用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改變碰撞檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改變碰撞檢測方法，可W在連續(xù)改 變模型位態(tài)風(fēng)洞試驗中檢測模型預(yù)期運動是否與風(fēng)洞洞壁或其他模型發(fā)生碰撞的方法，屬 于風(fēng)洞試驗技術(shù)、飛行器飛行力學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[000引 20世紀80年代W來，風(fēng)洞試驗完全進入了計算機時代，計算機技術(shù)融入了風(fēng)洞試 驗的全過程，對風(fēng)洞試驗技術(shù)的發(fā)展起到巨大的推動作用，使風(fēng)洞試驗發(fā)生了革命性變化。 計算機技術(shù)不僅大大提高了風(fēng)洞試驗效率和試驗數(shù)據(jù)的可靠性，降低了試驗成本，而且拓 寬了風(fēng)洞試驗內(nèi)容，許多W前無法進行的特種試驗，例如，外掛物捕獲軌跡試驗、主動流動 控制試驗、自適應(yīng)可變體飛行器氣動試驗、風(fēng)洞虛擬飛行試驗、W及其他一些動態(tài)氣動力試 驗等，在計算機的幫助下得W實現(xiàn)。
[0003] 連續(xù)改變模型位姿的特種風(fēng)洞試驗面臨著連續(xù)運動中的模型是否會與風(fēng)洞洞壁 和其他模型發(fā)生碰撞的問題，為了保證試驗數(shù)據(jù)準確和試驗安全，碰撞檢測方法需要完善。
[0004]目前在風(fēng)洞試驗中主要依賴硬件設(shè)備進行碰撞檢測，例如，電氣接觸后反饋，使機 構(gòu)停止運動、風(fēng)洞停車；采用合適的接近光電傳感器，感受連續(xù)運動模型與洞壁和其他模型 的距離。但是硬件碰撞檢測方法在檢測到碰撞時往往碰撞情況已經(jīng)發(fā)生，當(dāng)連續(xù)運動模型 或者其支撐機構(gòu)具有較大質(zhì)量、并處于高速運動情況時，碰撞會對試驗結(jié)果的準確性造成 極大影響，甚至對試驗?zāi)Ｐ秃惋L(fēng)洞設(shè)備造成極大破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于；針對現(xiàn)在連續(xù)改變模型位移和姿態(tài)風(fēng)洞試驗中的碰撞檢測需 求、現(xiàn)有硬件碰撞檢測方法存在的問題，提供一種在模型移動到下一個位移和姿態(tài)前檢測 運動模型是否會與風(fēng)洞洞壁或其他模型發(fā)生碰撞的方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] 一種用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改變碰撞檢測方法，包括：
[000引 （1)W連續(xù)運動的模型為碰撞檢測對象，根據(jù)碰撞檢測對象的幾何外形特點，將碰 撞檢測對象幾何外形拆分成典型部件的組合；
[0009] (2)根據(jù)每個典型部件的幾何外形特點，設(shè)計將該典型部件包含在內(nèi)的包圍盒，各 典型部件的包圍盒為規(guī)則立體幾何圖形或者規(guī)則立體幾何圖形的組合；
[0010] (3)實時跟蹤碰撞檢測對象在吹風(fēng)試驗中連續(xù)改變的位移和姿態(tài)，并計算碰撞檢 測對象的下一個試驗時刻的位移和姿態(tài)，根據(jù)計算得到的碰撞檢測對象在風(fēng)洞中的位移和 姿態(tài)，結(jié)合各典型部件的包圍盒的形狀和尺寸，換算得到各典型部件的包圍盒在風(fēng)洞中的 位移和姿態(tài)；逐個計算各典型部件的包圍盒與障礙物之間的距離，如所有典型部件的包圍 盒的距離大于闊值，則判斷碰撞檢測對象在下一個位移和姿態(tài)不會與風(fēng)洞洞壁和其他模型 發(fā)生碰撞；若任一典型部件的包圍盒的距離小于或等于闊值，則碰撞檢測對象在下一個位 移和姿態(tài)會與障礙物發(fā)生碰撞。
[0011] 優(yōu)選的是，所述的用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改變碰撞檢測方法中，
[0012] 各典型部件的包圍盒在風(fēng)洞中的邊界點包含W下6類危險點：
[001引X值最大點、X值最小點、y值最大點、y值最小點、Z值最大點W及Z值最小點；
[0014] 判斷時，對于任一個典型部件的包圍盒，逐個計算各危險點與障礙物之間的距離， 當(dāng)所有危險點的距離均大于闊值，則判斷該典型部件的包圍盒的距離大于闊值，該典型部 件的包圍盒不會與障礙物發(fā)生碰撞，如任一個危險點的距離小于或等于闊值，則判斷該典 型部件的包圍盒的距離小于或等于闊值，該典型部件的包圍盒會與障礙物發(fā)生碰撞。
[0015] 優(yōu)選的是，所述的用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改變碰撞檢測方法中，所述障礙 物為風(fēng)洞洞壁和/或載機模型。
[0016] 優(yōu)選的是，所述的用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改變碰撞檢測方法中，
[0017] 當(dāng)所述障礙物小于碰撞檢測模型時，則將所述障礙物的包圍盒設(shè)計成長方形方 盒；
[001引各典型部件的包圍盒在風(fēng)洞中的位置通過該典型部件的包圍盒的中屯、軸線W及 沿中屯、軸線截面半徑R表示；
[0019] 判斷時，對于任一個典型部件的包圍盒，W-定長度步長逐個掃描障礙物的包圍 盒上的點，計算掃描點到典型部件的包圍盒的中屯、軸線的距離H，并獲得垂線所在的典型部 件的包圍盒的截面半徑R，當(dāng)所有的掃描點都滿足H>R+e，則判斷該典型部件的包圍盒的 距離大于闊值，該典型部件的包圍盒不會與障礙物發(fā)生碰撞，如任一個掃描點的距離小于 或等于闊值，則判斷該典型部件的包圍盒的距離小于或等于闊值，該典型部件的包圍盒會 與障礙物發(fā)生碰撞。
[0020] 優(yōu)選的是，所述的用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改變碰撞檢測方法中，所述障礙 物為載機模型的吊掛。
[0021] 優(yōu)選的是，所述的用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改變碰撞檢測方法中，所述碰撞 檢測對象為導(dǎo)彈模型。
[0022] 優(yōu)選的是，所述的用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改變碰撞檢測方法中，該導(dǎo)彈模 型具有=個典型部件，分別為彈頭段、彈身段和彈翼段，所述彈頭段的包圍盒設(shè)計成圓錐 體，所述彈身段的包圍盒設(shè)計成圓柱體，所述彈翼段設(shè)計成代表彈翼主體的圓柱體和代表 四個翼片的四個長方體的組合。
[0023] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：該方法包括W下步驟；1連續(xù)運動的模型為 碰撞檢測對象，根據(jù)碰撞檢測對象的幾何外形特點，將其拆分成典型部件的組合；2依據(jù)每 個典型部件的幾何外形特點，設(shè)計可包含典型部件在內(nèi)的包圍盒；3依據(jù)碰撞檢測對象在 風(fēng)洞中的位移和姿態(tài)，通過計算機解算其下一步在風(fēng)洞中的位移和姿態(tài)，結(jié)合各包圍盒的 幾何尺寸，對包圍盒是否會與風(fēng)洞洞壁和其他模型發(fā)生碰撞作出判斷；4依據(jù)所有典型部 件包圍盒的碰撞情況，對碰撞檢測對象是否會與風(fēng)洞洞壁和其他模型發(fā)生碰撞作出判斷。 本發(fā)明具有可W實現(xiàn)模型移動前檢測在風(fēng)洞中碰撞情況的突出優(yōu)點。
【附圖說明】
[0024] 1)圖1為本發(fā)明所述的風(fēng)洞坐標(biāo)系示意圖；
[0025] 2)圖2為本發(fā)明中碰撞檢測對象的外形示意圖；
[0026] 3)圖3(a)為本發(fā)明中碰撞檢測對象的包圍盒，圖3(b)為圖3(a)的A-A剖面視 圖；
[0027] 4)圖4為風(fēng)洞試驗示意圖。
【具體實施方式】
[002引為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0029]請參閱圖1、圖2、圖3和圖4,本發(fā)明提供了一種用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改 變碰撞檢測方法，包括：
[0030] (1)W連續(xù)運動的模型為碰撞檢測對象，根據(jù)碰撞檢測對象的幾何外形特點，將碰 撞檢測對象幾何外形拆分成典型部件的組合；
[0031] (2)根據(jù)每個典型部件的幾何外形特點，設(shè)計將該典型部件包含在內(nèi)的包圍盒，各 典型部件的包圍盒為規(guī)則立體幾何圖形或者規(guī)則立體幾何圖形的組合；
[0032] (3)實時跟蹤碰撞檢測對象在吹風(fēng)試驗中連續(xù)改變的位移和姿態(tài)，并計算碰撞檢 測對象的下一個試驗時刻的位移和姿態(tài)，根據(jù)計算得到的碰撞檢測對象在風(fēng)洞中的位移和 姿態(tài)，結(jié)合各典型部件的包圍盒的形狀和尺寸，換算得到各典型部件的包圍盒在風(fēng)洞中的 位移和姿態(tài)；逐個計算各典型部件的包圍盒與障礙物之間的距離，如所有典型部件的包圍 盒的距離大于闊值，則判斷碰撞檢測對象在下一個位移和姿態(tài)不會與風(fēng)洞洞壁和其他模型 發(fā)生碰撞；若任一典型部件的包圍盒的距離小于或等于闊值，則碰撞檢測對象在下一個位 移和姿態(tài)會與障礙物發(fā)生碰撞。若各典型部件包圍盒都未與風(fēng)洞洞壁和其他模型發(fā)生碰 撞，那么碰撞檢測對象不會與風(fēng)洞洞壁和其他模型發(fā)生碰撞；若各典型部件包圍盒中存在 與風(fēng)洞洞壁和其他模型發(fā)生碰撞情況的，那么碰撞檢測對象與風(fēng)洞洞壁和其他模型發(fā)生碰 撞。
[0033]所述的步驟（2)中的包圍盒的設(shè)計方法為；包圍盒必須包含典型部件，包圍盒外 形為規(guī)則立體幾何圖形或者為規(guī)則立體幾何圖形的組合，包圍盒的尺寸W垂直于碰撞檢測 對象中屯、軸線上的包圍盒與典型部件表面的距離不超過選定值為基準來確定。
[0034]進一步地，所述的用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改變碰撞檢測方法中，各典型部 件的包圍盒在風(fēng)洞中的邊界點包含通過W下6類危險點；x值最大點、X值最小點、y值最大 點、y值最小點、Z值最大點W及Z值最小點；判斷時，對于任一個典型部件的包圍盒，逐個 計算各危險點與障礙物之間的距離，當(dāng)所有危險點的距離均大于闊值，則判斷該典型部件 的包圍盒的距離大于闊值，該典型部件的包圍盒不會與障礙物發(fā)生碰撞，如任一個危險點 的距離小于或等于闊值，則判斷該典型部件的包圍盒的距離小于或等于闊值，該典型部件 的包圍盒會與障礙物發(fā)生碰撞。
[0035] 上述該些點是典型部件包圍盒上距離風(fēng)洞洞壁和其他模型最近的點，或者是已穿 過風(fēng)洞洞壁和其他模型的點，即危險點。
[0036] 出于安全考慮，選定一個安全裕度距離e，危險點未穿過風(fēng)洞洞壁和其他模型，并 且與風(fēng)洞洞壁和其他模型的距離大于e的情況，認為碰撞檢測對象的下一步運動不會與 風(fēng)洞洞壁和其他模型發(fā)生碰撞，否則認為碰撞檢測對象的下一步運動會與風(fēng)洞洞壁和其他 模型發(fā)生碰撞。
[0037] 進一步地，所述的用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改變碰撞檢測方法中，所述障礙 物為風(fēng)洞洞壁和/或載機模型。
[003引進一步地，所述的用于風(fēng)洞試驗的模型位姿連續(xù)改變碰撞檢測方法中，當(dāng)所述障 礙物小于碰撞檢測模型時，則將所述障礙物的包圍盒設(shè)計成長方形方盒；各典型部件的包 圍盒在風(fēng)洞中的位置通過該典型部件的包圍盒的中屯、軸線W及沿中線軸線截面半徑R表 示；判斷時，對于任一個典型部件的包圍盒，W-定長度步長逐個掃描障礙物的包圍盒上的 點，