高速数字图像相关DIC技术用于无人机桨叶离面位移测量

　　无人机厂商在研发高速旋翼系统测试中，通过会遭遇难题和瓶颈——传统传感器(如应变片、加速度计)无法在桨叶高速旋转状态下，准确捕捉其微米级离面位移(即垂直于桨叶表面的振动与弯曲变形)。

　　桨叶的复杂气动弹性变形直接影响飞行稳定性、噪声控制及疲劳寿命，亟需一种非接触、全场、高动态的测量方案。

　　技术挑战：

　　动态变形复杂：桨叶高速旋转时存在高频振动、挥舞、扭转等多模态耦合变形。

　　空间分辨率要求高：需精准定位最大位移点及变形梯度分布。

　　环境干扰大：旋转离心力、气流扰动对接触式传感器可靠性构成挑战。

　　测量维度局限：传统方法难以同步获取全域三维形变数据。

　　新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统，搭配高速摄像机采集瞬态图像，进行数字图像相关匹配计算，获得机翼旋叶表面位移分布，了解气动载荷作用下旋翼的瞬态动力学特性，分析旋翼各个部位的离面位移变化。

　　新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统，可直接控制高速摄像机采集，通过参考点和时序信息计算追踪视野范围内每个像素点的位移和应变。支持多种型号高速相机，可进行全场应变3D坐标、位移、速度、应变张量、6Dof轨迹姿态测量，可实现超过100万帧的超高速测量，跟踪精度高达0.01px。

　　无人机旋翼匀速旋转测试

　　无人机旋翼在低匀速模式下，高速摄像机连续采集一系列旋翼动态散斑图像，将散斑图像传输到计算机内，并利用新拓三维DIC软件进行计算，获取旋翼在匀速旋转过程中的位移分布及关键点位移曲线。

　　匀速旋转过程中位移场、关键点位移曲线分析

　　叶片旋转振幅和位移

　　通过高速DIC系统软件分析可以看出，旋翼靠近旋转中心处，应力最大，叶片的位移在叶尖处最大。通过旋翼关键点位移分析曲线，分析叶尖处位移情况，分析判定无人机旋翼的机械性能。

　　无人机旋翼加速旋转测试

　　无人机旋翼高速旋转状态下，DIC高速摄像机连续采集散斑图像，将散斑图像传输到计算机内，并利用新拓三维高速DIC测量软件进行计算，可以得到旋翼高速旋转过程中的位移分布及关键点位移曲线。

　　高速旋转位移场、关键点位移曲线分析

　　新拓三维高速DIC测量系统软件分析结果：旋翼在高速旋转状体下，旋翼叶尖处位移明显增大。通过旋翼关键点位移分析曲线，分析叶尖处位移情况，有助于判定无人机叶片在高速旋转工况下不会发生颤振。

　　无人机旋翼振动直接影响整体机械性能。利用新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统，结合高速摄像机，实现无人机旋翼在实际工况下的离面位移测量，输出旋转过程的位移场及关键点位移分析曲线，有助于预测旋翼振动幅值，评估颤振风险，为旋翼设计及提升机械性能提供数据支撑。