大型飞机风洞试验的三维视频动态变形测量方法和实验研究

大型飞机模型在风洞试验时变形很大，需要精确测量其三维变形数据。本项目采用三维视频动态变形测量方法，在风洞试验时采用多组相机（两个相机为一组）高速拍摄模型多个部位的视频图像，计算飞机模型关键点各个时刻的三维坐标，从而计算出模型关键点的位移变化和变形数据。本项目通过风洞现场试验和分析，获取风洞试验对测量精度的影响规律，建立测量误差模型。研究风洞变形测量的光束平差捆绑调整的模型和算法，实现多相机多时刻的三维变形测量，大大提高风洞试验的变形测量精度。针对风洞试验现场环境，研究新的大幅面双相机自标定技术，实现2米测量空间的相机高精度标定方法。研究风洞动态变形测量的标志点识别算法、标志点的三维重建算法、标志点动态跟踪算法、多组相机测量数据的统一。该项目不但是中国大型飞机风洞试验必须的变形测量手段，还可代替传统应变片和高精度位移传感器，广泛用于各种机械设备三维动态变形分析。

项目组完成了该项目规定的研究任务和各项目标。本项目通过风洞现场试验，分析了风洞环境对测量精度的影响规律，建立了风洞实验变形测量误差模型，实现了测量结果的捆绑调整优化，并进一步提出耦合相机模型进行相机动态定位，消除或减小了风洞试验中冲击振动、高压高速气流、激波折射等因素对变形测量精度的影响。针对风洞试验现场环境，研究出一种基于十字型标定架和10参数相机畸变模型的大幅面多相机自标定技术，并完成了2米和4米范围测量空间的试验验证，该技术灵活、高效，且具有较高的标定精度。通过开展风洞动态变形测量核心算法研究，提出并实现了风洞动态变形测量的标志点分块快速识别算法、密集标志点多极线匹配三维重建算法、基于约束搜索球的标志点快速动态跟踪算法、多相机全局定向的测量数据融合算法以及海量数据分包快速处理算法。项目完成后，已成功应用于中国空气动力研究所与发展中心大型飞机风洞试验现场的变形测量，完成了多个国家重点型号飞机的风洞实验，为变形测量提供了有效手段，且与传统方法相比优势明显。本项目取得大量研究成果，超额完成项目规定的预期成果目标。共发表高水平论文35篇，其中SCI收录论文15篇，EI收录论文20篇；申报国家发明专利5项，其中4项已获授权；获得校级优秀博士论文1篇，省部级科技成果一等奖1项，科技成果鉴定1项。项目执行期间，培养在读博士研究生9人，毕业博士研究生4人，在读硕士研究生13人，毕业硕士研究生12人。