[發明專利]一種低速風洞空中加油軟管-錐套動態特性試驗方法

有效

• 申請號: 202010776900.0
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN112069589B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）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）人: 中國航空工業集團公司哈爾濱空氣動力研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06T7/80
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司 23101
• 代理人: 吳振剛

本發明公開一種低速風洞空中加油軟管?錐套動態特性試驗方法，如下：采用的設備包括加油軟管、錐套、支撐設備、移動設備、受油機模型、受油錐管、兩臺高速相機和PIV系統，利用三維立體視覺原理，建立高速攝像機透視變換成像模型，對參數矩陣進行標定，建立空間點與圖像點之間的映射關系，通過高速相機采集的數據計算出加油錐套質心點的空間坐標，得到加油錐套的質心軌跡以及加油錐套坐標系縱軸向量與水平面所成的俯仰姿態角的信息，將PIV系統采集的數據進行速度場計算、處理，獲得加油錐套與受油錐管對接過程中的頭波效應及甩鞭現象的速度云圖。本方法精確模擬空中加油軟管—錐套的動態特性，提高了試驗結果的準度。

技術領域

本發明屬于低速風洞投放試驗技術領域，涉及一種低速風洞空中加油軟管-錐套動態特性試驗方法。

背景技術

空中加油技術在現代戰爭中具有非常重要的作用，在現代空戰大領域的攻防要求下，其運用能夠擴大作戰飛機的攻擊區域，延長作戰時間，大幅提升戰斗機、攻擊機、無人機及偵察機等關鍵作戰能力，受到軍事強國高度重視并成為重點發展方向。此外，對于民用領域，空中加油的意義有：(1)長途航線直達目的地。避免在中途機場為了加注燃油起降，使長途航線更快捷；(2)提高民航的應急能力。在緊急情況下為民航加油，增加其足夠的留空等待時間。

軟式加油技術由于具有一對多加油能力、加油安全性高、成本低、使用靈活等優勢，更適合飛行編隊加油、無人機加油，在當前及未來仍然是非常重要的加受油方式。但是，由于軟式加油過程中可能存在較大的大氣湍流影響、加油錐套受大氣擾流的影響以及受油機的頭波效應，導致加油管-錐套產生復雜的動態特性，給受油機控制，甚至加\受油機飛行安全性帶來重大影響，現有的試驗方法采用仿真方法模擬加油錐套與受油管對接過程，如模型的高度簡化、環境條件的設定簡化及關鍵參數模擬不準，導致試驗結果不準確。因此，基于精確模擬空中加油軟管-錐套動態特性的需要，現需要一種試驗方法，能夠有效模擬加油錐套與受油錐管不同對接的速度，并獲得對接過程中的頭波效應以及對接后的加油管的甩鞭動態特性。

發明內容

基于精確模擬空中加油軟管-錐套動態特性的需要，本發明提供一種低速風洞空中加油軟管-錐套動態特性試驗方法，本方法解決了現有的試驗方法采用仿真方法模擬加油錐套與受油管對接過程的弊端。

本發明所采用的技術方案如下：一種低速風洞空中加油軟管-錐套動態特性試驗方法，采用的試驗設備包括加油軟管、加油錐套、加油軟管支撐設備、加油軟管移動設備、受油機模型、受油錐管、兩臺高速相機和PIV系統，方法如下；利用三維立體視覺原理，建立高速攝像機透視變換成像模型，對高速攝像機內外參數矩陣進行標定，建立空間點與圖像點之間的映射關系；根據高速攝像機參數之間的內在約束，通過矩陣分解算法求得高速攝像機的內參數矩陣和外參數矩陣；根據高速攝像機畸變模型，標定出高速攝像機的非線性畸變參數，對原始圖像進行畸變校正；試驗時，在未起風之前，通過加油軟管移動設備將加油軟管及加油錐套移動到指定位置，并設定加油軟管移動設備的運動速度，然后起風，在試驗風速達到預定值后，加油軟管移動設備運動，進而通過加油軟管帶動加油錐套運動，待加油錐套接近受油機模型機頭時，通過加油軟管支撐機構調整加油錐套的位置，使加油錐套與受油錐管對接上，此時開啟高速相機進行數據采集，高速相機采集的數據根據采集錄像圖像點的匹配數據進行三維重構，計算出加油錐套質心點的空間坐標，得到加油錐套的質心軌跡以及加油錐套坐標系縱軸向量與水平面所成的俯仰姿態角的信息，在高速相機數據采集完畢后，再啟動PIV系統，進行加油錐套和受油錐管對接過程中頭波效應數據的采集，將PIV系統采集的數據進行速度場計算，并采用互相關數據處理算法對圖像進行處理，有效地避免速度矢量方向的奇異性，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及甩鞭現象的速度云圖。

其中，加油錐套模型重量及轉動慣量的參數的獲得方法如下：采用動力相似模型的低風洞速投放試驗，不考慮馬赫數的影響，同時認為雷若數忽略不計，而保證弗勞德數Fr相等，即