[發(fā)明專利]一種低速風(fēng)洞空中加油軟管-錐套動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010776900.0
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號(hào): CN112069589B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于金革;韓超;由亮;孫龍;張冬;蔣甲利;許相輝;王昊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司哈爾濱空氣動(dòng)力研究所
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/20;G06T7/80
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 23101
• 代理人: 吳振剛

1.一種低速風(fēng)洞空中加油軟管-錐套動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)方法，采用的設(shè)備包括加油軟管、加油錐套、加油軟管支撐設(shè)備、加油軟管移動(dòng)設(shè)備、受油機(jī)模型、受油錐管、兩臺(tái)高速相機(jī)和PIV系統(tǒng)，其特征在于，方法如下：利用三維立體視覺原理，建立高速攝像機(jī)透視變換成像模型，對高速攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)矩陣進(jìn)行標(biāo)定，建立空間點(diǎn)與圖像點(diǎn)之間的映射關(guān)系；根據(jù)高速攝像機(jī)參數(shù)之間的內(nèi)在約束，通過矩陣分解算法求得高速攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣和外參數(shù)矩陣；根據(jù)高速攝像機(jī)畸變模型，標(biāo)定出高速攝像機(jī)的非線性畸變參數(shù)，對原始圖像進(jìn)行畸變校正；試驗(yàn)時(shí)，在未起風(fēng)之前，通過加油軟管移動(dòng)設(shè)備將加油軟管及加油錐套移動(dòng)到指定位置，并設(shè)定加油軟管移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)速度，然后起風(fēng)，在試驗(yàn)風(fēng)速達(dá)到預(yù)定值后，加油軟管移動(dòng)設(shè)備運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過加油軟管帶動(dòng)加油錐套運(yùn)動(dòng)，待加油錐套接近受油機(jī)模型機(jī)頭時(shí)，通過加油軟管支撐機(jī)構(gòu)調(diào)整加油錐套的位置，使加油錐套與受油錐管對接上，此時(shí)開啟高速相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，高速相機(jī)采集的數(shù)據(jù)根據(jù)采集錄像圖像點(diǎn)的匹配數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)，計(jì)算出加油錐套質(zhì)心點(diǎn)的空間坐標(biāo)，得到加油錐套的質(zhì)心軌跡以及加油錐套坐標(biāo)系縱軸向量與水平面所成的俯仰姿態(tài)角的信息，在高速相機(jī)數(shù)據(jù)采集完畢后，再啟動(dòng)PIV系統(tǒng)，進(jìn)行加油錐套和受油錐管對接過程中頭波效應(yīng)數(shù)據(jù)的采集，將PIV系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行速度場計(jì)算，并采用互相關(guān)數(shù)據(jù)處理算法對圖像進(jìn)行處理，最后得到加油錐套平均的速度云圖、平均的速度矢量和流線圖，獲得加油錐套與受油錐管對接過程中的頭波效應(yīng)及甩鞭現(xiàn)象的速度云圖；

其中，加油錐套模型三維坐標(biāo)獲得方法：首先就要對雙目攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，設(shè)靶標(biāo)平面上的三維點(diǎn)記為M＝[X,Y,Z]^T，其映射到像平面上的點(diǎn)記為m＝[u,v]^T，三維點(diǎn)和圖像上平面點(diǎn)相應(yīng)的齊次坐標(biāo)分別為l用于矩陣增廣，即將3維矩陣變?yōu)?維矩陣，攝像機(jī)是基于針孔模型，空間點(diǎn)與圖像點(diǎn)之間的映射關(guān)系為：

其中，s為一個(gè)任意的非零尺度因子，旋轉(zhuǎn)正交矩陣R和平移向量t稱為攝像機(jī)外部參數(shù)矩陣，A為攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣，定義為：

其中，(u₀，v₀)為主點(diǎn)坐標(biāo)，α、β、分別是u軸和v軸的尺度因子，γ是u軸和v軸不垂直因子，設(shè)靶標(biāo)平面位于世界坐標(biāo)系的xy平面上，即z＝0，對映射公式進(jìn)行展開：

r₁、r₂、r₃是旋轉(zhuǎn)正交矩陣R的分量，根據(jù)攝像機(jī)參數(shù)之間的內(nèi)在約束，通過奇異值分解法求得攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)，對雙目攝像機(jī)進(jìn)行內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定完之后，根據(jù)圖像點(diǎn)的匹配數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，求出空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)：

其中，(f_l,f_r)表示左右攝像機(jī)的焦距，(X_l,Y_l)，(X_r,Y_r)分別表示空間點(diǎn)在左右攝像機(jī)像面上匹配的坐標(biāo)，(u_l，v_l)表示空間點(diǎn)在采集圖片上的像素坐標(biāo)，(u₀，v₀)表示主點(diǎn)坐標(biāo)，γ₁至γ₉為γ是u軸和v軸不垂直因子的分量，t_x及t_z將采集錄像圖像點(diǎn)的匹配數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)，計(jì)算出加油錐套質(zhì)心點(diǎn)的空間坐標(biāo)，得到加油錐套的質(zhì)心軌跡以及加油錐套坐標(biāo)系縱軸向量與水平面所成的俯仰姿態(tài)角的信息。