如圖3為閉口試驗(yàn)段上布置的四組實(shí)時(shí)聲速測量傳感器的示意圖。
[0028]四是構(gòu)建模型位姿超聲測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)由主要由計(jì)算機(jī)(配備高速數(shù)據(jù)采集卡等)、固定安裝在模型周邊的多個(gè)信標(biāo)超聲傳感器和多組配對(duì)實(shí)時(shí)聲速測量傳感器、固定安裝在模型上的目標(biāo)超聲傳感器以及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)等組成。信標(biāo)超聲傳感器、聲速測量傳感器和目標(biāo)超聲傳感器由專門的精密穩(wěn)壓電源供電。模型位姿超聲測量系統(tǒng)的組成框圖見圖4所示。圖中僅給出一臺(tái)精密穩(wěn)壓電源，實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)布置情況多選用幾臺(tái)。目標(biāo)超聲傳感器所用的電源可以固定于模型腔體內(nèi)部，另外精密穩(wěn)壓電源也可以選用多個(gè)壓力穩(wěn)定的電池等替代。軟件系統(tǒng)作為模型位姿超聲測量的核心，包含用戶交互界面、所有超聲傳感器的參數(shù)配置數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)聲速測量軟件、系統(tǒng)校準(zhǔn)和標(biāo)定軟件和模型位姿測量軟件等。計(jì)算機(jī)置于風(fēng)洞運(yùn)行控制間內(nèi)，并通過線纜與信標(biāo)超聲傳感器、實(shí)時(shí)聲速測量傳感器和目標(biāo)超聲傳感器等相聯(lián)。計(jì)算機(jī)用于控制信標(biāo)超聲傳感器、聲速測量傳感器和目標(biāo)超聲傳感器發(fā)射和接收超聲波信號(hào)、準(zhǔn)確測量實(shí)時(shí)聲速以及從發(fā)射到接收到超聲信號(hào)的超聲傳感器間的精確距離，并通過相關(guān)軟件計(jì)算出模型的實(shí)時(shí)位姿參數(shù)。
[0029]五是在低速風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ臀蛔说某暅y量前，應(yīng)先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定。校準(zhǔn)和標(biāo)定在試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)沒有吹風(fēng)的情況下進(jìn)行，主要包括對(duì)信標(biāo)超聲傳感器的坐標(biāo)位置測定和校準(zhǔn)、配對(duì)實(shí)時(shí)聲速測量傳感器間的距離測定和校準(zhǔn)、以及試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕瞎潭ò惭b的所有目標(biāo)超聲傳感器的坐標(biāo)位置測定和校準(zhǔn)等。校準(zhǔn)和標(biāo)定用的移測架如圖5所示，其由X向直線模組、Y向直線模組、Z向直線模組和校準(zhǔn)超聲傳感器固定支架等組成。Z向直線模組為兩套，其中一套配備驅(qū)動(dòng)電機(jī)，另一套做為輔助導(dǎo)向，兩套直線模組的基座固定在試驗(yàn)段的上、下壁板上，其運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向鉛垂，與風(fēng)洞坐標(biāo)軸系的Z向平行。Y向直線模組的基座兩端分別固定在兩套Z向直線模組的運(yùn)動(dòng)部件上，Y向直線模組運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向與風(fēng)洞坐標(biāo)軸系的Y向平行。X向直線模組的基座固定在Y向直線模組的運(yùn)動(dòng)部件上，校準(zhǔn)超聲傳感器固定支架固定在X向直線模組運(yùn)動(dòng)部件上，X向直線模組運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向與風(fēng)洞坐標(biāo)軸系的X向平行。通過計(jì)算機(jī)控制x、Y和Z向直線模組運(yùn)動(dòng)，就可實(shí)現(xiàn)固定在校準(zhǔn)超聲傳感器固定支架上的校準(zhǔn)超聲傳感器在風(fēng)洞坐標(biāo)軸系下&、￥1和辦坐標(biāo)分量的準(zhǔn)確定位。
[0030]對(duì)信標(biāo)超聲傳感器和實(shí)時(shí)聲速測量超聲傳感器的坐標(biāo)值的校準(zhǔn)和標(biāo)定利用移測架采用基點(diǎn)校準(zhǔn)法進(jìn)行。即利用移測架控制校準(zhǔn)超聲傳感器的準(zhǔn)確定位，并利用超聲測距和測邊空間后方交會(huì)來獲得信標(biāo)超聲傳感器和實(shí)時(shí)聲速測量超聲傳感器的準(zhǔn)確坐標(biāo)值。對(duì)于模型上的目標(biāo)超聲傳感器，其位置采用坐標(biāo)重合法進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定(不使用移測架)。即將模型安裝在試驗(yàn)段內(nèi)固定后，通過經(jīng)瑋儀、光學(xué)傾斜儀或激光跟蹤儀等將模型的姿態(tài)角(偏航角Ψ、俯仰角Θ和滾轉(zhuǎn)角Φ)調(diào)整到0°，設(shè)定模型參考點(diǎn)(模型坐標(biāo)軸系原點(diǎn))與風(fēng)洞坐標(biāo)軸系原點(diǎn)重合，然后利用信標(biāo)超聲傳感器和目標(biāo)超聲傳感器采用測邊空間后方交會(huì)來獲得目標(biāo)超聲傳感器在風(fēng)洞坐標(biāo)軸系上的坐標(biāo)，由于風(fēng)洞坐標(biāo)軸系和模型坐標(biāo)軸系重合，因此測量到的風(fēng)洞坐標(biāo)即為目標(biāo)傳感器在模型坐標(biāo)軸系上的坐標(biāo)。
[0031 ]在每個(gè)班次的試驗(yàn)前或者試驗(yàn)間隙，應(yīng)對(duì)目標(biāo)超聲傳感器和信標(biāo)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定利用經(jīng)瑋儀、光學(xué)傾斜儀、激光跟蹤儀等作為測量基準(zhǔn)，在沒有吹風(fēng)的情況下，利用目標(biāo)超聲傳感器和信標(biāo)超聲傳感器相互標(biāo)定，并將超聲測量結(jié)果與測量基準(zhǔn)相比較，如果存在誤差，通過變換模型位姿找出存在誤差的超聲傳感器，然后采用一定的方法對(duì)其坐標(biāo)位置進(jìn)行修正后再使用。如果誤差較大或者難以修正則可對(duì)存在偏差的超聲傳感器予以標(biāo)記，并在隨后的測量中不予采用。如果發(fā)現(xiàn)存在偏差的超聲傳感器數(shù)量較多，無法保證試驗(yàn)時(shí)滿足測量采用的測邊空間后方交會(huì)，就應(yīng)該重新予以校準(zhǔn)。
[0032]對(duì)于配對(duì)實(shí)時(shí)聲速測量傳感器的標(biāo)定，可利用4組配對(duì)實(shí)時(shí)聲速測量傳感器互相標(biāo)定，即同時(shí)測量實(shí)時(shí)聲速，如果發(fā)現(xiàn)其中一組有差別，試驗(yàn)時(shí)就不應(yīng)再采用其測量數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)其中兩組測量數(shù)據(jù)都有較大差別，就應(yīng)該重新予以校準(zhǔn)。
[0033]六是在試驗(yàn)過程中，信標(biāo)超聲傳感器利用測邊空間后方交會(huì)獲得模型上3個(gè)或3個(gè)以上目標(biāo)超聲傳感器在風(fēng)洞坐標(biāo)軸系上的坐標(biāo)，再利用這些目標(biāo)超聲傳感器在模型坐標(biāo)軸系即可求出此時(shí)模型坐標(biāo)軸系與風(fēng)洞坐標(biāo)軸系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，包括旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣Τ，平移矩陣T也就是模型的位置(XQ，yQ，Z())，再對(duì)旋轉(zhuǎn)矩陣R求解即可求出模型的姿態(tài)參數(shù)(Ψ，θ，Φ )，至此獲得了低速風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛丝掏暾奈蛔藚?shù)。在具體的試驗(yàn)過程中，根據(jù)試驗(yàn)需求，模型位姿超聲測量系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)洞主控系統(tǒng)的指令完成模型位姿實(shí)時(shí)測量并將測量結(jié)果隨時(shí)反饋給風(fēng)洞主控系統(tǒng)，從而完成低速風(fēng)洞模型位姿的實(shí)時(shí)測量。
[0034]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低速風(fēng)洞模型位姿超聲測量系統(tǒng)，其特征在于包括控制器，精密穩(wěn)壓電源，和通過線纜分別與控制器連接的目標(biāo)超聲傳感器、信標(biāo)超聲傳感器和實(shí)時(shí)聲速測量傳感器， 所述目標(biāo)超聲傳感器固定設(shè)置在被測模型上，目標(biāo)超聲傳感器不少于四個(gè)； 所述信標(biāo)超聲傳感器固定設(shè)置在低速風(fēng)洞試驗(yàn)段的內(nèi)壁面上，且信標(biāo)超聲傳感器分布在被測模型的四周，信標(biāo)超聲傳感器不少于四個(gè)； 所述被測模型上的至少三個(gè)目標(biāo)超聲傳感器能與風(fēng)洞內(nèi)壁上的至少四個(gè)信標(biāo)超聲傳感器配對(duì)； 所述實(shí)時(shí)聲速測量傳感器固定設(shè)置在低速風(fēng)洞試驗(yàn)段的內(nèi)壁面上，且實(shí)時(shí)聲速超聲傳感器分布在被測模型的四周，所述實(shí)時(shí)聲速超聲傳感器兩兩配對(duì)設(shè)置，配對(duì)的兩個(gè)實(shí)時(shí)聲速超聲傳感器之間無隔擋物； 上述所有傳感器均為接收發(fā)送一體式的超聲傳感器， 所述控制器設(shè)置在低速風(fēng)洞外的運(yùn)行控制間內(nèi)，所述精密穩(wěn)壓電源不少于一組，目標(biāo)超聲傳感器所用的精密穩(wěn)壓電源設(shè)置在于被測模型腔體內(nèi)部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低速風(fēng)洞模型位姿超聲測量系統(tǒng)，其特征在于所述目標(biāo)超聲傳感器設(shè)置在被測模型上變形小的位置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低速風(fēng)洞模型位姿超聲測量系統(tǒng)，其特征在于所述目標(biāo)超聲傳感器不能設(shè)置在被測模型坐標(biāo)軸系的坐標(biāo)原點(diǎn)。4.一種用于對(duì)權(quán)利要求1所述的低速風(fēng)洞模型位姿超聲測量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定的移測架，其特征在于包括X向直線模組、Y向直線模組、Z向直線模組、校準(zhǔn)超聲傳感器固定支架和控制器， 所述Z向直線模組為兩套，每套Z向直線模組的基座分別固定在試驗(yàn)段的上壁板和下壁板上，所述Z向直線模組上設(shè)置有運(yùn)動(dòng)部件，運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向鉛垂且與風(fēng)洞坐標(biāo)軸系的Z向平行， 所述Y向直線模組的基座兩端各自固定在兩套Z向直線模組的運(yùn)動(dòng)部件上，Y向直線模組上的運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向與風(fēng)洞坐標(biāo)軸系的Y向平行， 所述X向直線模組的基座固定在Y向直線模組的運(yùn)動(dòng)部件上，所述校準(zhǔn)超聲傳感器固定支架固定在X向直線模組運(yùn)動(dòng)部件上，X向直線模組運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向與風(fēng)洞坐標(biāo)軸系的X向平行， 所述控制器控制每個(gè)直線模組的運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種低速風(fēng)洞模型位姿超聲測量系統(tǒng)，包括控制器，精密穩(wěn)壓電源，和通過線纜分別與控制器連接的目標(biāo)超聲傳感器、信標(biāo)超聲傳感器和實(shí)時(shí)聲速測量傳感器；以及通過基點(diǎn)校準(zhǔn)法利用移測架對(duì)信標(biāo)超聲傳感器和實(shí)時(shí)聲速測量超聲傳感器、通過坐標(biāo)重合法對(duì)目標(biāo)超聲傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定的方法；利用信標(biāo)超聲傳感器通過測邊空間后方交會(huì)獲得模型上3個(gè)或3個(gè)以上目標(biāo)超聲傳感器在風(fēng)洞坐標(biāo)軸系上的坐標(biāo)以及這些傳感器在模型坐標(biāo)軸系上的坐標(biāo)，通過對(duì)兩坐標(biāo)軸系轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解從而最終獲得低速風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛丝掏暾奈蛔藚?shù)；本實(shí)用新型采用模型位姿超聲測量，可實(shí)現(xiàn)低速風(fēng)洞模型位姿的非接觸測量，避免了試驗(yàn)段內(nèi)的安裝條件、測量設(shè)備等對(duì)風(fēng)洞流場的干擾影響，從而避免對(duì)模型氣動(dòng)數(shù)據(jù)測量的影響。
【IPC分類】G01M9/06
【公開號(hào)】CN205228770
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520902248
【發(fā)明人】張鈞, 孫海生, 朱本華, 劉志濤, 梁勇, 祝明紅, 聶博文, 溫渝昌, 周述光, 張鵬, 李進(jìn)學(xué), 萬琪明, 江鯤鵬
【申請(qǐng)人】中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心低速空氣動(dòng)力研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年11月13日