[發明專利]用于旋轉葉片全場動態變形的隨動實時測量裝置及其方法

在審

• 申請號: 201810104021.6
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108387183A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 裘祖榮;張然;李浩鵬;胡文川;尤悅
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種用于旋轉葉片全場動態變形的隨動實時測量裝置，在葉片的旋轉中心附近固接與每片葉片相對的雙目相機，在葉片上布置標志點，旋轉過程中葉片與雙目相機周向保持相對靜止，為有效減小旋轉氣流干擾，雙目相機處于開有玻璃窗口的密封殼體內，為提高圖像處理速度，提前濾除因旋翼高速旋轉引入的模糊背景干擾，標志點采用熒光光源物質布置，殼體玻璃窗口設置為與標志線熒光頻率對應的帶通濾光片，雙目相機將只得到標志線的圖像，通過圖像采集及數據處理獲得實時三維變形量。在槳轂上安裝光電計數器，在機身正對位置安裝小型激光發生器，每個旋轉周期內當光電計數器旋轉至激光發生器位置時觸發計數，作為被測槳葉零相位位置信息。

技術領域

本發明涉及三維測量領域中的大尺寸空間變形測量問題，特別是涉及一種基于雙目視覺的旋轉葉片全相位動態全場變形的隨動實時測量裝置及方法。

背景技術

葉片的動態變形檢測可以為工程人員提供葉片旋轉過程中的變形規律，為葉片的設計及制造提供直接的數據依據。如直升機的旋翼、大型風力葉片或大型船用螺旋槳葉片的變形檢測，對于大扭矩、高速旋轉作用下葉片的材料性能驗證、強度及振動分析具有重要意義，能輔助工程人員改進設計、驗證所建變形模型的正確性。直升機旋翼在不同工作狀態下，如懸停、拉升、前進、側飛時，各葉片變形不同，且同一葉片在不同相位時變形差異也很大。

然而現階段普遍采用的接觸式傳感器，如應變片，已經難以有效滿足測量需求。首先，傳感器測量的是綜合變形量，所測數據由揮舞、擺振、扭轉三個方向的變形量耦合而成，難以解耦成單獨的三維變形量。其次，由于存在引線，傳感器在高速旋轉的葉片上難以布置，且容易造成引線糾纏。最后，傳感器只能建立有限觀測點，且無法實現葉片旋轉過程中的360°全相位、全場變形的實時測量及數據記錄。

為克服傳統手段的局限性，新的測量方法也不斷涌現。如2001年由清華大學和中國飛行試驗研究院第一研究所開發的“直升機旋翼揮舞、擺振的激光動態測試系統”，采用在與旋翼同步旋轉的懸臂結構上安裝光學傳感器的方法，實現了直升機旋翼槳葉揮舞及擺振角的動態測量，但卻存在一定的問題。如(1)體積重量大，影響試驗機操縱性能；(2)不能多飛行狀態下測量，只能懸停測試；(3)在高速旋轉中懸臂易產生變形，影響測量結果；(4)懸臂不宜過長，測量范圍受限，無法實現被測槳葉的全場測量。(5)無法實現360°全相位、全場變形的實時測量。

2014年中國飛行試驗研究院，提出了一種“基于PSD光學成像的機載旋翼運動測量方法”，在槳轂上固定安裝基于PSD元件的光學測量單元，在旋翼槳葉選定剖面的上表面選定特征點，安裝不同光波長的LED作為標志點，實現了旋翼槳葉變形參數測量，但該方法仍有一定的局限與不足。如(1)單一PSD模塊只能測量單個標志點，且PSD測量范圍受限，無法實現多測點全場實時測量；(2)標志點采用LED，需要安裝及供電，安裝布置復雜；(3) LED標志點發光無定向性，能量分散，導致PSD接受能量降低，光電位置信號較弱；(4) PSD易受溫度影響，溫度變化會影響PSD的暗電流和靈敏度，從而影響系統的準確度及靈敏度；(5)無法實現360°全相位、全場變形的實時測量。

為測量直升機旋翼在不同工作狀態下，如懸停、拉升、前進、側飛時，不同葉片在同一相位的變形量以及同一葉片在不同相位時的變形量，要求直升機旋翼槳葉變形測量技術應滿足以下要求：

(1)體積小重量輕，可實現對不同型號直升機旋翼的方便測量，且不影響試驗機性能；

(2)可同時測得揮舞、擺振、扭轉方向的變形參數；

(3)可以實現被測槳葉旋轉過程中360°全相位、全場變形的實時測量。

發明內容

本發明旨在解決旋轉葉片360°全相位、全場動態變形實時測量問題，為葉片動態變形檢測提供一種新的方法。