標系下坐標，將轉換矩陣R_wt分解便可就得分離體姿態信息：

Rwb=cos(θY)cos(θZ)-sin(θY)sin(θX)sin(θZ)cos(θY)sin(θZ)sin(θX)cos(θZ)-sin(θY)cos(θX)-cos(θX)sin(θZ)cos(θX)cos(θZ)sin(θX)sin(θY)cos(θZ)+cos(θY)sin(θX)sin(θZ)sin(θY)sin(θZ)-cos(θY)sin(θX)cos(θZ)cos(θY)cos(θX)---(2)]]>

如上式所示，-θ_Z，-θ_X，-θ_Y分別為分離體相對于風洞坐標系的偏航角，俯仰角和滾轉角。

2.如權利要求1所述一種風洞分離模擬實驗方法，其特征是，該方法采用的系統由爆炸螺栓(1)、分離體模型(2)、機械同心滑軌裝置(3)、助投器(4)、工控機(5)、雙目高速視覺攝像機(6)、強化限位同心滑塊(7)、同心滑道(8)、強化限位塊(9)、分離懸掛架(10)、助投氣缸(11)組成；

在機械同心滑軌裝置(3)中，安裝在分離體模型(2)上的強化限位同心滑塊(7)具有兩個強化限位塊(9)，兩個強化限位塊(9)分別插入同心滑道(8)的對應上、下限位槽(a、b)內，同心滑道(8)安裝在分離懸掛架(10)的右端；分離懸掛架(10)通過爆炸螺栓(1)安裝在分離體模型(2)上，助投器(4)的氣管與安裝在分離懸掛架(10)上的助投氣缸(11)相連。