本文關(guān)鍵詞：低速風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ臀蛔顺暅y(cè)量技術(shù)研究

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【摘要】：多功能結(jié)冰風(fēng)洞建設(shè)項(xiàng)目作為我國(guó)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施已于2013年12月建成,模型位姿測(cè)量系統(tǒng)作為該風(fēng)洞測(cè)控系統(tǒng)的主要部分,其性能指標(biāo)對(duì)風(fēng)洞的綜合指標(biāo)至關(guān)重要�；诘退亠L(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ臀蛔藚?shù)非接觸測(cè)量的完整性要求和結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)環(huán)境的特殊性,研究一種能獲得完整位姿參數(shù)、實(shí)時(shí)的、非接觸的、高精度的、可靠的低速風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ臀蛔藴y(cè)量技術(shù)和方法有著重要的意義。在對(duì)國(guó)內(nèi)外低速風(fēng)洞目前所采用的各種模型位置和姿態(tài)測(cè)量方法探討的基礎(chǔ)上,本文首次提出基于超聲測(cè)量技術(shù)的低速風(fēng)洞模型位置和姿態(tài)的非接觸測(cè)量技術(shù)和方法,并對(duì)該方法及其求解算法進(jìn)行了深入研究,主要有以下方面的工作與成果:(1)提出完整的低速風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ臀蛔顺暦墙佑|測(cè)量方法,并建立了應(yīng)用于大型低速風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ臀蛔顺暦墙佑|測(cè)量的數(shù)學(xué)模型。包括實(shí)時(shí)聲速測(cè)量、超聲精確測(cè)距、單點(diǎn)空間超聲定位數(shù)學(xué)模型及其算法、試驗(yàn)?zāi)Ｐ臀蛔藚?shù)辨識(shí)的數(shù)學(xué)模型及其算法,以及位姿超聲測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)和標(biāo)定等五個(gè)部分組成。(2)提出實(shí)時(shí)聲速測(cè)量方法、超聲精確測(cè)距方法以及單點(diǎn)空間超聲定位數(shù)學(xué)模型的求解算法。實(shí)時(shí)聲速測(cè)量方法用于實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲得低速風(fēng)洞試驗(yàn)段內(nèi)的聲速。超聲精確測(cè)距方法用于測(cè)量固定在閉口試驗(yàn)段內(nèi)壁上(或者開(kāi)口試驗(yàn)段模型周邊)的信標(biāo)超聲傳感器與固定安裝在模型上的目標(biāo)超聲傳感器之間的準(zhǔn)確距離。單點(diǎn)空間超聲定位數(shù)學(xué)模型利用超聲精確測(cè)距獲得同一目標(biāo)超聲傳感器與三個(gè)以上信標(biāo)超聲傳感器的距離,通過(guò)組合法求解出該目標(biāo)超聲傳感器在風(fēng)洞坐標(biāo)軸系的坐標(biāo)值。通過(guò)對(duì)該數(shù)學(xué)模型計(jì)算的推導(dǎo)及分析,提出了求解目標(biāo)超聲傳感器在風(fēng)洞坐標(biāo)軸系上坐標(biāo)的最優(yōu)測(cè)量構(gòu)形,并對(duì)單點(diǎn)空間超聲定位模型算法的效率和可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。(3)提出位姿參數(shù)辨識(shí)數(shù)學(xué)模型的求解算法。位姿參數(shù)辨識(shí)數(shù)學(xué)模型為嚴(yán)密計(jì)算數(shù)學(xué)模型,包括軸系轉(zhuǎn)換和位姿求解兩個(gè)部分。軸系轉(zhuǎn)換方法通過(guò)利用模型坐標(biāo)軸系和風(fēng)洞坐標(biāo)軸系上三個(gè)以上的公共點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù),采用重心化處理和變量分離等方法,求解出模型坐標(biāo)軸系在風(fēng)洞坐標(biāo)軸系上的平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)兩個(gè)坐標(biāo)軸系平移矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣的分析,采用位姿求解方法獲得模型在風(fēng)洞試驗(yàn)段內(nèi)的位置和姿態(tài)。通過(guò)對(duì)位姿參數(shù)辨識(shí)數(shù)學(xué)模型中的軸系轉(zhuǎn)換矩陣求解方法的分析,提出了兩個(gè)軸系公共點(diǎn)在風(fēng)洞坐標(biāo)軸系上的點(diǎn)位重構(gòu)方法和兩種計(jì)算模型,即等式求解模型和多目標(biāo)規(guī)劃模型。另外,通過(guò)分析,給出了點(diǎn)位重構(gòu)的方法和算法。(4)提出低速風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ臀蛔顺暅y(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)和標(biāo)定方法用于該系統(tǒng)應(yīng)用的計(jì)量確認(rèn)。對(duì)于信標(biāo)超聲傳感器和實(shí)時(shí)聲速測(cè)量超聲傳感器安裝位置的坐標(biāo)值測(cè)量,本文提出采用基點(diǎn)校準(zhǔn)法予以校準(zhǔn)和標(biāo)定。對(duì)于配對(duì)實(shí)時(shí)聲速傳感器間距離的測(cè)量本文提出兩種方法,即基點(diǎn)校準(zhǔn)法和差距法,考慮到測(cè)量的高精度要求,優(yōu)先采用差距法對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定。對(duì)于試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕瞎潭ǖ哪繕?biāo)超聲傳感器在模型坐標(biāo)軸系上的坐標(biāo)值測(cè)量,本文提出采用坐標(biāo)重合法予以校準(zhǔn)和標(biāo)定。(5)以國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一的多功能結(jié)冰風(fēng)洞的3m×2m結(jié)冰風(fēng)洞應(yīng)用為例,提出了用于結(jié)冰風(fēng)洞次試驗(yàn)段開(kāi)展1號(hào)4041標(biāo)模試驗(yàn)時(shí)的模型位姿超聲測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。給出了系統(tǒng)的組成,目標(biāo)超聲傳感器、信標(biāo)超聲傳感器、實(shí)時(shí)聲速測(cè)量傳感器的布局設(shè)計(jì),系統(tǒng)的校準(zhǔn)和標(biāo)定設(shè)計(jì),以及測(cè)量的程序和步驟等內(nèi)容。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V211.752

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 姜裕標(biāo);孫海生;張鈞;李寶;;飛機(jī)不同部件對(duì)機(jī)翼?yè)u滾特性影響的低速風(fēng)洞試驗(yàn)研究[A];全國(guó)低跨超聲速空氣動(dòng)力學(xué)文集第一卷（2001年）[C];2001年

2 岳遂錄;白志君;陳藝新;王釗;殷春平;林麒;;基于繩牽引并聯(lián)支撐系統(tǒng)的風(fēng)洞吹風(fēng)試驗(yàn)研究[A];第九屆全國(guó)實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2013年

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本文編號(hào)：1216403