飞行器结构动力学的前沿探索与应用

引言

飞行器的动态性能和安全性受到飞行器结构动态特性的直接影响，特别是对于直升机而言，其长桨叶和大承载量使得桨叶在飞行过程中的弹性变形显著增加。这种变形若超出设计允许范围，将对飞行安全及气动性能产生重大影响。因此，旋翼结构动力学分析与验证成为确保飞行器性能和安全的关键环节。

面临的挑战

传统接触式和视觉测量方法在应对复杂工况下机翼大变形的测量时存在局限性。这些方法依赖于系统标定参数，但在面对复杂工况及大尺寸测量时，往往难以准确标定或因测量误差过大而无法应用。此外，三维全场动态变形检测是目前的一大技术难题。

创新解决方案

新拓三维XTDIC-STROBE三维动态测量系统通过结合标定与测量同步进行的技术，实现了一毫米至五十米视场三维坐标的精确重建。该系统不仅能够在生产与运行状态下应对高温、振动、大尺寸和大变形的测量需求，还大幅提升了结构动力学测试的全局性，为直升机旋翼提供了更为全面的结构动力学参数支持。

技术亮点

• 全局参数识别与追踪：XTDIC-STROBE系统能够识别和追踪数百万至千万个变形点，实现大数据量精确高效的三维结算，空间分辨率远超传统测试方法，确保了关键变形区域信息的完整捕捉。
• 振动工况下的实时检测：通过自主研发的参数自校正三维变形测量方法，系统能够解决直升机机载测量基准失稳的动态测量难题，实现振动工况下运动和变形的三维实时检测，精度相比传统方法提高两个数量级。
• 大尺寸全方位变形检测：研发的全局关键点与局部细节变形整体解算方法，有效解决了大尺寸工件多次测量误差累积的问题，实现了50米工件的全方位变形三维动态检测，突破了传统方法的技术瓶颈。

DIC测试流程概述

数字图像相关法(DIC)测试流程包含设备架设、相机内外参数标定、桨叶表面标记点制作、左右相机采集旋翼桨位移轨迹、计算重构标记点坐标值并分析桨叶运动参数等步骤，为结构动力学参数的获取提供了一套高效且准确的方法。

重型直升机旋翼动力学特征分析

针对重型直升机的载重和变形特性，DIC技术能够实现对旋翼桨叶运动参数（如挥舞角、摆振角、总距）的精确测量，为直升机性能评估和故障诊断提供可靠依据。通过旋翼动力学试验，DIC技术能够获取三维变形应变数据及桨叶运动参数，为旋翼桨叶的动力学特性分析提供有力的数据支持，展现出低测试环境要求、多参数测量、大测试量程等优势。

结论

随着新技术的应用，直升机旋翼结构动力学的测量与分析得到了显著提升，不仅解决了复杂工况下变形检测的难题，还为直升机性能优化和安全运营提供了强有力的技术保障。未来，随着数字化、智能化技术的进一步发展，直升机旋翼的动力学研究将迎来更多创新机遇。