Диссертация (Разработка двухканальной системы измерения положения лопастей вертолета), страница 12

1.4].На рисунке 5.10 представлен фрагмент схемы получения комплексныхизмерений.113Тензометрические измеренияОптические измеренияКомплексные измерения051015202530354045Номер измеренияРисунок 5.10. Схема получения комплексных измеренийНижний ряд (синие точки) соответствует тензометрическим измерениям (20измерений на каждый оборот винта) деформаций лопасти в соответствующиемоменты времени.Верхний ряд (оранжевые точки) обозначает оптические измерения (какминимум одно измерение на каждом обороте). Здесь на основе обработки и анализаизображений проводится измерение положения лопасти в искомой системекоординат вертолета.После пересчета тензометрических измерений с учетом результатовоптических измерений получаются значения комплексных измерений (в системекоординат вертолета) во всем диапазоне тензометрических измерений (средний рядточек).На рисунках 5.11 и 5.12 приведены графики тензометрических измерений длячетырех тензометрических датчиков для экспериментов № 1 и № 2.

Нумерациядатчиков начинается от комля лопасти. На горизонтальной оси находится номеризмерения (измерение проводятся с шагом в 5 миллисекунд).114Рисунок 5.11. Измерения тензометрической системы (эксперимент № 1)Рисунок 5.12. Измерения тензометрической системы (эксперимент № 2)Были выбраны несколько участков с постоянным режимом работы винта(шаг лопастей, частота оборотов) и рассчитаны математические ожидания (МО) исреднеквадратические отклонения (СКО) для каждого участка (таблица 5.3 и 5.4)для каждого из экспериментов. Эксперимент № 1 содержит 5 участков,эксперимент № 2 – 9 участков.115Таблица 5.3. МО и СКО на участках (эксперимент № 1)ДиапазонТяга,измеренийкгМО, мВ1(шаг2СКО, мв341234датчик датчик датчик датчик датчик датчик датчик датчикизмерения 5мс.)8500-950004434935476120,510,711,391,8114000-15000164444975536220,830,992,151,8818000-19000354455035616350,921,062,152,6923000-24000564475095696490,751,352,243,0727000-28000604475115716530,681,572,613,58Таблица 5.4.

МО и СКО на участках (эксперимент № 2)ДиапазонТяга,измеренийкг(шаг измеренияМО, мВ123СКО, мв41234датчик датчик датчик датчик датчик датчик датчик датчик5 мс.)6000-700004434945496170,640,561,582,0713000-14000274444965536250,740,471,651,4320000-21000504454995576331,030,511,752,2626000-27000724465025616411,041,041,932,6631000-32000944475045666500,780,752,273,0236000-370001214475075706600,580,912,012,7740000-410001444485105756690,820,991,912,7545000-460001624495135796771,010,731,542,0950000-510001764495145826831,112,473,716,72На рисунке 5.13 и 5.14 представлены графики оптических измеренийположений торца лопасти, на которой расположены тензометрические датчики дляобоих экспериментов. На горизонтальной оси находится номер измерения(измерение проводятся с шагом в 5 миллисекунд).116Рисунок 5.13.

Измерения оптической системы (эксперимент № 1)Рисунок 5.14. Измерения оптической системы (эксперимент № 2)Были выбраны аналогичные участки с постоянным режимом работы винта(шаг лопастей, частота оборотов) и определены МО и СКО для каждого участка(таблица 5.5 и 5.6).117Таблица 5.5. МО и СКО на участках (эксперимент № 1)Диапазон измеренийТяга, кгМО, ммСКО, мм6000-70000-35,311,1314000-1500016-19,930,9818000-1900035-7,850,7622000-23000565,131,0328000-29000606,171,96(шаг измерения 5 мс.)Таблица 5.6.

МО и СКО на участках (эксперимент № 2)ДиапазонТяга, кгМО, ммСКО, мм4000-50000-30,091,3711000-1200027-18,630,6816000-1800050-9,290,6823000-2400072-1,280,5528000-29000942,470,8433000-3400012111,041,4439000-4000014424,720,9944000-4500016228,41,46(шаг измерения 5 мс.)Используя методику комплексирования [разд. 1.4], были вычисленыкоэффициенты модели пересчета. Результаты расчетов приведены в таблицах 5.7 и5.8.Таблица 5.7. Значения коэффициентов (эксперимент № 1)x0x1x2x3x4-128,881-0,029-0.2470.025-0.0065118Таблица 5.8.

Значения коэффициентов (эксперимент № 2)x0x1x2x3x4-115.449-0.099-0.021-0.034-0.062На рисунках 5.15 и 5.16 представлены графики комплексных измеренийположения торца лопасти. На горизонтальной оси находится номер измерения(измерение проводятся с шагом в 5 миллисекунд).Рисунок 5.15. Комплексные измерения (эксперимент № 1)119Рисунок 5.16. Комплексные измерения (эксперимент № 2)Были выбраны участки с постоянным режимом работы винта (шаг лопастей,частота оборотов) и определены МО и СКО для каждого участка (таблица 5.9 и5.10).Таблица 5.9. МО и СКО на участках (эксперимент № 1)Диапазон измеренийТяга, кгМО, ммСКО, мм6000-70000-38,093,4214000-1500016-27,352,8818000-1900035-13,772,4822000-23000561,034,2728000-29000606,023,68(шаг измерения 5 мс.)Таблица 5.10.

МО и СКО на участках (эксперимент № 2)ДиапазонТяга, кгМО, ммСКО, мм4000-50000-28,931,4211000-1200027-21,410,8816000-1800050-13,090,8823000-2400072-4,562,0128000-29000943,252,8333000-340001217,432,1739000-4000014420,762,1544000-4500016228,461,77измерений (шагНа рисунках 5.17 и 5.18 приведены графики СКО комплексных измерений навыбранных участках для экспериментов № 1 и № 2.120СКО отклонения торца лопасти вмм4,543,532,521,510,50010203040506070Тяга, кгСКО отклонения торца лопастив ммРисунок 5.17. Эксперимент № 132,521,510,50020406080100120140160180Тяга, кгРисунок 5.18.

Эксперимент № 2Анализируя данные из таблиц с тензометрическими измерениями (таблицы5.3, 5.4) и с оптическими (таблицы 5.5, 5.6) измерениями можно сделать вывод, чтодля этих экспериментов присутствует некоторый разброс измерений для участковс постоянным режимом работы винта, что видно по СКО. Это объясняетсяпогрешностью измерений и собственными колебаниями торца лопасти.121СКО на участках с постоянным режимом работы винта у комплексныхизмерений (график 5.17 и 5.18) удовлетворяет поставленным требованиям к задаче.Адекватностьмодели.Всоответствиитребованиемпоточностимаксимальная ошибка измерения положения торца лопасти должна удовлетворятьследующему условию max  3   тр  30 мм.(5.7)Будем считать, что выполнение данного требования соответствуетподтверждению адекватности модели во всем рабочем диапазоне измерений.Параметр max определяется следующим образом max  max( yкомп  yопт )гдеy ком п– комплексные измерения,y опт(5.8)– оптические.Адекватность выбранной модели подтверждают графики 5.19 и 5.20.

Нагоризонтальной оси находятся комплексные измерения, на вертикальной оси –оптические измерения. Принимая, что оптические измерения являются точными,необходимо оценить ошибки (относительно оптических измерений) комплексныхизмерений, полученных в результате использования коэффициентов перехода.Абсолютно точные комплексные измерения (идеальная модель) соответствуютдиагональной прямой на рисунках 5.19 и 5.20.122Рисунок 5.19. Эксперимент № 1yкомп , ммРисунок 5.20. Эксперимент № 2На графиках видно, что реальные значения комплексных измеренийкачественно соответствуют оптическим измерениям.

Таким образом, предлагаемаямодель во всем диапазоне отклонений торца лопасти близка к идеальной модели.Невязка между оптическими и комплексными измерениями. Награфиках5.21и5.22представленыневязкимеждукомплекснымии123соответствующими им по времени оптическими измерениями (рисунок 5.10) дляэкспериментов № 1 и № 2 соответственно.Рисунок 5.21. График невязки (эксперимент № 1)Математическоеожиданиеневязкисреднеквадратическое отклонение 2,81 мм.составляет0,15мм,124Рисунок 5.22. График невязки (эксперимент № 2)Математическоеожиданиеневязкисоставляет0,13мм,среднеквадратическое отклонение 4,28 мм.5.4.

ВыводыВрезультатепроведенныхисследованийполученныерезультатыэкспериментальных исследований подтвердили физическую реализуемостьизмерений и их соответствие следующим требованиям к комплекснойсистеме измерений:- частоту измерений f  200 1/ с ;- измерения (в системе координат вертолета) на всем круговом диапазоне(0 - 360) положения лопасти;- среднеквадратическую ошибку измерений σ ≤ 10 мм.125ЗАКЛЮЧЕНИЕ1. Показано, что с помощью разработанного программно-аппаратного комплексадвухканальной системы измерений (оптический и тензометрический каналы)обеспечиваются измерения положения торца лопасти: c частотой измерений f  200 1/ с ; на всем круговом диапазоне (0 - 360) положения лопасти; со среднеквадратической ошибкой σ ≤ 10 мм измерения положения торцалопасти в системе координат вертолета в вертикальной плоскости,что удовлетворяет предъявляемым требованиям [разд. 1.3] по частоте измерений,диапазону измерений, точности и системе координат;2. Предложена методика комплексирования оптических и тензометрическихизмерений, включающая математическую модель пересчета тензометрическихизмерений в отклонения торца лопасти в системе координат видеокамеры(которая позволяет пересчитать измерения в систему координат вертолета);3.

Разработанпрограммно-аппаратныйкомплексдвухканальнойсистемыизмерений, обеспечивающий измерения положения торца лопасти вертолета;4. Разработан комплекс алгоритмов, позволяющий динамически измерятьположения торца лопастей и включающий следующие частные алгоритмы: пересчета значений тензометрических измерений в линейные перемещенияторца лопасти; обнаружения и идентификации лопасти на принимаемых видеокадрах; измерения положения торца лопасти в вертикальной плоскости вдинамическом режиме; комплексирования тензометрических и оптических измерений;5. Повышение точности определения положения торца лопасти по вертикалидостигнутоиспользованиемметодовулучшенияусловийнаблюдения,включающих выравнивание текстуры фона и повышение контрастностиобъектов «лопасть-фон»;1266.

Для повышения количества измерений в оптическом канале за полный оборотлопасти были рассмотрены варианты с использованием двух и четырехвидеокамер.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Кривцов, В.С. Проектирование вертолетов [Текст]: учебник / В.С. Кривцов,Я.С. Карпов, Л.И. Лосев. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк.

авиац. ин-т»,2003, – 344 с.2. Володько, А.М. Вертолет в особой ситуации [Текст] / А.М. Володько. – М.:Транспорт, 1992. – 262 с.3. Володько, А.М. Основы летной эксплуатации вертолетов. Динамика полета[Текст]: учебник / А.М. Володько. – М.: Транспорт, 1986. – 263 с.4. А.И.Данилин,С.В.Жуков,Оптоэлектронныесистемыопределениядеформационного состояния несущего винта вертолета // Известия Самарскогонаучного центра РАН. 2016. Т. 18.

№4(5). С. 57-625. Advanced Technologies in Failure Prevention: Proceedings of the 43rd Meeting ofthe Mechanical Failures Prevention Group, T. Robert Shives (Editor), CambridgeUniversity Press, 19916. M.B. Walter, Mechanical diagnostics-past, present and future, AUTOTESTCON '90.IEEE Systems Readiness Technology Conference, 19907. Bosnyakov S., Kulesh V., Morozov A. [et al.]. Videogrammetric system for study ofdeformation of real-scaled helicopter rotor blades // SPIE 0277-786X/99. — 1999.

—V. 3516, Part 1. — P. 196–209.8. Иншаков, И.С., Исследование движения лопасти натурного винта вертолета вназемных испытаниях и в полете, Тезисы 52-ой научной конференции МФТИ,2009, 38-39 с9. Кузнецов А.М. Устройство для измерения координат лопастей вращающегосянесущего винта вертолета: Пат. 2180122 (РФ). 200212710. Борисов Ю.А., Левко Г.В., Муравьев А.Ю. Способ измерения несоконусностилопастей несущего винта вертолета и устройство для его осуществления: Пат.2415053 (РФ).