【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于航空，尤其涉及一種旋翼飛行器外吊掛運動測量方法及裝置。
技術介紹
1、進行機外吊掛飛行是直升機主要特長之一，直升機吊掛飛行，已經是直升機最常見的一種運輸方式。直升機的地位和價值也被直升機吊掛飛行的任務能力一次次充分證明。人們早在上世紀五十年代就開始利用直升機執行機外吊掛運輸任務。直升機以其靈活的機動性、無需專用機場等優點，在直升機領域中起著越來越重要的作用。直升機執行機外吊掛運輸飛行時，可運輸大體積貨物，無需考慮直升機本身的裝載體積以及與貨物的外形匹配關系，不受當地地理條件和交通狀況的制約，可將貨物運至偏遠、一般運輸工具難以到達的地方，并可將貨物精確、快速的投放，從而大大拓寬了運輸范圍，減少用時，加快工程進度，提高經濟效率。
2、直升機吊掛起飛時，正常吊掛飛行時吊掛貨物將產生額外的氣動載荷與慣性載荷，會與直升機的運動相耦合，使直升機的飛行動力學特性發生變，如果飛行員未知吊掛貨物載荷變化，未能及時調整飛行姿態，將影響飛行穩定性，此時一旦發動機失效，直升機易進入飛行高度和飛行速度組合確定的危險區(回避區)，造成安全事故；到達目的地后，由于地面效應及其他環境影響，飛行員需要集中精力操控直升機，特別是單飛行員時，無暇顧及吊掛物的投放操作。因此，在直升機設計階段，需要建立完整的直升機外吊掛模型耦合飛行動力學模型對不同飛行狀態特性進行分析。
3、直升機外吊掛運動的精確測量為建立高置信度的直升機/吊掛物組合體飛行動力學模型提供試飛試驗修正和驗證實測數據。由于直升機與外吊掛物相對運動和相互耦合，吊掛物相對較
技術實現思路
1、為了解決外吊掛的三維運動軌跡和運動參數的測量難題，本專利技術提供一種基于應變測試的旋翼飛行器外吊掛運動測量方法及裝置，通過加裝一套便攜式應變測量裝置和載荷標定系數，得到對應機體坐標系的三個不同方向載荷，在通過三角函數運算可得到角度，對時間求導能夠得到對應角速度及速度，能滿足直升機試飛外吊掛運動參數相對運動測量要求，保障直升機吊掛飛行安全。所述技術方案如下：
2、第一方面，提供一種旋翼飛行器外吊掛運動測量方法，采用應變測試的方式，利用載荷應變標定系數計算外吊掛載荷，依據航向、側向、垂向載荷計算外吊掛繩索角度，再對繩索角度進行時間求導得到角速率及加速率，從而推導出外吊掛相對吊掛點的相對速度及相對加速度。
3、可選地，所述方法包括：
4、步驟1、在直升機與外吊掛連接桿梁部位，布置應變組件；
5、步驟2、在直升機機身加裝數據采集系統；
6、步驟3、在直升機不開車狀態下，在直升機與外吊掛連接點，分別沿著航向、側向、垂向施加載荷fx、fy及fz，數據采集系統采集應變組件的應變數據；
7、步驟4、對步驟3中的應變數據進行處理，得出載荷應變系數矩陣k；
8、步驟5、在直升機飛行狀態下，數據采集系統采集應變組件的應變數據；
9、步驟6、依據步驟4中的載荷應變系數矩陣k，以及步驟5采集的應變數據，采用擴展最小二乘法求逆，得到航向、側向、垂向的實際載荷fx、fy及fz；
10、步驟7、依據步驟6得到的實際載荷fx、fy及fz，結合三個力之間三角函數投影關系，得出繩索角度；
11、步驟8、對步驟7得到的繩索角度進行時間求導，求出繩索的角速率及加速率，再乘以繩索長度，從而推導出外吊掛相對吊掛點的相對速度及相對加速度。
12、其中，步驟1中布置應變組件數量≥6，為提高精度，每個應變組件采用全橋或者半橋。
13、其中，為避免受機身過載影響，步驟1中應變組件布置位置應不在機身承力框梁，應布置在外吊掛吊索點上方，其在機身連接桿梁上。
14、其中，垂向載荷滿足：fz≥2倍最大外吊掛設計重量mg；考慮拉壓載荷與應變系數差異，航向載荷滿足：-0.5mg≤fx≤0.5mg；側向載荷滿足：-0.5mg≤fy≤0.5mg。
15、其中，步驟4中，考慮拉壓載荷與應變系數差異，為降低誤差，采用二次曲線表示載荷應變關系為：
16、εi＝k11*fx2+k12*fx+k13*fy2+k14*fy+k15*fz2+k15*fz，
17、相應的矩形式為：
18、
19、計算得到載荷應變系數矩陣k為：
20、
21、其中，
22、εi表示步驟3中采集的第i個測點橋路的應變值2，
23、ki1為航向標定載荷fx2對第i個測點應變組件應變的影響系數；
24、ki2為航向標定載荷fx對第i個測點應變組件應變的影響系數；
25、ki3為側向標定載荷fy2對第i個測點應變組件應變的影響系數；
26、ki4為側向標定載荷fy對第i個測點應變組件應變的影響系數；
27、ki5為垂向標定載荷fz2對第i個測點應變組件應變的影響系數；
28、ki6為垂向標定載荷fz對第i個測點應變組件應變的影響系數。
29、其中，步驟6中，擴展最小二乘法求逆，得到外吊掛承受的實際載荷fx、fy及fz，計算公式為：
30、
31、inv表示矩陣求逆，[]’表示矩陣轉置，εi為應變組件應變值；fx為外吊掛航向實際載荷，fy為側向實際載荷，fz為垂向實際載荷；kn1表示下標為n的應變組件數量。
32、其中，步驟7中，繩索角度包括：航向角θ1和偏航角依據步驟6得到的fx、fy及fz，結合三個力之間三角函數投影關系，按照如下公式計算繩索角度：
33、
34、其中，步驟8中對步驟7得到的繩索角度進行時間求導，求出外吊掛相對吊掛點的相對速度以及對加速度，
35、外吊掛相對吊掛點的相對速度的計算公式為：
36、
37、外吊掛相對吊掛點的相對加速度的計算公式為：
38、
39、其中，l為繩索長度，為k時刻航向相對速度，為k時刻側向相對速度；為k時刻垂向相對速度；δt為采樣間隔；為k時刻航向相對加速度，為k時刻側向相對加速度，為k時刻垂向相對加速度。
40、第二方面，提供一種旋翼飛行器外吊掛運動測量裝置，包括：應變組件、數據采集系統、處理器；應變組件位于直升機與外吊掛連接桿梁部位，用于測量應變數據；
41、數據采集系統與應變組件連接，用于采集應變組件的應變數據；
42、處理器用于：
43、對應變數據進行處理，得出載荷應變系數矩陣k；
44、依據載荷應變系數矩陣k，以及應變數據，采用擴展最小二乘法求逆，得到航向、側向、垂向的實際載荷fx、fy及fz；
45、依據航向、側向、垂向的實際載荷fx、fy及fz，結合三個力之間三角函數投影關系，得出繩索角度；
46、對繩索角度進行時本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種旋翼飛行器外吊掛運動測量方法，其特征在于，采用應變測試的方式，利用載荷應變標定系數計算外吊掛載荷，依據航向、側向、垂向載荷計算外吊掛繩索角度，再對繩索角度進行時間求導得到角速率及加速率，從而推導出外吊掛相對吊掛點的相對速度及相對加速度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟1中布置應變組件數量≥6，每個應變組件采用全橋或者半橋。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟1中應變組件布置在外吊掛吊索點上方，其在機身連接桿梁上。
5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟3中，垂向載荷滿足：fz≥2倍最大外吊掛設計重量Mg；航向載荷滿足：-0.5Mg≤fx≤0.5Mg；側向載荷滿足：-0.5Mg≤fy≤0.5Mg。
6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟4中，采用二次曲線表示載荷應變關系為：
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟6中，擴展最小二乘法求逆，得到外吊掛承受的實際載荷Fx、Fy及Fz，計算公式為：p>
8.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟7中，繩索角度包括：航向角θ1和偏航角依據步驟6得到的Fx、Fy及Fz，結合三個力之間三角函數投影關系，按照如下公式計算繩索角度：
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟8中對步驟7得到的繩索角度進行時間求導，求出外吊掛相對吊掛點的相對速度以及對加速度，
10.一種旋翼飛行器外吊掛運動測量裝置，其特征在于，包括：應變組件、數據采集系統、處理器；應變組件位于直升機與外吊掛連接桿梁部位，用于測量應變數據；
...【技術特征摘要】
1.一種旋翼飛行器外吊掛運動測量方法，其特征在于，采用應變測試的方式，利用載荷應變標定系數計算外吊掛載荷，依據航向、側向、垂向載荷計算外吊掛繩索角度，再對繩索角度進行時間求導得到角速率及加速率，從而推導出外吊掛相對吊掛點的相對速度及相對加速度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟1中布置應變組件數量≥6，每個應變組件采用全橋或者半橋。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟1中應變組件布置在外吊掛吊索點上方，其在機身連接桿梁上。
5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟3中，垂向載荷滿足：fz≥2倍最大外吊掛設計重量mg；航向載荷滿足：-0.5mg≤fx≤0.5mg；側向載荷滿足：-0.5mg≤fy≤0....
【專利技術屬性】
技術研發人員：虞漢文，余忠烜，朱光明，張樹鵬，湯永，鮑志澤，
申請(專利權)人：中國直升機設計研究所，
類型：發明
國別省市：
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