《双目视频模型变形测量系统设计及实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双目视频模型变形测量系统设计及实现（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学 硕士学位论文 双目视频模型变形测量系统设计及实现 姓名：杨振华 申请学位级别：硕士 专业：测试计量技术及仪器 指导教师：何岭松 2011-02-17 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 在风洞试验的过程中，一些大飞机的试验模型的机翼将会不可避免的发生弹性变 形，这种弹性变形将会严重地影响试验模型的气动特性，导致风洞试验得不到预期的 试验结果，进而影响到飞行器的设计和性能评价。因此，针对这种情况，本学位论文 的主要研究目的，就是要测量风洞试验过程中试验模型机翼的弹性变形情况，用于修 正该试验模型的风洞试验数
2、据。 本文针对国内某跨声速风洞全模试验段的具体应用环境，设计了一个双目视频模 型变形测量系统（简称双目 VMD 测量系统） 。该系统在试验模型的机身和机翼上表面 布置特定样式的标记点，用两台高分辨率摄像机在风洞试验段顶部的观测窗口拍摄试 验图像；利用双目立体视觉的原理，测量试验模型上标记点的三维坐标值；再通过对 比试验前后特征标记点的三维坐标位置来计算试验模型机翼在气动载荷下的变形量。 本文在设计和实现双目 VMD 测量系统的过程中，主要完成了以下几个方面的工 作： 1）根据某跨声速风洞的具体试验环境，完成了双目 VMD 测量系统的硬件结构、 软件结构以及风洞测试流程设计； 2）实现了双目 V
3、MD 测量中的关键技术，包括特征标记点的识别及定位、标记点 的跟踪、立体匹配、现场标定及三维重建； 3）设计并实现了双目 VMD 测量系统的地面试验平台，通过在试验平台上的测量 实验，结果表明：该系统测量精度高，计算速度快，可达到风洞试验中实时在线测量 的要求。 关键词关键词：风洞试验 模型变形测量 VMD 测量系统 双目立体视觉 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract The Wing deformation of the large aircrafts wind tunnel test model of wil
4、l inevitably occur during the wind tunnel test. This elastic deformation will seriously affect the aerodynamic characteristics of test model, result in the unexpected results of the wind tunnel tests, and affect the vehicles design and performance evaluation. Therefore, for this situation, the main
5、purpose of this thesis is to measure the elastic deformation of the wing of wind tunnel test model during the test, and then use it to correct the models wind tunnel test data. In this thesis, a binocular VMD(Videgrammetric Model Deformation) measurement system has been designed for the specific env
6、ironment of a transonic wind tunnels complete model test section. The system layout the specific style markers upon the surface of test models fuselage and wing, and use two high-resolution video cameras to capture the test images via the observation windows at the top of test section; the system me
7、asure the markers three-dimensional coordinates on the test model by using the principle of binocular stereo vision, and calculate the wings aerodynamic load deformation by comparing the markers coordinates during the wind tunnel test. This thesis mainly completes the following tasks in the process
8、of design and implementation the binocular VMD measurement system: 1) Complete the design of the hardware structure, software structure , and wind tunnel testing process of binocular VMD measurement system for the specific environment in a transonic wind tunnel; 2) Implement the key technology of bi
9、nocular VMD measurement, including feature recognition and localization, marker tracking, stereo matching, field calibration and three- dimensional reconstruction; 3) Design and implement a ground test platform to validate the performance of the designed binocular VMD measurement system. The results
10、 of ground experiment show that: the system has high accuracy and fast computing speed, has achieved the requirement of real- time measurement. Keywords: Wind Tunnel Test, Model Deformation Measurement, VMD Measurement System, Binocular Stereo Vision 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知
11、，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：
12、 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 1.1 研究的目的和意义研究的目的和意义 本文研究的主要目的是：以国内某跨声速风洞中试验模型机翼的变形量测量为应 用 背 景 ， 针 对 该 风 洞 的 全 模 试 验 段 环 境 ， 设 计 并 实 现 一 个 视 频 模 型 变 形 （Videogrammetric Model Deformation，以下简称 VMD）测量系统。 在飞机风洞试验的过程中，试验模型受气动载荷作
13、用，将会不可避免地发生弹性 变形。一般说来，飞机机翼的弹性变形将会严重影响其气动特性，这种影响将会为飞 机的设计带来极大的不确定性，严重影响飞行器的性能评价。国内已有的相关研究表 明1-3： 大展弦比机翼受载变形后，飞机的升阻比降低、滚转力矩和偏航力矩显著增 大，对飞机的纵向和横向气动性能均产生不利影响。理论上在某些情况下，机翼发生 弹性变形后的升力系数比理想刚性条件下的升力系数的减小量可高达 25.3。在现阶 段，风洞试验模型的设计和制作还很难完全模拟真实飞机的情况，其在风洞试验气动 载荷作用下发生的弹性变形也并不与真实飞机的弹性变形一致。因此，为了能够在飞 机的设计阶段就能够充分地考虑到机
14、翼的弹性变形对其飞行性能的影响，研究设计人 员通常利用 CFD（Computational Fluid Dynamics）的方法，先得到理想刚性条件下飞 机的气动特性，然后在其基础上进行气动弹性修正，来计算真实飞机的气动性能。在 这个过程中，首先需要得到理想刚性条件下飞机的气动特性，因此需要对该飞机的试 验模型在风洞中的试验数据进行气动弹性修正。而对风洞试验数据进行气动弹性修正 的关键，则是要准确地测量出风洞试验过程中该模型机翼的弹性变形量。 对大型运输机、民航客机等大型飞机的风洞试验来说，由于试验模型机翼的展弦 比一般较大，模型机翼的刚度远远小于机身的刚度，而这种机翼在试验过程中又需要 承受
15、较大的气动载荷，因此其弹性变形也比一般的战斗机机翼要大的多。在这种情况 下，大飞机机翼的弹性变形将会使飞机的实际气动特性严重偏离理想状态，对大飞机 的承载能力、续航能力、飞行稳定性等各项重要的性能指标均造成不利的影响。因 此，在大型飞机的设计和制造过程当中，为了达到预期的设计目标，必须要在设计阶 段就对机翼弹性变形的影响加以考虑。 2008 年 05 月 11 日，国务院总理温家宝在大型飞机重大专项研制工作会议上讲话 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 指出“研制和发展大型飞机，是国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020
16、 年） 确定的重大科技专项，是建设创新型国家，提高我国自主创新能力和增强国家核 心竞争力的重大战略举措。研制和发展大型飞机，是一个国家工业、科技水平和综合 实力的集中体现，也是全国人民多年的愿望，对增强我国的综合实力和国际竞争力， 使我国早日实现现代化具有极为重要的意义” ， “历史和实践告诉我们：核心技术是买 不来的，只能靠我们自己。研制大型飞机，同样要下这样的决心，做这样的准备。研 制工作必须坚持以我为主、自主创新，全方位考虑。大型飞机的总体设计和总装一定 要自己搞，发动机、机载设备和材料等，最终也要靠自主研制” 。 开展风洞试验模型机翼变形测量技术的研究工作，也正是为了适应我国大型飞机 重大专项研制的需要，进一步提升我国的风洞试验能力和测试技术水平，为准确地评 估大型飞机的气动特性提供技术保障为目的而开展的。同时，在借鉴国外的相关研究 成果的基础之上，开展我们自己在这方面的研究和应用工作，正是我们坚持走独立发 展、自主创新发展道路的结果。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.
