测量模型的六自由度位移和姿态的方法

摘要

本发明公开了一种测量模型的六自由度位移和姿态的方法，以校准架模拟模型，使用绝对测量臂建立风洞坐标系，通过测量校准架上的第一圆孔、第二圆孔、第三圆孔和第四圆孔在风洞坐标系下的坐标值，计算出第一杆件的轴线的矢量和第二杆件的轴线的矢量计算出矢量与水平面的夹角、矢量与铅垂面的夹角以及矢量与水平面的夹角，并进一步计算出校准架的俯仰角、偏航角和滚转角，即模型的俯仰角、偏航角和滚转角，同时还利用校准孔在风洞坐标系下的坐标值计算出风洞坐标系下模型的质心坐标。本发明解决了风洞试验模型的位移和姿态的综合测量问题，实现了对模型的六自由度位移和姿态的测量，测量精度高，计算速度快。

主权项

一种测量模型的六自由度位移和姿态的方法，其特征在于，包括：步骤(1)一支撑机构固定于风洞内，将一个十字校准架固定于支撑机构上，利用十字校准架模拟模型，其中，所述十字校准架由彼此垂直连接的第一杆件和第二杆件构成，所述第一杆件的轴线与所述模型的体轴平行，所述第二杆件的轴线与所述模型的对称面垂直，并且所述第一杆件的轴线上开设有第一圆孔和第二圆孔，所述第二杆件的轴线上开设有第三圆孔和第四圆孔；步骤(2)利用绝对测量臂建立一风洞坐标系；步骤(3)利用绝对测量臂测量第一圆孔和第二圆孔和第三圆孔和第四圆孔在风洞坐标系中的坐标值；步骤(4)将第一圆孔和第二圆孔视为轴线L₁上的两个点，利用第一圆孔和第二圆孔计算所述第一杆件的轴线L₁的矢量将第三圆孔和第四圆孔视为轴线L₂上的两个点，利用第三圆孔和第四圆孔计算所述第二杆件的轴线L₂的矢量并计算矢量相对于水平面的夹角λ_θ，矢量相对于铅垂面的夹角λ_ψ以及矢量相对于水平的夹角λ_γ，则所述模型的俯仰角θ、偏航角ψ和滚转角γ的计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}\theta ={\lambda }_{\theta }\\ \psi =\arcsin [sin\left({\lambda }_{\psi }\right)/cos\left({\lambda }_{\theta }\right)]\\ \gamma =\arcsin [sin\left({\lambda }_{\gamma }\right)/cos\left({\lambda }_{\theta }\right)]\end{array}\right.;$步骤(5)从第一圆孔、第二圆孔、第三圆孔和第四圆孔中选择一个作为校准孔，在模型坐标系中所述模型的质心坐标(x_b,y_b,z_b)与该校准孔的坐标(x_b1,y_b1,z_b1)关系为(x_b,y_b,z_b)‑(x_b1,y_b1,z_b1)＝(Δx_b,Δy_b,Δz_b)，则以风洞坐标系下所述模型的质心坐标表征所述模型的位移，风洞坐标系下所述模型的质心坐标(x,y,z)为：$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\end{array}\right]+L\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta x}}_b\\ {\mathrm{\Delta y}}_b\\ {\mathrm{\Delta z}}_b\end{array}\right],$其中，为模型坐标系到风洞坐标系的转换矩阵，(x₁,y₁,z₁)为该校准孔在风洞坐标系下的坐标值。