风洞试验模型位姿视频测量的风轴系自标定方法与流程

技术特征：

1.试验模型位姿视频测量的风轴系自标定方法，其特征在于，所述坐标系标定方法至少包括如下步骤：

s1：调整风洞观察窗外相机的位姿参数和焦距，使其成像范围覆盖试验模型的运动范围；

s2：于所述试验模型的刚性区域表面上粘印三个非共线标记点a,b,c；

s3：于试验模型处于基态时(即试验模型的迎角、侧滑角与滚转角都为零)，基于相机测得三个标记点的物方空间坐标分别为和

s4：获得翼展方向在物方空间坐标系中的单位向量

s5：当试验模型能够单独调整侧滑角时，计算获得风轴系z轴在物方空间坐标系中的单位向量并基于单位向量和单位向量计算获得风轴系x轴在物方空间坐标系的单位向量

当试验模型不能够单独调整侧滑角时，调整试验模型的滚转角，获得风轴系x轴在物方空间坐标系中的单位向量并基于单位向量和单位向量计算获得风轴系z轴在物方空间坐标系中的单位向量

s6：计算风洞试验中给定姿态t对应的模型体轴系纵向轴向量与横向轴向量以及旋转矩阵rt、平移矩阵tt与变形；

基于相机测得三个标记点的物方空间坐标分别为和可得

即，对于模型上给定的第i个点用上式可得姿态t时的位置则与的坐标之差即为点在姿态t对应的变形；而

s7：计算风洞试验中给定试验姿态t对应的模型迎角αt和侧滑角βt，风洞来流向量在模型体轴系纵向轴和竖向轴所在平面上的投影则

2.如权利要求1所述的试验模型位姿视频测量的风轴系自标定方法，其特征在于，所述步骤s4中，单位向量由如下步骤获得：

s41.调整试验模型的迎角到(δ，0，0)时，基于相机测得三个标记点的物方空间坐标分别为和

s42.调整试验模型的迎角到(-δ，0，0)时，基于相机测得三个标记点的物方空间坐标分别为和

s43.基于步骤s41和步骤s42，采用如下计算式计算得a点的

s44.基于步骤s43，同理分别计算得到点b和c分别对应的和

s45.取和的平均值并单位化获得单位向量

3.如权利要求1所述的试验模型位姿视频测量的风轴系自标定方法，其特征在于，所述步骤s5中，当试验模型能够单独调整侧滑角时，

调整试验模型迎角到(0，δ，0)时，利用相机测得三个标记点的物方空间坐标分别为和

调试验整模型迎角到(0，-δ，0)时，利用相机测得三个标记点的物方空间坐标分别为和

基于计算得a点的同理分别计算得点b和c分别对应的和

取和三者的平均值并单位化得到风轴系z轴在物方空间坐标系中的单位向量

并基于计算得到风轴系x轴在物方空间坐标系中的单位向量

4.如权利要求1所述的试验模型位姿视频测量的风轴系自标定方法，其特征在于，所述步骤s5中，当试验模型不能够单独调整侧滑角时，

调整模型迎角到(0，0，δ)时，利用相机测得三个标记点的物方空间坐标分别为和

调整模型迎角到(0，0，-δ)时，利用相机测得三个标记点的物方空间坐标分别为和

基于计算得a点的同理分别计算得点b和c分别对应的和

取和三者的平均值并单位化得到风轴系x轴在物方空间坐标系中的单位向量

并基于单位向量和单位向量按计算获得风轴系z轴在物方空间坐标系中的单位向量

技术总结
本发明公开了一种风洞试验模型位姿视频测量的风轴系自标定方法，只需在模型上粘印的三个标记点，基于现有风洞试验流程，在姿态角为零的模型基准安装状态完成后，在无风时，控制模型姿态调整机构支撑模型做给定的姿态运动，即可准确获得风轴系三坐标轴在相机物方空间中的方向矢量，实现试验模型位姿视频测量的风轴系自标定；再基于基准安装状态和吹风试验给定状态下3个标记点，计算平移与旋转矩阵，准确解得吹风试验给定状态下模型体轴系三轴在相机物方空间的方向矢量，即可获得气动力下的模型姿态与变形参数。本发明省力省时，无需传统高精度、高成本的多自由度旋转台和台阶标定块，因此具有巨大的工程应用前景。

技术研发人员：张征宇;王学渊;杨振华;魏锦宇
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所
技术研发日：2020.02.24
技术公布日：2020.06.12