飛行器動(dòng)態(tài)變形直接決定了飛行性能和安全，直升機(jī)槳葉很長(zhǎng)，承載量大，飛行過(guò)程中槳葉的彈性變形更大。當(dāng)槳葉變形超過(guò)設(shè)計(jì)許可時(shí)，會(huì)對(duì)飛行安全和氣動(dòng)力造成嚴(yán)重影響。因此，旋翼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析和旋翼設(shè)計(jì)的驗(yàn)證變得越來(lái)越重要。
傳統(tǒng)接觸式和視覺測(cè)量方法，難以對(duì)復(fù)雜工況下機(jī)翼大變形進(jìn)行測(cè)量，這些方法需依據(jù)系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，而在復(fù)雜工況及大尺寸測(cè)量時(shí)要么難以標(biāo)定，要么測(cè)量誤差大而無(wú)法使用，復(fù)雜工況三維全場(chǎng)動(dòng)態(tài)變形檢測(cè)是一大棘手難題。
新拓三維XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，基于數(shù)字圖像相關(guān)法dic技術(shù)，可標(biāo)定和測(cè)量同步進(jìn)行，標(biāo)定參數(shù)和所有待測(cè)坐標(biāo)同時(shí)結(jié)算，可實(shí)現(xiàn)1mm～50m視場(chǎng)三維坐標(biāo)的精確重建，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和運(yùn)行工況時(shí)高溫、振動(dòng)、大尺寸、大變形測(cè)量，大大提升結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)測(cè)試結(jié)果的全局性，獲取直升機(jī)旋翼更為全面的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)。
由于XTDIC-STROBE系統(tǒng)可識(shí)別全局參數(shù)，可進(jìn)去百萬(wàn)至千萬(wàn)個(gè)變形點(diǎn)識(shí)別追蹤，大數(shù)據(jù)量精確高效三維結(jié)算，其空間分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的測(cè)試方法，因此可以確保不會(huì)錯(cuò)過(guò)機(jī)翼變形關(guān)鍵區(qū)域的任何信息。
利用這一特性，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)翼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的模型驗(yàn)證，基于DIC測(cè)量數(shù)據(jù)與FE模型相結(jié)合，將光學(xué)測(cè)量和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)合起來(lái)，從而可以對(duì)比仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的差異性。
如何進(jìn)行振動(dòng)工況下測(cè)量？
研發(fā)參數(shù)自校正的三維變形測(cè)量方法，解決直升機(jī)機(jī)載測(cè)量基準(zhǔn)失穩(wěn)的動(dòng)態(tài)測(cè)量難題，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)工況下運(yùn)動(dòng)和變形的三維實(shí)時(shí)檢測(cè)，比傳統(tǒng)空中測(cè)量方法提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)精度。
以剛性區(qū)域?yàn)闇y(cè)量基準(zhǔn)，動(dòng)態(tài)自校正測(cè)量系統(tǒng)的參數(shù)。經(jīng)多相機(jī)共軛模型實(shí)時(shí)解算相機(jī)方位參數(shù)，軌跡關(guān)聯(lián)快速預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)工況下運(yùn)動(dòng)和變形的三維實(shí)時(shí)檢測(cè)。
研發(fā)全局關(guān)鍵點(diǎn)與局部細(xì)節(jié)變形整體解算方法，解決了大尺寸全方位多次測(cè)量誤差累積的難題，實(shí)現(xiàn)了50米工件地面加載試驗(yàn)的全方位變形三維動(dòng)態(tài)檢測(cè)，突破了傳統(tǒng)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)瓶頸。
數(shù)字圖像相關(guān)法DIC測(cè)試流程
利用測(cè)試得到的位移信息，以及測(cè)試得到的力傳感器信息，在軟件中進(jìn)行計(jì)算即可得到結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。接下來(lái)介紹DIC測(cè)試的工作流程。
Step 1：設(shè)備架設(shè)，相機(jī)內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定；
Step 2：槳葉表面制作黑白相間標(biāo)記點(diǎn)；
Step 3：左、右相機(jī)采集旋翼槳位移軌跡；
Step 4：計(jì)算重構(gòu)標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)值，通過(guò)坐標(biāo)計(jì)算槳葉運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
重型直升機(jī)旋翼動(dòng)力學(xué)特征分析
重型直升機(jī)載重量大，變形量大，對(duì)旋翼槳葉的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如揮舞角、擺振角、總距等進(jìn)行方便快捷、精確的測(cè)量，可為直升機(jī)性能評(píng)價(jià)及故障診斷提供可靠依據(jù)。
基于數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)DIC，通過(guò)旋翼動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)獲取三維變形應(yīng)變數(shù)據(jù)及槳葉運(yùn)動(dòng)參數(shù)，為旋翼槳葉的動(dòng)力學(xué)特性分析提供有效的數(shù)據(jù)支撐，具有對(duì)測(cè)試環(huán)境要求低、測(cè)量參數(shù)多、測(cè)試量程大等優(yōu)勢(shì)。
?旋翼關(guān)鍵點(diǎn)生成、識(shí)別追蹤和重構(gòu)
?槳葉全場(chǎng)應(yīng)變，位移彩色云圖顯示
?揮舞角、擺振角、扭轉(zhuǎn)角的解算
各狀態(tài)采集的數(shù)字圖像
旋翼半徑：R=5M；槳葉片數(shù)：K=5片；
旋翼額定轉(zhuǎn)速：n=422r/min；旋轉(zhuǎn)方向：俯視順時(shí)針旋轉(zhuǎn)
旋翼運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析
使用DIC測(cè)試方法，相機(jī)采集旋翼運(yùn)動(dòng)過(guò)程圖像，獲得大量數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而獲取這些點(diǎn)在不同載荷或工況條件下的位移參數(shù)。
通過(guò)軟件分析計(jì)算，了解旋翼運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)特性，包括總距、揮舞角、扭轉(zhuǎn)角等分析參數(shù)。
開口風(fēng)洞旋翼模型實(shí)驗(yàn)
采用XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行采集，通過(guò)標(biāo)記點(diǎn)/數(shù)字散斑區(qū)塊重建3D空間坐標(biāo)；符合空氣動(dòng)力學(xué)定義的模型俯仰角、偏航角和滾轉(zhuǎn)角；符合單支桿支撐系統(tǒng)定義的旋翼模型俯仰角、偏航角、滾轉(zhuǎn)角。
數(shù)字圖像相關(guān)法dic技術(shù)以其非接觸全場(chǎng)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、試件表面處理簡(jiǎn)單、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在直升機(jī)旋翼測(cè)量方面取得了廣泛的應(yīng)用。
針對(duì)直升機(jī)旋翼測(cè)量，數(shù)字圖像相關(guān)法DIC技術(shù)已成功應(yīng)用于消音室模型實(shí)驗(yàn)、風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)、旋翼塔實(shí)驗(yàn)、地面鐵鳥實(shí)驗(yàn)等，模擬旋翼在飛行過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)力學(xué)特征，進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析驗(yàn)證，為直升機(jī)的發(fā)展提供更大的助力。