坏了的飞机不要着急丢!地学人有大用处

作者: 方远

来源: 石头科普工作室

发布日期: 2022-06-18 12:20:22

本文介绍了飞机试飞的重要性及其过程,特别是近乎破坏性的试飞,以及如何通过测量和三维建模技术来确定飞机的形变程度和破坏条件。

坏了的飞机不要着急丢!地学人有大用处。这里说的坏了的飞机可不是载着一大波乘客的飞机在天上坏了,而是有这样一个神秘而专业的组织,他们的任务就是想方设法怎么样把一个好好的飞机飞坏。这份工作就是飞机试飞,相关单位就是中国飞行试验研究院(中航工业试飞中心)简称试飞院。飞机试飞是指飞机在正式使用前进行试验性飞行,掌握飞机各个部分产生形变的程度、形变极限以及在可承受范围内的极限速度、压强等条件信息。

试飞又分为工程试飞、定型试飞、武器打靶试飞三个阶段,在这里我们重点关注的是近乎破坏性的试飞,就是把他飞坏需要什么条件?如何定量又直观的确定它“坏”到了什么程度呢?传统的方法是根据经验丰富的试飞员设置标准,记录机翼的累计飞行时间,达到一定时长后,就需要更换机翼。而形变测量是就是通过测量获取变形前后的点位高程、坐标等有效数据加以比对,通过测量不同时期的相关数据的变化,进而确定被观测物体的形变程度。

常规的测量技术包括全站仪观测法、摄影测量法、三维激光扫描法、BIM可视化建模法等。什么是近景摄影测量?此摄影非彼摄影,摄影测量是指运用摄影机和胶片组合测量目标物的形状、大小和空间位置的技术。对被观测物体进行多次反复拍摄,将因为不同点位相机所拍摄的相片具有一点重叠,同一位置在不同相片上的点称之为同名点,利用同名点、同名线的相对位置关系,即可将二维影像信息转换成三维模型。

共线条件方程表示,在摄影瞬间,像投影中心、物点和像点位于同一条直线上。由于飞机长得三扁四不圆,不同试飞任务下形变测量位置存在差异。我们将飞机整体分为四部分:机身部分、机翼部分、尾翼部分、动力装置部分。这样的区域划分,有助于通过影像判断获取数据位置信息以及后续影像拼接。

通过在机身上部分特征点,结合三维激光扫描技术获取三维坐标信息,得到部分特征点之间相对位置关系,从而在飞机上建立独立坐标系,将地面的三维坐标数据与飞机坐标系结合。经过一系列骚操作后,建立供控制点观测的一级控制网。而所谓特征点,就是有特征的点,而飞机表面色调单一,缺少纹理,需要在机翼、机身重要组成部分张贴人工标志,以便影像采集过程的自动识别与测量。

但考虑到张贴、取下标志点较为耗时,采用投点仪进以有效地减少贴人工标志的时间,但仍需少量特征点满足后续三维激光扫描坐标采集,转换的需求。什么是三维激光扫描呢?三维激光扫描,是通过扫描仪发射激光测量被测物体表面与扫描仪之间的斜距、水平角、垂直角,从而建立二者间相对位置关系获得被测点位三维数据,即得到的坐标是扫描仪与被测点的空间相对坐标。

而手持式三维扫描仪,在对飞机进行扫描时,配合全局摄影测量系统,消除累计误差提高精度。采用多条线束激光来获取物体表面的,点位信息通过视觉标记来确定扫描仪在扫描过程中的空间位置,完成物体表面的三维点云整体重构。

由于该项目涉及到保密问题,采用小飞机模型模拟飞机表面建模过程,实现对含有点位信息的数据进行可视化操作,对比飞之前和飞坏后的三维模型,就可以直观准确的知道,在特定条件下,哪个部位更容易坏,或者在某极限速度或压强下,机身发生断裂凹陷到什么程度。就这样,我们完整的了解了飞机试飞从测量破坏程度到可视化的过程。由于篇幅原因,不同坐标轴的转换以及误差分析的工作并未一一展开。

飞机试飞工程,是确保飞机飞行安全的重要保障,是国家航空航天领域重要的一环。可见地学作为重要的基础学科,在各个的重要领域熠熠生辉、发光发热。

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