在航空航天探索的道路上，飛行器承擔(dān)著越來越多的任務(wù)。飛行器結(jié)構(gòu)件動(dòng)力學(xué)參數(shù)正確辨識(shí)是完成任務(wù)的重要保障，能夠?yàn)轱w行器自身提供所需的控制參數(shù)，增強(qiáng)飛行器自適應(yīng)性、精確性及智能性。

在飛行器運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)測(cè)量，飛行器結(jié)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)分析大多基于理論模擬或者風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。然而，在實(shí)際飛行中，飛行器的軌跡姿態(tài)復(fù)雜多變，空中飛行狀態(tài)下結(jié)構(gòu)件的軌跡、姿態(tài)、位移、變形等多種運(yùn)動(dòng)軌跡姿態(tài)，均直接影響飛機(jī)的空中安全性以及空氣動(dòng)力性能。

在飛行器結(jié)構(gòu)件測(cè)量過程中，被測(cè)物飛行過程會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致觀測(cè)區(qū)域會(huì)旋轉(zhuǎn)到相機(jī)無法觀測(cè)面。

接下來，通過旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)球模型試驗(yàn)，分享新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)姿態(tài)分析、6-DOF軌跡姿態(tài)測(cè)量的應(yīng)用，并展示其在軌跡、姿態(tài)、位移、變形測(cè)量應(yīng)用的典型案例。

旋轉(zhuǎn)模型標(biāo)識(shí)點(diǎn)三維坐標(biāo)獲取

采用實(shí)心球模型實(shí)驗(yàn)，采用新拓三維XTOM藍(lán)光三維掃描儀對(duì)球模型進(jìn)行三維掃描，獲取實(shí)心球表面標(biāo)識(shí)點(diǎn)三維坐標(biāo)，確保實(shí)心球滾動(dòng)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡分析時(shí)，不會(huì)錯(cuò)過任何關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集一次圖像，收集和分析每個(gè)相機(jī)重疊視場的共同數(shù)據(jù)，使用標(biāo)定數(shù)據(jù)和類似于結(jié)構(gòu)光的三角測(cè)量公式，可以確定每個(gè)時(shí)間段的三維表面或網(wǎng)格。為了測(cè)量軌跡姿態(tài)，將表面標(biāo)識(shí)點(diǎn)與初始狀態(tài)進(jìn)行比較，從而提供三維云圖和表面法向增量。

采用XTDIC三維全場應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，通過導(dǎo)入三維掃描獲取的標(biāo)識(shí)點(diǎn)坐標(biāo)，利用標(biāo)志點(diǎn)分布特征，可確定點(diǎn)陣之間的幾何相關(guān)關(guān)系以及相對(duì)位置，從而達(dá)到高質(zhì)量相關(guān)匹配。

新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，通過時(shí)間軸精準(zhǔn)匹配，可持續(xù)追蹤同名點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析及6-DOF軌跡姿態(tài)測(cè)量。通過六自由度的精密跟蹤，記錄實(shí)心球運(yùn)動(dòng)軌跡全過程，能快速并準(zhǔn)確地獲得剛體的運(yùn)動(dòng)軌跡和姿態(tài)。

DIC技術(shù)在軌跡姿態(tài)測(cè)量的應(yīng)用

軌跡姿態(tài)追蹤應(yīng)用介紹

DIC技術(shù)在軌跡測(cè)量領(lǐng)域的典型應(yīng)用，在于航空飛行器在飛行狀態(tài)下的位移姿態(tài)測(cè)量，例如彈道軌跡、飛機(jī)姿態(tài)、俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)角等，這對(duì)DIC測(cè)量搜索區(qū)域的識(shí)別提出新的挑戰(zhàn)。軌跡姿態(tài)測(cè)量的難點(diǎn)在于：被測(cè)物剛性無變形，但測(cè)量過程會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致觀測(cè)區(qū)域會(huì)旋轉(zhuǎn)到相機(jī)無法觀測(cè)面。

采用新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，通過在測(cè)物表面都布置標(biāo)記點(diǎn)，即使被測(cè)物旋轉(zhuǎn)到不同位置，DIC相機(jī)也可以識(shí)別標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)標(biāo)識(shí)點(diǎn)三維坐標(biāo)都已提取到DIC軟件內(nèi)，物體旋轉(zhuǎn)過程只要能觀測(cè)部分標(biāo)識(shí)點(diǎn)，均可測(cè)量被測(cè)物的軌跡姿態(tài)。

軌跡姿態(tài)測(cè)量傳統(tǒng)方法是傳感器、經(jīng)緯儀測(cè)量或者簡單的二維影像跟蹤測(cè)量，只能粗略地估算出被測(cè)物運(yùn)動(dòng)規(guī)律，屬定性分析。

XTDIC三維全場應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)可快速解算剛體形心運(yùn)動(dòng)軌跡與姿態(tài)，通過分析剛體標(biāo)志點(diǎn)精確解算其三維坐標(biāo)，反求出剛體坐標(biāo)系相對(duì)于世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣，即姿態(tài)與軌跡。

風(fēng)洞試驗(yàn)-飛機(jī)姿態(tài)測(cè)量

采用DIC三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)配合高速相機(jī)，通過觀察窗觀測(cè)風(fēng)洞中飛行器姿態(tài)、變形與局部應(yīng)變。

直升機(jī)旋翼運(yùn)行軌跡DIC測(cè)量

采用DIC三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，工況下實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、跟蹤直升機(jī)旋翼裝備表面關(guān)鍵標(biāo)記點(diǎn)振動(dòng)與位移。

彈體姿態(tài)和軌跡跟蹤

采用地面高速相機(jī)，高速拍攝設(shè)定觀察窗口中目標(biāo)對(duì)象圖像，結(jié)合DIC三維動(dòng)態(tài)測(cè)量軟件分析，實(shí)現(xiàn)彈倉開啟受力變形、彈體姿態(tài)和軌跡追蹤測(cè)試。