[發(fā)明專利]一種飛行器三維表面流動分布風洞測量方法

有效

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• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108398229B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設計）人: 文帥;紀鋒;賈廣森;朱萬琳;韓曙光;陳星;畢志獻
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

一種飛行器三維表面流動分布風洞測量方法，基于結構光的雙目視覺三維點云重建系統(tǒng)和多視角圖像獲取系統(tǒng)被用于風洞三維流動分布測量。首先利用雙目視覺系統(tǒng)對風洞試驗模型表面進行三維重構，通過在模型上或者周邊布置少量標記點，然后進行點云拼接處理，獲得其表面的點云信息。風洞試驗中，通過布置多個相機對模型進行多視角拍攝，獲得模型不同視角下的表面流動信息，再通過模型或其周邊布置的標記點信息，進行圖像與三維點云之間的坐標系轉換，將二維流動圖像映射到三維點云上，從而獲得飛行器三維全表面流動分布。

技術領域

本發(fā)明涉及一種飛行器三維表面流動分布風洞測量方法，是一種用于風洞中測量飛行器三維模型全表面熱流、壓力或摩阻分布的方法。

背景技術

隨著新型飛行器飛行速度和高度的提高，氣動參數測量問題越來越重要，急需得到解決。就地面試驗而言，能夠準確全面地預測飛行器表面氣動參數分布顯得非常重要。

敏感涂層技術利用敏感材料將模型表面“熱流”、“壓力”、“摩阻”等物理參數轉化為“光”信號進行采集、處理，從而獲得高精度試驗數據。相比于傳統(tǒng)點測量方法，其具有非接觸測量、無需在模型表面布置測點和布線、不破壞模型外形、數據量大、效率高等特點，兼具流場顯示的優(yōu)勢，成為國內外近年來大力發(fā)展的先進試驗技術。經過近年來的快速發(fā)展，已逐漸應用到一些飛行器氣動試驗當中，得到了很好的測量結果。盡管如此，目前敏感涂層技術在發(fā)展過程中也遇到了一些瓶頸問題：

問題一：只能獲得二維流動分布圖像，無法獲得飛行器三維全表面氣動參數數據。對于一些復雜外形飛行器，具有大曲率區(qū)域的外形，由于光照及拍攝角度原因，這些區(qū)域在圖像中的光強呈指數下降，導致其氣動參數預測誤差較大，甚至有些區(qū)域的數據無法使用。

問題二：生產效率低。飛行器研發(fā)需要快速高效的風洞試驗作為支撐。傳統(tǒng)方法，如果想要得到模型全表面的氣動數據，至少要進行3次以上試驗。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出了一種飛行器三維表面流動分布風洞測量方法，采用立體視覺技術，有效解決三維測量問題和生產效率低的問題，為飛行器研制提供技術支撐。

本發(fā)明采用的技術方案為：

一種飛行器三維表面流動分布測量方法，步驟如下：

(1)在風洞試驗模型上噴涂敏感涂層，設置多臺觀測相機，用于觀測模型的上表面、下表面和側面，并在觀測相機旁邊布置激發(fā)敏感涂層的光源；

(2)設置多個圓形標記點，將標記點隨機的粘貼到與風洞試驗模型連接的支桿上；

(3)對每一臺觀測相機進行標定，獲得相機的內參數矩陣以及畸變參數，再通過觀測相機對試驗模型進行同步拍攝得到原始圖像；

(4)根據觀測相機的內參數矩陣以及畸變參數對原始圖像進行校正獲得去除畸變的圖像；

(5)檢測每幅校正后圖像上的標記點，得到多組標記點的特征數據；

(6)令所有觀測相機同時拍攝棋盤矩陣標定板，提取各觀測相機拍攝得到的標定板圖像中的特征數據，進而得到各個觀測相機的本征矩陣；

(7)根據各個觀測相機的本征矩陣，得到觀測相機之間的空間位置變換關系，即觀測相機三維坐標系，進而得到多組標記點在觀測相機三維坐標系中的三維坐標；

(8)在風洞外，設置兩臺重建相機，形成雙目視覺系統(tǒng)，并對所述重建相機進行立體標定，獲得空間上兩臺重建相機的幾何關系，從而獲得兩臺重建相機坐標系之間的變換關系；

(9)通過所述雙目視覺系統(tǒng)，重建試驗模型的三維云圖；