【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，属于空气动力学。
技术介绍
1、变体结构为飞机性能、效率和适应性提供了显著的提升。如可变后掠翼允许飞机在不同的飞行阶段（如起飞、巡航和降落）调整其形状以优化气动特性。这种适应性能够显著提高飞机的整体气动效率，减少燃油消耗，增加航程和载重能力。这种结构的应用（如可动翼面和尾翼）提高了机动性，使飞机能够执行复杂的机动。在面对复杂的气象条件和飞行环境时，变体结构提供了额外的稳定性和控制能力。
2、变体结构在操作中会经历复杂的载荷变化和应力分布，这可能影响其结构完整性。通过动态变形测量，可以评估这些变化对结构安全性的影响，确保变形机制的长期可靠性。此外，变体结构通常依赖于精密的控制系统来驱动和管理其形状变化。动态变形测量提供了必要的数据，以校准和优化这些控制系统，确保它们能够精确响应飞行条件的变化。因此开展针对变体模型的变形测量是很有必要的。
3、目前，变体模型在风洞中进行动态变形测量时主要面临的问题为视野过大和变体过程模型形状变化复杂导致的标记点不在视野范围内或被遮挡，风洞内部的光照条件可能因为模型的变形和运动而发生变化，导致某些区域的标记点亮度不足或过曝，影响变形测量的准确性。此外，在动态变形测量中，尤其是在高速或复杂流动条件下，由于传感器限制或数据处理延迟，模型的实际姿态可能与测量系统记录的姿态存在偏差，这使得将动态测量结果与无风状态下的模型姿态直接对应变得困难。
技术实现思路
1、在下文中给出了关于本
2、鉴于此，为解决现有技术中存在变体模型在风洞中进行动态变形测量精度不足的技术问题，本专利技术提供一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法。
3、方案一、一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，包括以下步骤：
4、s1.在模型表面布置标记点后获取模型空间不同位置上的图像；
5、s2.建立相机坐标系到风洞坐标系的变换关系矩阵；
6、s3.获取模型变体全过程的基准图像；
7、s4.采集流场内模型试验图像；
8、s5.试验图像中不同时刻相同的标记点匹配；
9、s6.将基准图像和试验图像进行匹配，针对匹配好的某一时刻基准图像和试验图像修复模型缺失的标记点，计算所有模型标记点和修复后标记点的三维坐标；
10、s7.将修复后标记点的三维坐标与模型标记点相减得到时刻下所有标记点位置的变形量。
11、优选的，在模型表面布置标记点的方法是：在清理后的模型表面通过丝网印刷技术布置荧光标记点。
12、优选的，获取模型空间不同位置上的图像的方法是：按照实际的测量需求，安装高速相机和光源；将两台高速相机和光源安装在风洞壁板的光学窗口上，两个高速相机在同一水平面上对称安装，两个高速相机间保持一个固定的夹角；两个高速相机通过同步信号发生器保持同步性，根据实际测量需求调整高速相机的光圈，保证高速相机有满足测量需求的景深，分别调整高速相机焦距使得高速相机能清晰的拍摄到测量区域。
13、优选的，建立相机坐标系到风洞坐标系的变换关系矩阵的方法是：获取高速相机内外参数标定，在一系列预定的俯仰角度下，捕捉模型的图像，获得模型上各标记点的视觉数据，计算模型表面n个标记点在不同俯仰角度下的三维坐标，分析在相邻俯仰角度间标记点三维坐标的变化，计算得到两个俯仰角度之间的旋转矩阵，进而转换为俯仰轴向量表示，以确定俯仰轴的方向；计算得到的俯仰轴向量平均后进行归一化处理，得到最终的俯仰轴向量；将棋盘格标定板放置在与风洞侧壁板平行的水平面上，确保棋盘格的x方向与气流方向一致，y方向垂直于地面，通过分析棋盘格在x方向和y方向角点的三维坐标差异，并进行归一化处理，确定滚转轴向量和偏航轴向量；得到相机坐标系到风洞坐标系的变换关系矩阵。
14、优选的，获取模型变体全过程的基准图像的方法是：利用高速相机采集无风情况下变体全过程的图像序列；采集流场内模型试验图像的方法是：试验过程中，达到流场稳定状态，高速相机开始采集试验状态下变体过程的图像序列。
15、优选的，试验图像中不同时刻相同的标记点匹配的方法是：设置初始的模板半径和搜索区域大小，设原始的标记点的图像坐标为，则模板区域图像为，为原始图像，则搜索区域图像为，则为第一个待匹配图像；待进行了第一次匹配后，得到标记点p在上的坐标；
16、更新模板半径和搜索区域大小，对区域，进行二值化处理；
17、基于二值化后的，提取标记点的轮廓，并求出该轮廓的最大半径，更新模板半径，搜索区域大小，对下一张图像重复模板匹配的操作；
18、重复更新模板半径和搜索区域大小，直到把所有采集图像的标记点坐标都匹配完。
19、优选的，将基准图像和试验图像进行匹配的方法是：选取模型机身的标记点，将标记点连接构建一条代表性直线，测量直线与风洞流向轴（流向轴为x轴）之间的固定夹角，试验过程中和无风状态下，直线与风洞流向轴之间的固定夹角一致，实现试验状态与基准状态之间的图像匹配；
20、针对匹配好的某一时刻基准图像和试验图像，修复模型缺失的标记点，计算所有模型标记点和修复后标记点的三维坐标的方法是：设待修复的标记点，选择标记点未缺失时的某个状态，其三维坐标为，局部放射基的原点坐标o为，则基于o点和点得到向量；设ab，c分别为靠近点的三个标记点，得到向量，，，其中、、为不共面的三个向量，则有关系++，求出参数、，参数、无论模型在什么位置，什么姿态均保持不变，根据参数、和某状态下未缺失的标记点关系++，求解缺失的标记点坐标。
21、方案二、一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现方案一所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法的步骤。
22、方案三、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现方案一所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法。
23、本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过布置标记点，显著提高了图像的对比度和清晰度，有效减少了模型本身材质反光及背景干扰的影响，从而提高了风洞变体模型动态变形测量的准确性。本专利技术提升了标记点匹配的准确率，解决试验过程中传感器无法给出准确姿态的问题，有效地处理和补偿了试验过程中可能发生的标记点缺失问题，保证了变形测量数据的完整性和连续性。为风洞中变体模型的动态变形测量提供了一种准确、高效、鲁棒和适应性强的解决方案。
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1.一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，其特征在于，在模型表面布置标记点后获取模型空间不同位置上的图像，建立相机坐标系到风洞坐标系的变换关系矩阵；获取模型变体全过程的基准图像；采集流场内模型试验图像；试验图像中不同时刻相同的标记点匹配；将基准图像和试验图像进行匹配，针对匹配好的某一时刻基准图像和试验图像修复模型缺失的标记点，计算所有模型标记点和修复后标记点的三维坐标；将修复后标记点的三维坐标与模型标记点相减得到时刻下所有标记点位置的变形量。
2.根据权利要求1所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，其特征在于，在模型表面布置标记点的方法是：在清理后的模型表面通过丝网印刷技术布置荧光标记点。
3.根据权利要求1所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，其特征在于，获取模型空间不同位置上的图像的方法是：按照实际的测量需求，安装高速相机和光源；将两台高速相机和光源安装在风洞壁板的光学窗口上，两个高速相机在同一水平面上对称安装，两个高速相机间保持一个固定的夹角；两个高速相机通过同步信号发生器保持同步性，根据实际测量需求调整高速相机的光圈，
4.根据权利要求1所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，其特征在于，建立相机坐标系到风洞坐标系的变换关系矩阵的方法是：获取高速相机内外参数标定，在一系列预定的俯仰角度下，捕捉模型的图像，获得模型上各标记点的视觉数据，计算模型表面n个标记点在不同俯仰角度下的三维坐标，分析在相邻俯仰角度间标记点三维坐标的变化，计算得到两个俯仰角度之间的旋转矩阵，进而转换为俯仰轴向量表示，以确定俯仰轴的方向；计算得到的俯仰轴向量平均后进行归一化处理，得到最终的俯仰轴向量；将棋盘格标定板放置在与风洞侧壁板平行的水平面上，确保棋盘格的x方向与气流方向一致，y方向垂直于地面，通过分析棋盘格在x方向和y方向角点的三维坐标差异，并进行归一化处理，确定滚转轴向量和偏航轴向量；得到相机坐标系到风洞坐标系的变换关系矩阵。
5.根据权利要求1所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，其特征在于，获取模型变体全过程的基准图像的方法是：利用高速相机采集无风情况下变体全过程的图像序列；采集流场内模型试验图像的方法是：试验过程中，达到流场稳定状态，高速相机开始采集试验状态下变体过程的图像序列。
6.根据权利要求1所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，其特征在于，试验图像中不同时刻相同的标记点匹配的方法是：设置初始的模板半径和搜索区域大小，设原始的标记点的图像坐标为，则模板区域图像为，为原始图像，则搜索区域图像为，则为第一个待匹配图像；待进行了第一次匹配后，得到标记点p在上的坐标；
7.根据权利要求1所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，其特征在于，将基准图像和试验图像进行匹配的方法是：选取模型机身的标记点，将标记点连接构建一条代表性直线，测量直线与风洞流向轴之间的固定夹角，试验过程中和无风状态下，直线与风洞流向轴之间的固定夹角一致，实现试验状态与基准状态之间的图像匹配；
8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7任一项所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，其特征在于，在模型表面布置标记点后获取模型空间不同位置上的图像，建立相机坐标系到风洞坐标系的变换关系矩阵；获取模型变体全过程的基准图像；采集流场内模型试验图像；试验图像中不同时刻相同的标记点匹配；将基准图像和试验图像进行匹配，针对匹配好的某一时刻基准图像和试验图像修复模型缺失的标记点，计算所有模型标记点和修复后标记点的三维坐标；将修复后标记点的三维坐标与模型标记点相减得到时刻下所有标记点位置的变形量。
2.根据权利要求1所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，其特征在于，在模型表面布置标记点的方法是：在清理后的模型表面通过丝网印刷技术布置荧光标记点。
3.根据权利要求1所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，其特征在于，获取模型空间不同位置上的图像的方法是：按照实际的测量需求，安装高速相机和光源；将两台高速相机和光源安装在风洞壁板的光学窗口上，两个高速相机在同一水平面上对称安装，两个高速相机间保持一个固定的夹角；两个高速相机通过同步信号发生器保持同步性，根据实际测量需求调整高速相机的光圈，保证高速相机有满足测量需求的景深，分别调整高速相机焦距使得高速相机能清晰的拍摄到测量区域。
4.根据权利要求1所述的一种适用于风洞的变体模型的动态变形测量方法，其特征在于，建立相机坐标系到风洞坐标系的变换关系矩阵的方法是：获取高速相机内外参数标定，在一系列预定的俯仰角度下，捕捉模型的图像，获得模型上各标记点的视觉数据，计算模型表面n个标记点在不同俯仰角度下的三维坐标，分析在相邻俯仰角度间标记点三维坐标的变化，计算得到两个俯仰角度之间的旋转矩阵，进而转换为俯仰轴向量表示，以确定俯仰轴的方向；计算得到的俯仰轴向量平均后进行归一化处理，得到最终的...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭彤宇，张雪，赵荣奂，尚金奎，侯良学，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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