基于超声测量的共轴双旋翼桨尖距离测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超声测量的共轴双旋翼桨尖距离测量系统，包括超声发射和接收单元、信号传输单元、超声波信号处理单元和声速补偿单元。本发明专利技术还公开了基于上述测量系统的测量方法：采用超声编码方法提高超声测距的测量频率，采用超声测量窗口方法扩大测量范围，在待测直升机桨叶上桨尖位置安装超声发射装置，在待测直升机桨叶下桨尖位置安装超声接收装置，信号通过信号传输单元传递至超声波信号处理单元，超声波信号处理单元处理后得到实时桨尖距离，并对测量产生的切向误差进行修正。并对测量产生的切向误差进行修正。并对测量产生的切向误差进行修正。

【技术实现步骤摘要】
基于超声测量的共轴双旋翼桨尖距离测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及空间中两个随机点之间距离的高速动态实时测量技术，特别涉及 一种基于超声测量的共轴双旋翼直升机的上下桨叶交汇时刻上下桨尖距离的实 时测量系统及方法。

技术介绍

[0002]共轴双旋翼直升机与单旋翼直升机相比，具有体积小、结构紧凑、重量效率 高、操纵机动性好等优点，被广泛应用于舰载直升机等军事用途。同时，由于共 轴双旋翼外形紧凑、轮廓尺寸小，升限大，在战地环境下具有较小的雷达识别特 征和受弹面，共轴双旋翼系统提高了旋翼战损时的安全系数，增强了战地生存能 力。共轴双旋翼直升机在具备上述优点的同时，也带来了复杂的动力学问题，上 下旋翼桨叶碰撞是共轴双旋翼直升机的一个致命隐患，因此，需要实时监测上下 桨叶交汇时刻上下桨尖之间的距离。
[0003]目前能够在飞行状态下监测桨尖位置的方法包括光纤应变测量法和双目视 觉测量法，其中光纤应变测量法通过在桨叶表面一系列应变片，利用应变数据拟 合桨叶形变挠曲线，综合上下旋翼的形变从而得到桨尖距，然而，桨叶在高速旋 转状态下具有挥舞、摆振本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声测量的共轴双旋翼桨尖距离测量系统，所述共轴双旋翼包括上旋翼(1)和下旋翼(2)，所述上旋翼(1)包括若干个上桨叶，所述下旋翼(2)包括若干个下桨叶，其特征在于，所述测量系统包括：超声发射和接收单元，所述超声发射和接收单元包括超声发射装置(4)和超声接收装置(5)，所述超声发射装置(4)设置在所述上桨叶的桨尖并位于所述上桨叶桨尖的下表面，所述超声接收装置(5)设置在所述下桨叶的桨尖并位于所述下桨叶桨尖的上表面；信号传输单元(6)；超声波信号处理单元(8)；以及声速补偿单元(7)，所述声速补偿单元(7)用于获得实时的声速值；其中，所述信号传输单元(6)将所述超声发射装置(4)和所述超声接收装置(5)的超声波信号传递给所述超声波信号处理单元(8)，同时，所述声速补偿单元(7)将实时的声速值传递给所述超声波信号处理单元(8)，所述超声波信号处理单元(8)对接收的所述超声波信号和所述实时的声速值进行处理得到桨尖距离测量结果。2.根据权利要求1所述的基于超声测量的共轴双旋翼桨尖距离测量系统，其特征在于，每个所述上桨叶的桨尖均安装有一个所述超声发射装置(4)；每个所述下桨叶的桨尖均安装有一个所述超声接收装置(5)。3.根据权利要求1所述的基于超声测量的共轴双旋翼桨尖距离测量系统，其特征在于，所述声速补偿单元(7)包括超声传感器(10)和固定距离障碍物(11)，所述超声传感器(10)能获得实时测量的该超声传感器(10)与所述固定距离障碍物(11)之间的测量距离值，并将该测量距离值与理论距离值进行对比转化，从而获得实时的声速值。4.根据权利要求1所述的基于超声测量的共轴双旋翼桨尖距离测量系统，其特征在于，所述超声波信号处理单元(8)包括：超声编码单元，所述超声编码单元能对所述超声波发射装置发出的超声波信号序列进行编码，并标记发射时刻；超声解码单元，所述超声解码单元将所述超声接收装置(5)接收到的超声波信号进行解码，获得与所述发射时刻对应的接收时刻；以及数据实时处理单元，所述数据实时处理单元根据所述声速补偿单元(7)提供的声速值以及所述超声编码单元提供的发射时刻、所述超声解码单元提供的接收时刻进行距离计算，得到测量结果。5.根据权利要求1所述的基于超声测量的共轴双旋翼桨尖距离测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括上位机人机交互单元(9)，所述上位机人机交互单元(9)用于显示所述桨尖距离测量结果。6.一种基于上述权利要求1至5任一项所述的基于超声测量的共轴双旋翼桨尖距离测量系统的测量方法，其特征在于，所述测量方法基于超声编码，包括以下步骤：步骤1，安装并连接所述测量系统；步骤2，启动所述共轴双旋翼、所述超声发射装置(4)和所述超声接收装置(5)，并且，所述超声发射装置(4)持续发射超声波；步骤3，当所述上桨叶和所述下桨叶即将发生交汇时，所述超声接收装置(5)进入所述超声发射装置(4)所发射的超声波的波束范围，并开始接收超声波直至所述上桨叶和所述
下桨叶交汇结束后，所述超声接收装置(5)离开所述波束范围；在所述超声接收装置(5)进入所述波束范围至离开所述波束范围中，设所述超声接收装置(5)第一次接收到超声波的时刻为t1、最后一次接收到超声波的时刻为t
n
，取t1至t
n
时刻中的任意两个所述超声接收装置(5)接收到超声波的时刻t
i
和t
j
，并获得t
i
时刻所对应的所述超声发射装置(4)发射超声波的时刻t
i
′
和t
j
时刻所对应的所述超声发射装置(4)发射超声波的时刻t
j
′
，1≤i≤n，1≤j≤n，且，i≠j；步骤4，根据声速补偿单元(7)获得的实时声速值，以及步骤2获得的t
i
、t
i
′
、t
j
和t
j
计算得到t
i
时刻所述超声发射装置(4)与所述超声接收装置(5)之间的距离s
i
，和t
j
时刻所述超声发射装置(4)与所述超声接收装置(5)之间的距离s
j
；步骤5，以所述超声发射装置(4)为参照，所述超声接收装置(5)相对于所述超声发射装置(4)发生沿该下桨叶桨尖所在圆周的移动，设所述超声发射装置(4)所在位置为A点，t
i
时刻所述超声接收装置(5)相对于A点的所在位置为B
i
点，t
j
时刻所述超声接收装置(5)相对于A点的所在位置为B
j
点，在ΔAB
i
B
j
中，边长AB
i
＝s
i
，边长AB
j
＝s
j
，边长B
i
B
j
为所述超声接收装置(5)相对于所述超声发射装置(4)从B
i
到B
j
的切向位移，B
i
B
j
＝Δt1×
v
桨尖
，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：裘祖荣，路遥环，张志远，裘臻，胡文川，刘佳琛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：