一、方案背景
无人机旋翼在高速旋转（5000-10000 RPM）过程中，承受着复杂气动载荷与离心力，其动态变形（如弯曲、扭转）直接影响飞行性能与结构安全。
传统接触式传感器（如应变片）难以捕捉高速旋转下的瞬态变形场，且可能干扰流场。无人机厂商急需一套能够精确量化高速动态变形、且可工程落地应用的测量方案。
旋翼挥舞运动变形的危害：
1、旋翼叶片迎角发生变化，影响旋翼的升力和力矩
2、旋翼叶片的振动，影响旋翼的寿命和可靠性
3、影响旋翼飞行器的操纵性和稳定性
二、高速DIC原理、技术对比和重要性
DIC技术原理
数字图像相关（DIC）是一种根据CCD工业相机记录的单个图像或图像系列计算二维或三维坐标，得出二维或三维的位移、速度和加速度测量结果。通过解读二维或三维坐标之间的局部位移，计算出应变值和应变率。DIC可测试样品表面的全场测量数据，局部分辨率很高。
高速数字图像相关技术（High-Speed Digital Image Correlation, HS-DIC），是一种基于光学成像和计算机视觉的非接触式全场测量方法，用于捕捉高速动态过程中物体表面的三维位移场、应变场及运动轨迹。高速数字图像相关系统在传感器部件中使用高速相机，可在高动态事件中测量应变和位移。
高速DIC VS传统测量技术
对比维度 |
高速DIC |
应变片/加速度计 |
测量范围 |
全场三维位移/应变（百万级测点） |
单点/局部一维数据（如单轴应变或加速度） |
动态响应 |
帧率500Hz~MHz级，适合高速瞬态过程 |
带宽<1kHz，信号易延迟或漂移 |
测量精度 |
位移精度：0.01像素（约亚微米级） 应变精度：20-50με |
应变片精度：±1-10με（受贴片工艺影响大） |
空间分辨率 |
高密度全场数据，最小可达0.1mm间距点云 |
单点或稀疏阵列（需铺设多个传感器） |
适用场景 |
高温、强振动、高速旋转等恶劣环境 |
易受电磁干扰，附加质量影响精度 |
高速DIC技术应用的重要性：
1、全场捕捉旋翼从启动到稳态的应变分布（如根部离心应变与叶尖气动弹翼变形）；
2、分析桨叶剖面的扭转刚度、摆振刚度和挥舞刚度等；
3、建立旋翼动态性能量化分析体系，驱动旋翼结构迭代与飞行控制算法优化。
三、高速DIC方案和关键指标
高速DIC测量软硬件方案组成
高速DIC测量系统：XTDA软件是专门为追踪目标关键点的位移、速度、加速度、角度、轨迹姿态而打造的软件，可分析三维位移和变形和动态轨迹，基于标记点、特征点的运动测量分析。
高速摄像机：两台高速摄像机，超100万帧的超高速测量，跟踪精度高达 0.01px，最大分辨率2048*1024。
照明系统：外置大视场频闪光源/大功率常亮光源；LED蓝光冷光源（避免环境光干扰），均匀照射试样表面。
XTDIC-SPARK技术关键指标：
超过百万帧的超高速测量；
跟踪精度高达0.01px
2D /3D坐标、位移、变形、应变、角度、速度、加速度
海量目标同时追踪，特征跟踪和匹配跟踪算法
6DoF轨迹姿态
支持多种图像或视频导入计算
高速DIC技术在本案例中解决的问题：
采用高速数字图像相关技术（XTDIC-SPARK系统），可精准量化旋翼从启动到稳定转速的全流程应变场、位移分布与关键点运动轨迹，为无人机旋翼设计与优化提供数据支撑。
动态变形测量：捕捉高速旋转下旋翼的动态变形规律。
设计验证：通过真实的飞行载荷下复杂气动干扰的动态变形分析，对CFD仿真和设计数据进行验证。
产品优化：通过高速DIC技术，建立旋翼动态性能量化数据分析，驱动旋翼结构迭代与飞行控制算法优化。
四、无人机旋翼飞行受力变形测量
实验分析场景：
阶段1（启动阶段）：捕捉旋翼根部应力集中现象（变形量分析）；
阶段2（过渡阶段）：翼尖涡流引发的变形与周期性振动；
阶段3（稳态阶段）：量化气动升力导致的翼面弯曲变形。
数据和分析：
在XTDA软件创建计算区域，创建种子点，计算出散斑标记点的三维坐标值，进而解算出应变场、位移场。