Диссертация (Разработка двухканальной системы измерения положения лопастей вертолета)

Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования«Московский авиационный институт(национальный исследовательский университет)»на правах рукописиПрохоров Павел ДмитриевичРАЗРАБОТКА ДВУХКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯПОЛОЖЕНИЯ ЛОПАСТЕЙ ВЕРТОЛЕТА05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации(Авиационная и ракетно-космическая техника)05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексыпрограммДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата наукНаучный руководитель: кандидат технических наук, профессорКим Николай ВладимировичНаучный консультант: доктор технических наукАникин Виктор АндреевичМосква 2017 г.2ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ .....................................................................................................................

41. МЕТОДИКА КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПОЛОЖЕНИЯ ЛОПАСТИНЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА ....................................................................... 111.1. Эффективность управления положением лопастями несущего винтавертолета ....................................................................................................................

111.2. Выбор каналов измерения ................................................................................. 131.3. Структура системы измерений ......................................................................... 161.4. Необходимость комплексирования измерений ............................................... 211.5.

Методика комплексирования тензометрических и оптических измерений 221.6. Процедура расчета коэффициентов модели .................................................... 221.7. Постановка задачи .............................................................................................. 251.8. Выводы ................................................................................................................ 272. ИЗМЕРЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЛОПАСТИ НЕСУЩЕГО ВИНТАВЕРТОЛЕТА НА ОСНОВЕ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ............

282.1. Тензометрические измерения деформации лопасти ...................................... 282.2. Структура тензометрической системы измерения ......................................... 312.3. Программно-алгоритмическое обеспечение ................................................... 352.4. Исследование тензометрической системы измерений ................................... 362.5. Выводы ................................................................................................................

413. ИЗМЕРЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЛОПАСТИ НЕСУЩЕГО ВИНТАВЕРТОЛЕТА С ПОМОЩЬЮ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗАИЗОБРАЖЕНИЙ ......................................................................................................... 433.1. Варианты реализации оптических измерений ................................................ 433.2. Комплекс алгоритмов обработки и анализа видеоинформации ................... 503.3 Обнаружение с улучшенными условиями наблюдения .................................. 663.4 Измерение положения торца лопасти ...............................................................

713.5 Идентификация лопастей ................................................................................... 793.6. Выводы ................................................................................................................ 824. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДВУХКАНАЛЬНОЙСИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ ........................................................................................ 8434.1 Описание программно-аппаратного комплекса двухканальной системыизмерений положения лопасти ................................................................................

844.1.1 Аппаратная часть программно-аппаратного комплекса .......................... 844.1.2. Тензометрический канал ............................................................................ 854.1.3. Оптический канал........................................................................................ 914.2. Программная часть программно-аппаратного комплекса ............................. 934.2.1.

Программное обеспечение тензометрической станции .......................... 944.2.2. Программное обеспечение вычислительного блока ............................... 954.3. Выводы .............................................................................................................. 1025. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ ..........................................................

1035.1. Оценка точности оптической системы на основе обработки изображений................................................................................................................................... 1035.2. Оценка подобия траекторий движения лопастей ......................................... 1055.3. Комплексные измерения ................................................................................. 1125.4. Выводы ..............................................................................................................

124ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 125СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ....................................................................................... 1264ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. Безопасность полета вертолета может быть повышеназа счет реализации процесса измерения в реальном времени траекторий движениялопастей. В этом случае можно будет реализовать безопасное управление всоответствии с положением лопастей.В частности, вертолеты с соосной схемой имеют преимущества передвертолетами с одновинтовой схемой, однако на некоторых режимах полета естьвероятность сближения лопастей вплоть до их столкновения с последующим ихразрушением [1].Возможное опасное сближение лопастей может произойти из-за следующихпричин [2, 3]:1) в условиях сильного ветра или из-за воздействия индуктивного потока –раскрутка и остановка несущего винта;2) при крутом снижении – попадание вертолета в режим вихревого кольца;3) выполнение энергичного, но в то же время недостаточно координированногоманевра с определенными характеристиками;4) существенное превышение максимально допустимой скорости полета привыполнении пикирования с определенными характеристиками.Эти факторы существенно влияют на условия применения таких вертолетови ограничивают их функциональные возможности, в том числе и максимальнуюскорость полета.Тема диссертации – исследование и разработка подходов, обеспечивающихизмерения положения лопастей на различных режимах работы винта вертолета.Существует ряд работ по определению положения лопастей вертолета.Наиболее часто для этой цели используются оптические или лазерные системыизмерения [4].Так, для контроля положения лопастей фирмой Scientific Atlanta быларазработана оптическая измерительная система RADS AT [5, 6], недостатком5которой является проведение измерений отклонения торцов лопастей в однойточке.В работе [7] предложена видеограмметрическая система, реализующаялазерно-оптический метод исследования траекторий движения и изгибнокрутильных деформаций лопастей несущих винтов.

Особенность данной работы,заключается в том, что измерительная система находится не на самом объектеисследования, а отдельно в зоне прямой видимости. Подобный подход рассмотренв [8].В работе [9] предполагается использование установленной на фюзеляжевертолета оптической системы. В [10, 11] представлено развитие данной работы.Известны зарубежные аналоги измерительных систем, основанных наиспользовании оптических методов измерения. Одним из них является патентMaxwell R.H. «Optical tracker system for determining the position of a rotating body»[12]. Кроме того, опубликованы патенты на систему определения соконусностинесущего винта и межлопастного расстояния с помощью двух оптическихпреобразователей авторов Simpkins W., Wilson J., Dorris D. «Systems and Methods ofTracking Rotor Blade» [13], а также патент Christopher I.M.