测量模型的六自由度位移和姿态的方法技术

本发明专利技术公开了一种测量模型的六自由度位移和姿态的方法，以十字校准架模拟模型，使用绝对测量臂建立风洞坐标系，通过测量十字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，并进一步计算出十字校准架的俯仰角、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。本发明专利技术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。

Method for measuring six degree of freedom displacement and attitude of a model

The invention discloses a method for six degree of freedom displacement and attitude of a measurement model, a cross calibration simulation model, using the absolute coordinate measuring arm of wind tunnel, through the first round, the second cross calibration measurement frame hole, third hole and fourth hole coordinates in the tunnel coordinates, calculate the vector the first axis of the rod and the second rod axis vector to calculate the vector angle, and the horizontal plane and vertical plane angle vector and vector and the horizontal plane angle, and further calculate the pitching angle and cross calibration frame yawing angle and rolling angle, namely the model of pitch angle and yaw angle and roll angle at the same time, coordinates in the wind tunnel coordinates calibration hole using value to calculate the centroid coordinates of the wind tunnel model coordinate system. The invention solves the problem of the comprehensive measurement of the displacement and the attitude of the wind tunnel test model, realizes the measurement of the six degree of freedom displacement and the attitude of the model, and has the advantages of high measuring precision and fast calculation speed.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风洞试验领域，尤其涉及一种测量模型的六自由度位移和姿态的方法。
技术介绍
多体分离投放试验通常采用多自由度的运动机构来支撑试验模型，试验模型在风洞中进行多自由度运动。试验模型的自由度包括三个平动自由度和三个转动自由度。模型的平动自由度由模型质心在风洞坐标系下的x、y、z坐标表示，模型的转动自由度由三个欧拉角表示，分别为：俯仰角偏航角ψ、滚转角γ。传统的测量试验模型位置和姿态的工具有象限仪、水平仪和卡尺等，这些测量工具只能进行单自由度位移或者姿态测量。在多体分离投放试验准备过程中，需要对试验模型六自由度的精准度进行大量重复测量，对于多自由度综合测量，这时单自由度测量方法已不能满足要求。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供了一种测量模型的六自由度位移和姿态的方法，克服了现有测量工具和方法的局限性，满足多体分离投放风洞试验对模型位移和姿态角综合测量的要求。本专利技术提供的技术方案为：一种测量模型的六自由度位移和姿态的方法，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两个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、第二圆孔、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λθ，矢量相对于铅垂面的夹角λψ以及矢量相对于水平的夹角λγ，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： θ = λ θ ψ = arcsin [ sin ( λ ψ ) / c o s ( λ θ ) ] γ = arcsin [ sin ( λ γ ) / c o s ( λ θ ) ] ; ]]>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(xb,yb,zb)与该校准孔的坐标(xb1,yb1,zb1)关系为(xb,yb,zb)-(xb1,yb1,zb1)＝(Δxb,Δyb,Δzb)，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： x y z = x 1 y 1 z 1 + L Δ x b Δy b 本文档来自技高网...

【技术保护点】
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λθ，矢量相对于铅垂面的夹角λψ以及矢量相对于水平的夹角λγ，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：θ=λθψ=arcsin[sin(λψ)/cos(λθ)]γ=arcsin[sin(λγ)/cos(λθ)];]]>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(xb,yb,zb)与该校准孔的坐标(xb1,yb1,zb1)关系为(xb,yb,zb)‑(xb1,yb1,zb1)＝(Δxb,Δyb,Δzb)，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：xyz=x1y1z1+LΔxbΔybΔzb,]]>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。...

【技术特征摘要】
1.一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λθ，矢量相对于铅垂面的夹角λψ以及矢量相对于水平的夹角λγ，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： θ = λ θ ψ = arcsin [ s i n ( λ ψ ) / c o s ( λ θ ) ] γ = arcsin [ s i n ( λ γ ) / c o s ( λ θ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢峰，董金刚，胡浩，秦永明，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11