一种风洞试验数据分析处理方法技术

本发明专利技术涉及风洞试验的技术领域，公开了一种风洞试验数据分析处理方法，所述方法包括：采集风洞试验数据并进行数据修正，构建风洞试验目标刚体定位模型并定位得到风洞试验目标的三维坐标点；构建风洞试验姿态估计模型并进行无约束优化求解；利用最优风洞试验姿态估计模型得到风洞试验目标在三维坐标下的姿态估计参数

【技术实现步骤摘要】
一种风洞试验数据分析处理方法


[0001]本专利技术涉及风洞试验的
，尤其涉及一种风洞试验数据分析处理方法
。

技术介绍

[0002]风洞试验模型姿态参数的精确测量，是获取高精度风洞试验数据
、
准确预测飞行性能的前提与基础，如失速点与最小阻力点对应的准确姿态参数是飞行器研制与改型的关键数据
。
在影响阻力系数误差的因素中，由角度测量引起的误差在总误差中占有很大的比例
。
对于大型低速风洞，试验模型尺寸跨度大
、
试验种类多，姿态参数测量工况更为复杂
。
针对该问题，本专利技术提出一种风洞试验数据分析处理方法，实现对风洞试验数据的精确化处理，提高姿态参数准确性
。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供一种风洞试验数据分析处理方法，目的在于：1）根据所采集不同环境下的风洞试验目标动力学系数，构建动力学系数与环境雷诺数的拟合关系式，并基于拟合关系式确定不同环境下的动力学系数的校正参数，其中动力学系数随环境雷诺数变化的趋势越大，则校正效果越明显，有效对风洞试验过程中产生的雷诺数效应进行修正，得到更为准确的动力学系数，并结合校正后的动力学系数对风洞试验目标的姿态初始估计结果进行进一步修正，使得风洞试验目标在风洞试验过程中的最终姿态估计参数更加接近真实环境下的姿态参数；2）采用双目视觉测量方式获取目标点的投影位置偏差，并基于投影位置偏差的深度计算得到风洞试验目标的三维坐标点，进而构建得到风洞试验目标模型，从而将风洞试验目标在世界坐标系下的三维坐标点转换为以风洞试验目标为中心的风洞试验目标坐标系下的三维坐标点，进而构建拍摄相机对风洞试验目标坐标系的旋转矩阵参数，得到以风洞试验目标为中心的姿态初始估计结果，实现风洞试验目标的姿态估计
。
[0004]实现上述目的，本专利技术提供的一种风洞试验数据分析处理方法，包括以下步骤：
S1
：采集风洞试验数据并进行数据修正，得到修正后的风洞试验数据；
S2
：构建风洞试验目标刚体定位模型并定位得到风洞试验目标的三维坐标点，所述风洞试验目标刚体定位模型通过双目视觉测量方式获取目标点的投影位置偏差，计算得到风洞试验目标的三维坐标点；
S3
：构建风洞试验姿态估计模型并进行无约束优化求解，得到最优风洞试验姿态估计模型，所述姿态估计模型以修正后的风洞试验数据以及风洞试验目标的三维坐标点为输入，以姿态估计参数为输出；
S4
：利用最优风洞试验姿态估计模型得到风洞试验目标在三维坐标下的姿态估计参数
。
[0005]作为本专利技术的进一步改进方法：可选地，所述
S1
步骤中采集风洞试验数据，包括：采集风洞试验目标在不同压强
、
温度下的风洞试验数据，其中风洞试验数据包括
风洞试验目标的姿态图像
、
表面阻力系数
、
表面升力系数
、
表面力矩系数
、
采集时刻风速
、
采集时刻压强以及采集时刻温度，所采集风洞试验数据的数据集合表示形式为：其中：表示所采集第
n
组风洞试验数据，
N
表示所采集的风洞试验数据总数；表示风洞试验数据中风洞试验目标的姿态图像，其中包括主镜头所拍摄的姿态图像和辅镜头所拍摄的姿态图像；分别表示风洞试验数据中风洞试验目标的表面阻力系数
、
表面升力系数以及表面力矩系数；分别表示风洞试验数据中风洞试验目标的采集时刻风速
、
采集时刻压强以及采集时刻温度
。
[0006]可选地，所述
S1
步骤中对所采集的风洞试验数据进行数据修正，包括：对所采集的风洞试验数据进行数据修正，其中修正数据为风洞试验目标在不同压强
、
温度下的表面阻力系数
、
表面升力系数以及表面力矩系数，风洞试验数据的数据修正流程为：
S11
：计算得到风洞试验数据在不同压强
、
温度下的雷诺数，其中风洞试验数据的雷诺数为：其中：表示风洞试验数据的雷诺数；表示风洞试验数据中的采集时刻风速；表示在压强，温度下的空气密度；在本专利技术实施例中，空气密度的计算公式为：式为：表示在压强，温度下的空气动力粘度；表示将风洞试验目标的直径，其中风洞试验目标的直径为能够将风洞试验目标恰好装入的圆形管道的直径；
S12
：确定风洞试验数据中动力学系数与雷诺数的
M
阶拟合关系式，其中动力学系数分别对应表面阻力系数
、
表面升力系数以及表面力矩系数，并根据
M
阶拟合关系式构建拟合方程，其中动力学系数与雷诺数的拟合方程为：
其中：；为动力学系数与雷诺数的
M
阶拟合关系式系数；将拟合方程转换为矩阵形式：将拟合方程转换为矩阵形式：其中：
T
表示转置；计算得到动力学系数与雷诺数的
M
阶拟合关系式系数矩阵：并基于计算结果构建得到动力学系数与雷诺数的
M
阶拟合关系式：其中：表示动力学系数与雷诺数的
M
阶拟合关系式，
r
表示输入关系式的雷诺数，则表示雷诺数为
r
的情况下，风洞试验目标在动力学系数上的系数值；
S13
：基于动力学系数与雷诺数的
M
阶拟合关系式，构建得到动力学系数与雷诺数变化梯度的转换关系式：其中：表示的二阶导数，表示的一阶导数；
S14
：分别对风洞试验数据中的动力学系数进行修正，其中修正公式为：中的动力学系数进行修正，其中修正公式为：中的动力学系数进行修正，其中修正公式为：其中：表示风洞试验数据中的动力学系数的修正后结果，若风洞试验数据中动力学系数的修正结果后高于预设的动力学系数的限制阈值，则表示风洞
试验目标在压强，温度下存在由于动力学系数异常导致的结构属性变化
。
[0007]可选地，所述
S2
步骤中构建风洞试验目标刚体定位模型，包括：构建风洞试验目标刚体定位模型，所述风洞试验目标刚体定位模型通过双目视觉测量方式获取目标点的投影位置偏差，计算得到目标点的三维坐标，其中风洞试验目标刚体定位模型包括姿态图像目标点坐标获取层
、
投影偏差计算层以及坐标修正层，其中姿态图像目标点坐标获取层用于获取主镜头姿态图像中风洞试验目标的目标点坐标以及辅镜头姿态图像中风洞试验目标的目标点坐标，投影偏差计算层用于计算得到主镜头姿态图像与辅镜头姿态图像中风洞试验目标的目标点坐标的偏差值，三维坐标计算层用于基于目标点坐标的偏差值计算得到目标点在相机坐标系下的三维坐标
。
[0008]可选地，所述
S2
步骤中利用风洞试验目标刚体定位模型定位得到风洞试验目标的三维坐标点，包括：利用风洞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种风洞试验数据分析处理方法，其特征在于，所述方法包括：
S1
：采集风洞试验数据并进行数据修正，得到修正后的风洞试验数据；
S2
：构建风洞试验目标刚体定位模型并定位得到风洞试验目标的三维坐标点，所述风洞试验目标刚体定位模型通过双目视觉测量方式获取目标点的投影位置偏差，计算得到风洞试验目标的三维坐标点；
S3
：构建风洞试验姿态估计模型并进行无约束优化求解，得到最优风洞试验姿态估计模型；
S4
：利用最优风洞试验姿态估计模型得到风洞试验目标在三维坐标下的姿态估计参数
。2.
如权利要求1所述的一种风洞试验数据分析处理方法，其特征在于，所述
S1
步骤中采集风洞试验数据，包括：采集风洞试验目标在不同压强
、
温度下的风洞试验数据，其中风洞试验数据包括风洞试验目标的姿态图像
、
表面阻力系数
、
表面升力系数
、
表面力矩系数
、
采集时刻风速
、
采集时刻压强以及采集时刻温度，所采集风洞试验数据的数据集合表示形式为：其中：表示所采集第
n
组风洞试验数据，
N
表示所采集的风洞试验数据总数；表示风洞试验数据中风洞试验目标的姿态图像，其中包括主镜头所拍摄的姿态图像和辅镜头所拍摄的姿态图像；分别表示风洞试验数据中风洞试验目标的表面阻力系数
、
表面升力系数以及表面力矩系数；分别表示风洞试验数据中风洞试验目标的采集时刻风速
、
采集时刻压强以及采集时刻温度
。3.
如权利要求2所述的一种风洞试验数据分析处理方法，其特征在于，所述
S1
步骤中对所采集的风洞试验数据进行数据修正，包括：对所采集的风洞试验数据进行数据修正，其中修正数据为风洞试验目标在不同压强
、
温度下的表面阻力系数
、
表面升力系数以及表面力矩系数，风洞试验数据的数据修正流程为：
S11
：计算得到风洞试验数据在不同压强
、
温度下的雷诺数，其中风洞试验数据的雷诺数为：其中：表示风洞试验数据的雷诺数；表示风洞试验数据中的采集时刻风速；表示在压强，温度下的空气密度；
表示将风洞试验目标的直径，其中风洞试验目标的直径为能够将风洞试验目标恰好装入的圆形管道的直径；
S12
：确定风洞试验数据中动力学系数与雷诺数的
M
阶拟合关系式，其中动力学系数分别对应表面阻力系数
、
表面升力系数以及表面力矩系数，并根据
M
阶拟合关系式构建拟合方程，其中动力学系数与雷诺数的拟合方程为：其中：；为动力学系数与雷诺数的
M
阶拟合关系式系数；将拟合方程转换为矩阵形式：将拟合方程转换为矩阵形式：其中：
T
表示转置；计算得到动力学系数与雷诺数的
M
阶拟合关系式系数矩阵：并基于计算结果构建得到动力学系数与雷诺数的
M
阶拟合关系式：其中：表示动力学系数与雷诺数的
M
阶拟合关系式，
r
表示输入关系式的雷诺数，则表示雷诺数为
r
的情况下，风洞试验目标在动力学系数上的系数值；
S13
：基于动力学系数与雷诺数的
M
阶拟合关系式，构建得到动力学系数与雷诺数变化梯度的转换关系式：其中：表示的二阶导数，表示的一阶导数；
S14
：分别对风洞试验数据中的动力学系数进行修正，其中修正公式为：
其中：表示风洞试验数据中的动力学系数的修正后结果，若风洞试验数据中动力学系数的修正结果后高于预设的动力学系数的限制阈值，则表示风洞试验目标在压强，温度下存在由于动力学系数异常导致的结构属性变化
。4.
如权利要求1所述的一种风洞试验数据分析处理方法，其特征在于，所述
S2
步骤中构建风洞试验目标刚体定位模型，包括：构建风洞试验目标刚体定位模型，所述风洞试验目标刚体定位模型通过双目视觉测量方式获取目标点的投影位置偏差，计算得到目标点的三维坐标，其中风洞试验目标刚体定位模型包括姿态图像目标点坐标获取层
、
投影偏差计算层以及坐标修正层，其中姿态图像目标点坐标获取层用于获取主镜头姿态图像中风洞试验目标的目标点坐标以及辅镜头姿态图像中风洞试验目标的目标点坐标，投影偏差计算层用于计算得到主镜头姿态图像与辅镜头姿态图像中风洞试验目标的目标点坐标的偏差值，三维坐标计算层用于基于目标点坐标的偏差值计算得到目标点在相机坐标系下的三维坐标
。5.
如权利要求4所述的一种风洞试验数据分析处理方法，其特征在于，所述
S2
步骤中利用风洞试验目标刚体定位模型定位得到风洞试验目标的三维坐标点，包括：利用风洞试验目标刚体定位模型定位得到风洞试验目标的三维坐标点，风洞试验数据中风洞试验目标的坐标点定位流程为：
S21
：对风洞试验目标的关键部位进行目标点标定，得到风洞试验目标的
U
个目标点；
S22
：姿态图像目标点坐标获取层获取主镜头姿态图像中风洞试验目标的目标点坐标以及辅镜头姿态图像中风洞试验目标的目标点坐标，分别构...

【专利技术属性】
技术研发人员：时广轶，陈丽娜，秦强，邹晨珑，王川，王春波，李文荣，金玉丰，
申请(专利权)人：无锡北微传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：