[发明专利]一种基于风洞的空中加油仿真试验装置及方法

权利要求书

1.一种基于风洞的空中加油仿真试验方法，基于一种空中加油仿真试验装置实现，所述装置设置在风洞槽壁试验段，在高速气流环境下模拟实际的空中加油过程；所述装置包括：加油机模型、受油机模型、加油软管、加油锥和运动机构；其中，加油软管的一端与加油机模型连接，另一端与加油锥连接，运动机构用于控制受油机模型与加油锥的距离与角度，实现受油机模型的受油口与加油锥的逐步接近直至对接；

所述方法包括：

步骤s0)在加油软管表面设置若干个标记点，设置风洞的马赫数为Ma＝0.5～0.7；

步骤s1)受油机模型的内置相机将采集的空间位置图像通过信号传输线实时传输至上位机；

步骤s2)加油机模型的动态天平实时记录加油机模型的气动力数据并通过信号传输线实时传输至上位机；

步骤s3)根据上位机的控制，受油机模型的运动机构调整受油机模型与加油锥的距离与角度；

步骤s4)基于模型视频变形测量技术，通过两个以上摄像机对同一个标记点进行成像，得到加油软管表面每个标记点的空间位置坐标，所述摄像机设置在风洞试验段侧窗；

步骤s5)将每个标记点的空间位置坐标投影变换至试验模型坐标系的xy平面；

步骤s6)当受油机模型的受油口与加油锥未完成对接时，转至步骤s1)；否则，转至步骤s7)；

步骤s7)根据模拟受油机与加油锥间不同距离时得到的每个标记点的空间位置坐标投影，计算加油软管的姿态变化，并根据加油机模型的动态天平实时记录的加油软管和加油锥的气动力数据完成综合分析；

所述步骤s7)的计算加油软管的姿态变化具体包括：

其中，θ表示扭转变形角度，表示零状态时第i个标记点在xy平面的投影坐标，表示变形后第i个标记点在xy平面的投影坐标，T_x表示截面后掠位移，T_y表示截面弯曲变形。

2.根据权利要求1所述的基于风洞的空中加油仿真试验方法，其特征在于，所述受油机模型的受油口内设置第一磁性部件，加油锥内设置第二磁性部件，第一磁性部件和第二磁性部件的阴阳极性相反。

3.根据权利要求1所述的基于风洞的空中加油仿真试验方法，其特征在于，所述受油机模型的前端为光学玻璃，内置相机，所述相机透过光学玻璃拍摄加油锥，实时获取动态模拟加油对接时加油锥的空间位置图像，并通过信号传输线实时传输至上位机。

4.根据权利要求1所述的基于风洞的空中加油仿真试验方法，其特征在于，所述受油机模型的后端连接运动机构，所述运动机构根据上位机的控制实现受油机模型前后、上下和左右不同方位的运动，直至受油机模型的受油口与加油锥的逐步接近至对接。

5.根据权利要求1所述的基于风洞的空中加油仿真试验方法，其特征在于，所述加油机模型通过安装在风洞槽壁的整流支架固定。

6.根据权利要求1所述的基于风洞的空中加油仿真试验方法，其特征在于，所述加油机模型内部设置动态天平，用于获取加油软管和加油锥的气动力数据。

7.根据权利要求1所述的基于风洞的空中加油仿真试验方法，其特征在于，所述加油软管为内置钢丝网的橡胶管，所述加油锥为高强度铝合金材质。

8.根据权利要求1所述的基于风洞的空中加油仿真试验方法，其特征在于，所述步骤s4)的每个标记点的空间位置坐标(X,Y,Z)满足下式：

其中，F_x,F_y分别为镜头x方向和y方向的等效焦距，C_x,C_y分别为相机光轴在像平面中的x方向和y方向的投影位置，X₀,Y₀,Z₀分别为相机光心的三维坐标，r₁₁,r₁₂,r₁₃,r₂₁,r₂₂,r₂₃,r₃₁,r₃₂,r₃₃均为相机投影的不同外部参数，X，Y，Z为目标点的空间三维坐标，x，y为目标点的图像像点坐标。