針對大型上單翼飛機在飛行過程中機翼大撓度變形檢測難題，采用DIC多相機動態(tài)測量系統(tǒng)，采集機翼動態(tài)散斑圖像，設(shè)計大傾角散斑匹配算法和實時振動補償標(biāo)定方法，解決了圖像低相關(guān)性及飛行振動干擾問題。

基于1:10縮比機翼試驗臺的仿真驗證，采用新拓三維XTDIC-STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)同步測量和精度對比，驗證系統(tǒng)全場測量精度達(dá)0.21mm/2m，滿足飛行載荷下機翼撓度監(jiān)測要求，為航空器氣動彈性分析提供了高精度全場動態(tài)變形測量方案。

一、方案背景
大型上單翼飛機在飛行過程中，機翼承受氣動載荷非常大，通常翼展為40~50m的大型飛機飛行時翼尖上下波動超過1m。由于機翼變形幅度巨大，需要獲得大型飛機在飛行過程中的機翼變形三維分布數(shù)據(jù)。
傳統(tǒng)應(yīng)變片法（測點密度≤20點/m2）難以捕捉全場應(yīng)變分布，而攝影測量易受振動與視角限制。NASA在A380機翼測試中曾采用DIC技術(shù)，測得機翼部分區(qū)域變形，但在大傾角（>40°）工況下面臨匹配失敗率高的難題。
通過分布式相機布局，動態(tài)標(biāo)定補償算法和實時振動補償標(biāo)定方法，實現(xiàn)復(fù)雜運動下全場變形場的精確重構(gòu)，對實機測量有一定的指導(dǎo)意義。
二、機翼動態(tài)測量難題與解決方案
難點一：大傾角變形導(dǎo)致圖像低相關(guān)性
機翼在飛行中偏轉(zhuǎn)角度可達(dá)40-50°，相機視角傾斜嚴(yán)重，導(dǎo)致散斑圖像形變劇烈、灰度分布失真，傳統(tǒng)DIC算法匹配失敗率>30%，位移場出現(xiàn)斷裂區(qū)域。
技術(shù)解決方案：
采用大傾角弱相關(guān)散斑匹配方法，將攝像機采集到的參考圖像序列和目標(biāo)圖像序列作為兩組圖像序列，參考子集和目標(biāo)子集分別在自身圖像序列下進(jìn)行匹配運算。這種方法能夠提供可靠的初值，使線性迭代最小二乘算法更快速準(zhǔn)確，魯棒性更好。
多級分層匹配算法
基于特征點引導(dǎo)的漸進(jìn)式匹配，將全局大變形分解為局部剛體運動+小變形迭代。
多相機視角融合
采用“高-低”雙組相機陣列（垂尾+機身布置），覆蓋±60°視場。標(biāo)定時結(jié)合光束法平差優(yōu)化全局位姿，4相機系統(tǒng)將盲區(qū)覆蓋率由62%提升至98%。
難點二：飛行振動導(dǎo)致測量基準(zhǔn)漂移
實際飛行測量時，飛機受高速氣流影響，安裝了測量相機的尾垂部位會產(chǎn)生振動，要對測量相機的位置姿態(tài)進(jìn)行實時動態(tài)校正。
技術(shù)解決方案：
相機動態(tài)校正
以上單翼飛機的機背為剛性不動參照，基于單像后方交會方法，實時解算基準(zhǔn)相機在世界坐標(biāo)系中的位置姿態(tài)即相機外方位元素。
通過預(yù)先標(biāo)定的相對外參數(shù)，解算共軛測量相機在每一幀狀態(tài)下的圖像絕對外參數(shù)，實現(xiàn)測量相機的動態(tài)校正。
相機振動補償
標(biāo)定時先校準(zhǔn)所有相機內(nèi)方位元素，相機間相對位置關(guān)系是已知的。對于給定任意一個相機的外參數(shù)，共軛相機的絕對外參數(shù)可通過相對外參數(shù)算得。
三、機翼三維全場動態(tài)變形測量
針對上單翼飛機結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計機翼三維全場變形的測量方案。
測量流程與結(jié)果
經(jīng)過內(nèi)、外參數(shù)分別標(biāo)定后，開始采集機翼變形圖像，此時根據(jù)機背固定點三維坐標(biāo)，實時反算相機位置，然后進(jìn)行機翼全場變形信息解算。
采用新拓三維XTDIC-STROBE系統(tǒng)驗證本次研究的測量精度，通過同步計算關(guān)鍵點三維坐標(biāo)來比對全場解算精度。該系統(tǒng)在300mm×400mm幅面下測量精度可達(dá)0.01mm，測得結(jié)果可用于評估機翼全場變形測量精度。
四、試飛方案驗證
搭建仿真試驗環(huán)境，采用1：10縮小飛機模型作為測量對象，對測量方案的可行性及有效性進(jìn)行仿真驗證。
為了評估測量精度，采用新拓三維XTDIC-STROBE系統(tǒng)同步追蹤機翼表面的標(biāo)志點，通過比對分析標(biāo)志點動態(tài)三維坐標(biāo)驗證本方案測量精度。
模擬測量結(jié)果
六相機測頭與2個XTDIC-STROBE系統(tǒng)同步采集圖像；最后進(jìn)行全場變形解算，得到機翼的全場位移變形結(jié)果。
將測得4個關(guān)鍵點與XTDIC-STROBE系統(tǒng)測到的4個關(guān)鍵點的位移結(jié)果進(jìn)行對比，分析差值的平均絕對值，得到機翼全場變形測量系統(tǒng)的精度，位移測量誤差小于0.21mm/2m。
不同拍攝狀態(tài)下的機翼變形三維位移場色譜云圖如圖所示：
五、分析結(jié)論
提出了一套上單翼飛機在實際飛行過程中的機翼三維全場變形測量方案，開發(fā)了一套專用測量系統(tǒng)并進(jìn)行了模擬測量，使用新拓三維XTDIC-STROBE三維動態(tài)變形測量系統(tǒng)進(jìn)行了同步測量和精度對比，誤差結(jié)果使用圖表的形式進(jìn)行分析。
１）試驗機翼位移測量誤差小于0.21mm/2m。
２）模擬測量結(jié)果證明，采用所述DIC測量方案是有效、可行的。
本研究為飛行過程中上單翼飛機機翼變形的 實際工程測量提供了參考價值。
案例摘自：【魏斌，梁晉，任茂棟，西安交通大學(xué) 機械工程學(xué)院 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室，大型上單翼飛機機翼三維全場變形測量方案】