本发明涉及全尺寸飞机试验，具体是涉及一种用于全尺寸飞机试验的空间姿态及变形测试方法。
背景技术：
1、全尺寸飞机试验是对全尺寸飞机进行加载模拟其真实工况的试验，以验证飞机结构强度和承载能力，通过试验反映出飞机在实际使用中的性能和安全性，发现潜在的问题和缺陷并改进。
2、对全尺寸飞机试验的数据测试步骤主要包括数据采集、数据传输、数据处理与分析以及数据可视化。数据采集是试验的关键环节，通过使用各种传感器和测量设备，采集载荷、变形、加速度等关键参数，通过数据评估飞机强度与性能，为飞行器结构的优化和改进提供依据。对数据的后处理可通过可视化技术，将数据处理和分析的结果以图形和图像等形式展示出来，以便更直观地理解和解释数据。
3、现有全尺寸飞机试验具有的缺陷包括：无法满足全尺寸飞机对大视场范围测量的需求；高速摄像及传感器测量手段无法实时监测试验件数据，尤其是机翼变形数据；无法实现全尺寸飞机空间姿态与变形的可视化展示。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是：现有全尺寸飞机试验对于飞机空间姿态、机翼变形的测量，无法满足大视场范围、多测点、高精度的测量要求。
2、为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
3、一种用于全尺寸飞机试验的空间姿态及变形测试方法，将数个靶点球固定在飞机的机身框段和机翼上，并标定追踪坐标系，构建飞机的可视化三维图像；最终在全尺寸飞机试验中，将靶点球作为测点，通过对测点进行追踪从而采集测点数据，并基于测点数据计算得到飞机空间姿态及变形数据；其中，飞机的单侧机翼设有上的数个靶点球位于机翼最外侧边缘，沿翼缘呈一字直线排列，两个机翼上的靶点球关于机身对称。
4、进一步地，飞机空间姿态及变形数据包括飞机俯仰角度、飞机滚转角度、起落架的缓冲器压缩量、起落架的轮胎压缩量和机翼端部位移变化量。
5、说明：本发明的空间姿态及变形测试方法能够直接通过将靶点球作为测点获取测点数据，直接根据测点数据获取飞机空间姿态及变形数据，避免了传统传感器获取数据的方式造成的器件众多且测量不精准问题的出现。
6、进一步地，单侧机翼上固定的靶点球数量为3~4个，靶点球的间距为10~20cm。
7、说明：靶点球固定位置的选取原则为：在所述飞机的可视化三维图像中的位置不重叠；本发明的空间姿态及变形测试方法能够解决传统传感器测量不了的机翼位移，减少使用传统的传感器从而减少附加质量，而且测量精度更高。
8、进一步地，机身框段包括机身和固定在机身下侧的起落架，机身上固定有20~26个靶点球，机身包括前机身、中机身和后机身，前机身为从驾驶舱最后的框段至机头最前的框段，前机身每个框段固定有1个靶点球，后机身为从起落架所在框段至尾部最后一个框段，后机身的每个框段固定有1个靶点球，中机身为中部其余框段，中机身的每个框段固定有1个靶点球；起落架上固定有5~7个靶点球，起落架包括缓冲器和与缓冲器底部通过轮轴转动连接的轮胎，缓冲器上设有上套筒和下套筒，轮轴外侧正中心设有1个靶点球，上套筒上设有2~3个靶点球，下套筒上设有2~3个靶点球，且与上套筒的靶点球的连线与缓冲器行程轨迹平行。
9、说明：本发明的空间姿态及变形测试方法能够通过靶点球精准模拟飞机空间姿态和变形情况，使得试验数据更接近实际情况。
10、更进一步地，追踪坐标系通过水平放置的标定坐标系模型建立；追踪坐标系的x方向与飞机航向一致，y方向与飞机侧向一致，z方向在x方向和y方向的基础上，通过右手定则确定；标定坐标系模型由三角支架和固定在三角支架上的l字形板组成，l字形板上固定有数个靶点球，l字形板的短边指向追踪坐标系的x方向，l字形板的长边指向追踪坐标系的y方向，l字形板的交叉点为追踪坐标系原点。
11、说明：标定坐标系模型能够作为追踪坐标系的物理原点，保证了追踪得到的测点数据的准确性。
12、优选地，构建飞机的可视化三维图像的方法为：建立飞机的前机身模型、中机身模型、后机身模型、机翼模型，再将前机身模型、中机身模型、后机身模型与机翼模型连接，得到飞机的可视化三维图像。
13、说明：基于飞机的可视化三维图像，可以将靶点球的位置显示在可视化三维图像中，从而动态可视化地体现出飞机的空间姿态和变形情况。
14、优选地，测点数据为测点在追踪坐标系中的三维坐标数据。
15、说明：通过三维坐标数据直接计算得到飞机空间姿态及变形数据，相较于传统的通过传感器获取数据的方法，数据获取速度更快，数据精准度更高。
16、优选地，飞机俯仰角度的计算公式为：
17、，
18、上式中，为飞机俯仰角度，为前机身测点在追踪坐标系的坐标值，为前机身测点的追踪坐标系的坐标值，为后机身测点在追踪坐标系的坐标值，为后机身测点的追踪坐标系的坐标值；
19、飞机滚转角度的计算公式为：
20、，
21、上式中，为飞机滚转角度，为前机身测点在追踪坐标系的坐标值，为前机身测点的追踪坐标系的坐标值，为后机身测点在追踪坐标系的坐标值，为后机身测点的追踪坐标系的坐标值；
22、起落架的轮胎压缩量的计算公式为：
23、，
24、上式中，为轮胎压缩量，为轮胎测点的坐标值，为全尺寸飞机试验中飞机起落架触地时轮胎测点的坐标；
25、起落架的缓冲器压缩量的计算公式为：
26、，
27、上式中，为起落架的缓冲器压缩量，为缓冲器下套筒的测点的x坐标值，为缓冲器下套筒的测点的z坐标值，为缓冲器上套筒的测点的x坐标值，为缓冲器上套筒的测点的z坐标值，为起落架前倾角；
28、机翼端部位移变化量即机翼的靶点球的坐标值变化量。
29、说明：通过三维坐标数据能够直接计算得到飞机空间姿态及变形数据，而传统的传感器通过激光测距，其量程有限，获取的数据还是一维，尤其是不能用于测量飞机机翼位置变化数据，与之相比较，本发明的空间姿态及变形测试方法数据获取速度更快，数据精准度更高。
30、优选地，对测点进行追踪的方法包括以下步骤：
31、s1、沿飞机一侧布设数个红外跟踪专用相机矩阵，每个红外跟踪专用相机矩阵由数台红外跟踪专用相机组成，每台红外跟踪专用相机的视野范围内的靶点球相同，通过网线将每个红外跟踪专用相机与万兆交换机连接，再将上位机与万兆交换机电性连接，通过上位机检查红外跟踪专用相机连接状态，确保红外跟踪专用相机与上位机数据连通；
32、s2、通过上位机获取每个红外跟踪专用相机的视野范围，对红外跟踪专用相机的角度和高度进行微调，当飞机静置在地面时，确保所有靶点球均在红外跟踪专用相机的视野范围内，且靶点球位于相机的视野范围垂向的中间区域；
33、s3、将飞机高度调整至起落架下沿与测力平台接触，通过手动触发采集一组测点数据，并记录为零点数据；
34、s4、将万兆交换机与同步锁定装置之间建立连接，同步锁定装置连接触发盒，确定全尺寸飞机试验中启动空间姿态和变形测试的触发条件；
35、s5、当触发条件被触发时，启动空间姿态和变形测试，红外跟踪专用相机实时获取飞机上各个触点对应的测点数据，并将测点数据传输至上位机；
36、s6、上位机对采集得到的测点数据进行提取和计算，得到飞机空间姿态及变形数据。
37、说明：通过红外跟踪专用相机结合飞机的可视化三维图像与标定坐标系模型，能够实时获取飞机上各个靶点球对应的位置变化的三维坐标数据，从而实时计算得到飞机的空间姿态及变形数据。
38、进一步优选地，所有靶点球均在红外跟踪专用相机的视野范围内的判定依据为：每个靶点球存在于3~10台相机的视野内；测点数据的获取方法为：红外跟踪专用相机发出红外光，靶点球反射红外光后再由红外跟踪专用相机捕捉到靶点球的二维图像，即测点的二维图像，再通过动作捕捉软件计算出测点在追踪坐标系中的三维坐标数据，作为测点数据。
39、说明：将靶点球位于多台红外跟踪专用相机的视野内，利于测点位置的确定。
40、本发明的有益效果是：
41、本发明建立追踪坐标系，再基于追踪坐标系建立飞机的可视化三维图像，通过追踪固定在飞机的机身框段和机翼上的靶点球，获取飞机在全尺寸飞机试验中各个部分的三维坐标数据，根据三维坐标数据计算得到飞机空间姿态及变形数据，解决传统传感器无法测量飞机机翼位移的问题，克服了传统传感器使用激光测距、量程有限且获取数据为一维数据，对于空间姿态和变形情况描述不准确的缺陷，具有测量数据更精确、飞机空间姿态及变形过程可视化的优点。