一种发动机柔性喷管摆角及摆心测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及柔性喷管监测控制技术领域，更具体地，涉及一种发动机柔性喷管摆 角及摆心测试方法。
【背景技术】
[0002] 与固定喷管相比，柔性喷管可以使导弹具有更强的变轨机动能力，为了对喷管的 摆动状态进行精确控制，能够精确测试喷管的运动状态十分重要。
[0003] 现行的固体火箭摆动喷管摆角测试国家行业标准中采用的是接触测量法，即通过 布置传感器、顶杆等手段获取喷管各个特征点的位移变化，之后根据位移反算角度。但是对 于联合摆动试验，接触式测量的传感器安装位置受限，在高频率摆动试验时传感器的响应 存在延时，且接触测量需要获取大量的位移数据采用复杂算法来获取摆角，误差因素多且 操作繁琐。现行的火箭喷管运动视觉测试方法一般采用多台视觉测试设备建立多个特征点 与喷管三维模型的对应关系，通过所有的特征点平面位置解算喷管在空间内的姿态。但是 该方法在实际工程应用中需要大量时间进行定位、建模以及校准，操作不方便，且计算误差 呈非线性递增。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种火箭发动机柔性喷管摆 角及摆心测试方法，利用高速摄像机进行火箭发动机柔性喷管摆角以及摆心的测量，测量 方法简便，实施性强，测量精度高。
[0005] 为实现上述目的，按照本发明，提供了一种发动机柔性喷管摆角测量方法，包括步 骤：
[0006] S1、以发动机轴线任意点处为坐标原点0,发动机轴线为X轴，竖直和水平分别为 Y、Z轴，建立O-XYZ坐标系；在发动机后方沿轴线延长线布置轴向高速摄像机；
[0007] S2、在喷管内侧布置轴向特征标识A、B、C、D，其中A、B在XOY平面布置，C、D在XOZ 平面布置，A、C位于与YOZ平行的截面上，B、D位于与YOZ平行的另一截面上；测量A、B之 间在X轴的相对距离Lab，以及C、D在X轴的相对距离L m;
[0008] S3、调整画幅比例k使得高速摄像机可对特征标识清晰成像；高速摄像机采集喷 管摆动过程中的连续图像数据，其中每秒拍摄帧数高于喷管最高摆动频率；
[0009] S4、获得初始时刻特征标识点A、B在画幅平面的垂直方向的坐标值YA、Yb，以及点 C、D在画幅平面的水平方向的坐标值Z。、ZD，；获得当前测量时刻特征标识点A、B在画幅平 面的垂直方向的坐标值Y a ·、Yb，，以及点C、D在画幅平面的水平方向的坐标值Zc .、Zd 计 算各特征标识在YOZ平面内的投影位移Λ YA，= k* (Υ Α-ΥΑ，），Λ YB，= k* (Υ Β-ΥΒ，），Λ Zc，= k* (Zc-Zc，），Δ ZD，= k* (Z D-YD，）；
[0010] S5、计算得到当前测量时刻喷管Y向摆动角度外、Z向摆动角度A :
【主权项】
1. 一种发动机柔性喷管摆角测量方法，其特征在于，包括步骤： 51、 以发动机轴线任意点处为坐标原点0,发动机轴线为X轴，竖直和水平分别为Y、Z 轴，建立O-XYZ坐标系；在发动机后方沿轴线延长线布置轴向高速摄像机； 52、 在喷管内侧布置轴向特征标识A、B、C、D，其中A、B在XOY平面布置，C、D在XOZ平 面布置，A、C位于与YOZ平行的截面上，B、D位于与YOZ平行的另一截面上；测量A、B之间 在X轴的相对距离L ab，以及C、D在X轴的相对距离Lm; 53、 调整画幅比例k使得高速摄像机可对特征标识清晰成像；高速摄像机采集喷管摆 动过程中的连续图像数据，其中每秒拍摄帧数高于喷管最高摆动频率； 54、 获得初始时刻特征标识点A、B在画幅平面的垂直方向的坐标值Ya、Yb，以及点C、D在 画幅平面的水平方向的坐标值Z。、Z D，；获得当前测量时刻特征标识点A、B在画幅平面的垂 直方向的坐标值Ya ·、ΥΒ，，以及点C、D在画幅平面的水平方向的坐标值Zc .、ZD 计算各特征 标识在 YOZ 平面内的投影位移 Λ YA，= k* (Υ Α-ΥΑ，），Λ YB，= k* (Υ Β-ΥΒ，），Λ Zc，= k* (Z C_ZC，）， Δ ZD' = k* (Z D_YD'）； 55、 计算得到当前测量时刻喷管Y向摆动角度外、Z向摆动角度A:
2. -种发动机柔性喷管摆角测量方法，其特征在于，包括步骤： 51、 以发动机轴线任意点处为坐标原点0,发动机轴线为X轴，竖直和水平分别为Y、Z 轴，建立O-XYZ坐标系；在XOZ平面布置有第一高速摄像机，在XOY平面布置有第二高速摄 像机； 52、 在喷管外侧布置轴向特征标识E、F、G、H，其中E、F、G、H位于与YOZ平行的截面上， E、F对称于XOZ平面，G、H对称于XOY平面； 53、 调整画幅比例k使得高速摄像机可对特征标识清晰成像；高速摄像机采集喷管摆 动过程中的连续图像数据，其中每秒拍摄帧数高于喷管最高摆动频率； 54、 根据第一高速摄像机拍摄的图像，获得初始时刻特征标识点E、F在画幅平面的垂 直方向的坐标值YE、Y F，在画幅平面的水平方向的坐标值XE、XF;根据第二高速摄像机拍摄的 图像，获得初始时刻特征标识点G、H在画幅平面的垂直方向的坐标值Z e、Zh，在画幅平面的 水平方向的坐标值Xe、Xh; 获得当前测量时刻下，特征标识点E、F在画幅平面的垂直方向的坐标值Ye .、Yf，，在画 幅平面的水平方向的坐标值XE，、XF，；以及点G、H在画幅平面的垂直方向的坐标值Z e .、ZH，， 在画幅平面的水平方向的坐标值Xe .、XH，； 55、 计算得到当前测量时刻喷管Y向摆动角度外、Z向摆动角度
3. -种发动机柔性喷管摆心测量方法，其特征在于，包括步骤： 51、 以发动机轴线任意点处为坐标原点0,发动机轴线为X轴，竖直和水平分别为Y、Z 轴，建立O-XYZ坐标系；在XOZ平面布置有第一高速摄像机，在XOY平面布置有第二高速摄 像机； 52、 在喷管外侧布置轴向特征标识E、F、G、Η，其中E、F、G、H位于与YOZ平行的截面上， E、F对称于XOZ平面，G、H对称于XOY平面； 53、 调整画幅比例k使得高速摄像机可对特征标识清晰成像；高速摄像机采集喷管摆 动过程中的连续图像数据，其中每秒拍摄帧数高于喷管最高摆动频率； 54、 根据第一高速摄像机拍摄的图像，获得前一时刻特征标识点E、F在画幅平面的垂 直方向的坐标值Yei、Y fi，在画幅平面的水平方向的坐标值Xei、Xfi ;根据第二高速摄像机拍摄 的图像，获得前一时刻特征标识点G、H在画幅平面的垂直方向的坐标值Zei、Z hi，在画幅平面 的水平方向的坐标值Xei、Xm; 获得当前测量时刻图像中，特征标识点E、F在画幅平面的垂直方向的坐标值YE2、YF2， 在画幅平面的水平方向的坐标值XE2、XF2;以及点G、H在画幅平面的垂直方向的坐标值Z e2、 ZH2，在画幅平面的水平方向的坐标值Xe2、XH2; 55、 根据摆心轨迹方程组
求解得到当前测量时刻喷管摆 心0的空间位置（X。，YQ，Z。）。
【专利摘要】本发明提供一种发动机柔性喷管摆角及摆心测试方法，方法包括：建立特定坐标系，在轴向或侧向方向安装高速摄像机；在喷管内侧或外侧特定位置布置特征标识；标定相机像素尺寸，高速摄像机采集喷管摆动过程中的连续图像数据；逐帧提取特征点像素坐标并转换的到特征位移量；进行喷管摆动角度或摆心的计算。本发明通过采用高速摄像机进行图像采集，可快速布置，实施方便，布置不受空间限制；且由于为非接触测量方式，避免了传统接触式测量中传感器响应速度的限制，响应速度快；通过在喷管内侧或外侧布置特征标识，采用平面换算的方式分解到不同平面内进行解算，无需建立复杂的三维模型，测量精度高，计算方法简便。
【IPC分类】G01B11-26, G01B11-00
【公开号】CN104764401
【申请号】CN201510107163
【发明人】顾阳, 胡应山, 石磊
【申请人】湖北航天技术研究院总体设计所
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月11日