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直升机桨叶动态轨迹跟踪测量试验

    纵观直升机的发展历史,直升机桨叶的技术更替就是直升机的发展史,世界各国都把直升机的旋翼技术当作直升机的关键技术来研制。

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    (以下实物图均为直升机桨叶示意图)

    直升机桨叶技术,是集空气动力学、材料学、机械加工技术等高新技术于一体的综合性技术。桨叶的旋转,带动直升机实现垂直起飞,前进及悬停等各种飞行姿态,桨叶的各种技术指标,直接体现了直升机的机动性能。

    直升机桨叶的生产、调试、检测过程,是直升机装配的重要依据标准,也是桨叶特性参数的参照基准,是直升机研发过程的重要部件。

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    直升机桨叶在制造过程中和装配飞机前,要对其进行静态特性参数的测试,在动平衡试验台上对桨叶的动态特性参数进行检测和校准,在直升机交付使用后,也要对桨叶进行定期的保养和维护。

    为了对直升机的主桨和尾桨在高速转动过程进行跟踪测试,基于数据为后期的研发和测试提供相应的支持,某直升机研究所采用新拓三维XTDIC全场变形应变测量系统对桨叶关键点进行追踪测量。

    实验拟分析高速转动的直升机桨叶表面关键点的位移历程,实验测试分为主桨、尾桨两部分进行。

    测量的难点

    直升机桨叶旋转起来后速度快、力度大

    直升机体较大,桨叶旋转后具有一定危险性

    传统的接触式测量,布点多,接线多

    高速旋转的桨叶会导致接线的缠绕损坏

    DIC-动态变形测量解决方案

    本实验采用DIC三维动态变形测量系统,搭配先进的高速相机+3D算法分析软件,基于数字图像相关技术及双目立体视觉技术,通过追踪叶桨表面的标志点,实现运动过程中叶桨表面标志点三维位移场的计算。

    数据采集方式

    本次实验图像数据采集,分为直升机主桨转动和直升机尾桨转动两部分进行,主桨桨叶大,但转速稍低,尾桨桨叶小,但转速快。

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    1、主桨转动测试

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    实验采集过程中,XTDIC系统配置高速相机架设于主桨下端,测头仰起观测桨叶下表面。由于主桨较大,分为两个测头进行观测,选择一片桨叶在其下表面黏贴标志点。

    当被测桨叶转到测头一的视场内时,测头一进行一次采集,当其进入测头二的视场内,测头二进行一次采集,如此往复循环,完成数据采集。

    2.尾桨转动测试

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    尾桨在直升机体后端,面积小但转速快。首先在其表面黏贴标志点,配置高速摄影XTDIC系统采集尾桨转动的全过程,将采集完成的图像导入分析软件进行计算,实现数据结果的获取。

    主桨实验及数据分析结果

    完成整个实验图像的获取后,分析软件自动计算动态跟踪标记点的多种参数。选取其中某个关键点,可绘制叶片关键点位移历程曲线。

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    尾桨实验及数据分析结果

    当直升机尾桨转动至稳定状态时,高速摄影相机按照1280*1024pixels的分辨率采集图像,直至其内存存储满。

    分析其中的关键点,可绘制叶片关键点位移历程曲线。

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    本次试验利用新拓三维的XTDIC三维动态变形测量系统,实现了对桨叶挥舞过程位移场参数的测量,通过比对测量结果与设计标准数据,有助于分析桨叶挥舞参数变化的原因,对其进行校准调整,为桨叶的研发、生产、维护提供数据支撑。

    直升机桨叶的调试和改进,对直升机的机动性、操纵性、速度、振动水平、寿命、安全性及维护性等有着巨大的提升作用。对桨叶在高速旋转过程中进行位移测量,可更好地保证基准桨叶特性参数的延续性和稳定性,有助于改进桨叶的气动特性,增加飞机的气动特性。


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