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CN106679930A - 车载式小型无人机气动力与动力特性试验测量方法及装置 - Google Patents

车载式小型无人机气动力与动力特性试验测量方法及装置 Download PDF

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袁正中
张文宇
李桂生
何飞
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    • G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing

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  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

本发明涉及车载式小型无人机气动力与动力特性试验测量方法及装置，三脚支架(2)固定在移动轮车(1)上，可在车辆(16)上移动位置并锁止；一级支撑臂(4)通过一级机械云台(3)连接在三脚支架(2)上；一级机械云台(3)能够手动调整方位角和俯仰角并锁止；二级支撑臂(7)通过二级机械云台(6)连接在一级支撑臂(4)前端；天平支杆(12)通过万向关节(11)连接在二级支撑臂(7)前端；带风标空速管(15)布置在被测无人机上；采用张线(17)将一级机械云台(3)和二级机械云台(6)与车辆(16)拉紧，辅助将试验测量装置固定牢靠。本发明直接使用小型无人机作为被测对象，试验成本低，缩短了试验周期短，提高了试验效率。

Description

车载式小型无人机气动力与动力特性试验测量方法及装置
技术领域
本发明涉及小型无人机气动力试验技术领域。
背景技术
气动力特性和动力特性的试验测量是无人机研发的基础工作，为总体方案设计、气动布局选型、飞行性能优化和自动飞行控制提供试验数据。
传统上气动力特性试验测量和动力特性试验测量分别进行。气动力特性试验测量利用风洞产生运动的气流，使之围绕试验模型流动，通过测量试验模型的受力，即可获得气动升力、阻力、侧力和滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩数据。但风洞试验测量由专门单位负责，需要遵循风洞尺寸要求设计制造专用试验模型，约束因素多，准备周期长，试验成本高，对于要求灵活、快速和低成本实现的小型无人机研发工作并不适用。小型无人机多采用螺旋桨动力，其动力特性随来流速度和工作高度变化，动力特性试验测量需要进行螺旋桨特性风洞试验、发动机特性高空台试验和桨发匹配试验，同样面临约束多、周期长和成本高的问题。
发明内容
本发明的目的是：提出一种试验测量装置，在不使用风洞和高空台的情况下，测得小型无人机的气动力和动力特性数据，从而增强试验灵活性，缩短试验周期，降低试验成本，提高试验效率，适应小型无人机研发要求。
本发明的技术方案是:1、车载式小型无人机气动力与动力特性试验测量装置，其特征在于：试验测量装置包括移动轮车1、三脚支架2、一级机械云台3、一级支撑臂4、二级机械云台6、二级支撑臂7、电动旋转作动器9、电动直线作动器10、万向关节11、天平支杆12、六分量天平13、带风标空速管15；试验测量装置的三脚支架2固定在移动轮车1上，可在车辆15上移动位置并锁止；一级支撑臂4通过一级机械云台3连接在三脚支架2上；一级机械云台3能够手动调整方位角和俯仰角并锁止；二级支撑臂7通过二级机械云台6连接在一级支撑臂4前端；二级机械云台6的方位角和俯仰角可调，方位角的调整由安装在二级机械云台6下部的电动旋转作动器9驱动，俯仰角的调整由安装在二级支撑臂7和级机械云台6之间的电动直线作动器10驱动；天平支杆12通过万向关节11连接在二级支撑臂7前端；万向关节11能够手动调整俯仰角和滚转角并锁止；六分量天平13连接被测无人机14和天平支杆12，带风标空速管15布置在被测无人机上；采用张线17将一级机械云台3和二级机械云台6与车辆16拉紧，辅助将试验测量装置固定牢靠。
2、如权利要求1所述的车载式小型无人机气动力与动力特性试验测量装置的测量方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)将被测无人机安装在试验测量装置上，将试验测量装置搭载于车辆上，利用车辆行进产生被测无人机与空气的相对运动；
2)试验测量装置随车辆在不同海拔高度处、以不同速度行进，在不开起无人机动力的状态下进行气动力特性测量，在开起无人机动力的状态下进行动力特性测量；
3)在试验前通过一级机械云台3、二级机械云台6和万向关节11调整一级支撑臂4和二级支撑臂7的角度并锁止，将被测无人机支撑在受车辆自身气动绕流影响小的准均匀空气来流区域；
4)试验测量装置通过电动作动器在试验过程中调整的俯仰角和方位角，使被测无人机相对空气来流处于预定的迎角和侧滑角状态；
5)使用六分量天平13在试验过程中产生三向力和三轴力矩信号，使用带风标空速管15在试验过程中产生静压、空速、迎角、侧滑角信号，使用采集卡18进行信号采集；
6)使用计算机19对所采集的信号进行处理得到气动特性试验数据，包括：升力、阻力、侧力和偏航力矩、滚转力矩、俯仰力矩，以及动力特性试验数据，包括：推力、扭矩。
本发明的优点是：气动力特性和动力特性的试验测量不使用风洞和高空台，试验成本低。直接使用小型无人机作为被测对象，不需要设计制造专门的风洞试验模型，缩短了试验周期。试验装置外部空气来流空间大，不受风洞和高空台尺寸限制，对被试无人机布局形式和外形尺寸的约束小，试验灵活性强。气动力特性和动力特性的试验测量在一套装置上进行，通过动力状态切换完成两类试验测量，提高了试验效率。
附图说明
图1为试验测量装置机械原理图；
图2为试验测量装置安装搭载图；
图3为试验测量装置信号流图。
具体实施方式
如图1所示，试验测量装置包括移动轮车1、三脚支架2、一级机械云台3、一级支撑臂4、一级配重5、二级机械云台6、二级支撑臂7、二级配重8、电动旋转作动器9、电动直线作动器10、万向关节11、天平支杆12、六分量天平13、被测无人机14、带风标空速管15。
如图2所示，被测无人机安装在试验测量装置上，试验测量装置搭载于车辆16上。
试验测量装置的三脚支架2固定在移动轮车1上，可在车辆15上移动位置并锁止。一级支撑臂4通过一级机械云台3连接在三脚支架2上。一级机械云台3能够手动调整方位角和俯仰角并锁止。二级支撑臂7通过二级机械云台6连接在一级支撑臂4前端。二级机械云台6的方位角和俯仰角可调，方位角的调整由安装在二级机械云台6下部的电动旋转作动器9驱动，俯仰角的调整由安装在二级支撑臂7和二级机械云台6之间的电动直线作动器10驱动。天平支杆12通过万向关节11连接在二级支撑臂7前端。万向关节11能够手动调整俯仰角和滚转角并锁止。六分量天平13连接被测无人机14和天平支杆12，带风标空速管15布置在被测无人机上。采用张线17将一级机械云台3和二级机械云台6与车辆16拉紧，辅助将试验测量装置固定牢靠。
在试验前通过机械云台和万向关节调整支撑臂的俯仰角、方位角和滚转角并锁止，将被测无人机支撑在受车辆自身气动绕流影响小的准均匀空气来流区域，包括车辆16的左侧、右侧和前上方。试验测量装置随车辆在不同海拔高度处、以不同速度直线行进，在不开起无人机动力的状态下进行气动力特性测量，在开起无人机动力的状态下进行动力特性测量。
如图3所示，六分量天平13在试验过程中产生三向力信号，即轴向力信号、法向力信号、侧向力信号，同时产生三轴力矩信号，即纵轴力矩信号、横轴力矩信号、立轴力矩信号。带风标空速管15在试验过程中产生静压信号、空速信号、迎角信号和侧滑角信号。采集卡18将信号采集转换成数字量，通过计算机19处理得到气动特性数据，包括：升力、阻力、侧力和偏航力矩、滚转力矩、俯仰力矩，以及动力特性数据，包括：推力、扭矩。

Claims (2)

1.车载式小型无人机气动力与动力特性试验测量装置，其特征在于：试验测量装置包括移动轮车(1)、三脚支架(2)、一级机械云台(3)、一级支撑臂(4)、二级机械云台(6)、二级支撑臂(7)、电动旋转作动器(9)、电动直线作动器(10)、万向关节(11)、天平支杆(12)、六分量天平(13)、带风标空速管(15)；试验测量装置的三脚支架(2)固定在移动轮车(1)上，可在车辆(16)上移动位置并锁止；一级支撑臂(4)通过一级机械云台(3)连接在三脚支架(2)上；一级机械云台(3)能够手动调整方位角和俯仰角并锁止；二级支撑臂(7)通过二级机械云台(6)连接在一级支撑臂(4)前端；二级机械云台(6)的方位角和俯仰角可调，方位角的调整由安装在二级机械云台(6)下部的电动旋转作动器(9)驱动，俯仰角的调整由安装在二级支撑臂(7)和二级机械云台(6)之间的电动直线作动器(10)驱动；天平支杆(12)通过万向关节(11)连接在二级支撑臂(7)前端；万向关节(11)能够手动调整俯仰角和滚转角并锁止；六分量天平(13)连接被测无人机(14)和天平支杆(12)，带风标空速管(15)布置在被测无人机上；采用张线(17)将一级机械云台(3)和二级机械云台(6)与车辆(16)拉紧，辅助将试验测量装置固定牢靠。
2.如权利要求1所述的车载式小型无人机气动力与动力特性试验测量装置的测量方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将被测无人机安装在试验测量装置上，将试验测量装置搭载于车辆(16)上，利用车辆行进产生被测无人机与空气的相对运动；
(2)试验测量装置随车辆(16)在不同海拔高度处、以不同速度行进，在不开起无人机动力的状态下进行气动力特性测量，在开起无人机动力的状态下进行动力特性测量；
(3)在试验前通过一级机械云台(3)、二级机械云台(6)和万向关节(11)调整一级支撑臂(4)和二级支撑臂(7)的角度并锁止，将被测无人机支撑在受车辆(16)自身气动绕流影响小的准均匀空气来流区域；
(4)试验测量装置通过电动旋转作动器(9)和电动直线作动器(10)在试验过程中调整俯仰角和方位角，使被测无人机相对空气来流处于预定的迎角和侧滑角状态；
(5)使用六分量天平(13)在试验过程中产生三向力和三轴力矩信号，使用带风标空速管(15)在试验过程中产生静压、空速、迎角、侧滑角信号，使用采集卡(18)进行信号采集；
(6)使用计算机对所采集的信号进行处理得到气动特性试验数据，包括：升力、阻力、侧力和偏航力矩、滚转力矩、俯仰力矩，以及动力特性试验数据，包括：推力、扭矩。
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