CN101620033B - 微小型飞行器实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种微小型飞行器实验装置，涉及实验测量技术，用于飞行器实验与参数测量，由支架、一个能够三维旋转的托盘、可移动的配重砝码和安全限位元件组成。支架由横梁和支撑杆组成，横梁和支架带有固定孔和固定螺栓，能够固定在水平面上，以保证实验装置的稳定性。旋转托盘用来盛载被实验的飞行器，飞行器可通过螺钉固定在托盘上，托盘和飞行器在一个球面关节的带动下，能够在空间绕着三个垂直轴做旋转运动。本发明的实验装置，针对飞行器空间飞行的特点，设计了飞行器本体三维空间的姿态运动和位置运动自由度，在确保飞行器安全的条件下，实现飞行实验并测量飞行器静态和动态参数。
Description
技术领域
本发明涉及实验测量技术领域，是一种用于微小型飞行器的各种飞行模拟实验，以获得飞行器飞行特性与控制品质的实验装置。
背景技术
微小型飞行器指的是旋翼的直径在1米到2米组左右，机体重量在20千克以下的直升机。这里的飞行器指的都是直升机，微小型飞行器不适用于固定翼飞机；微小型小型飞行器实验装置，是利用可运动的、专门设计的机械装置，将飞行器固定在装置上，在人为可控制或可限制的范围内，模拟飞行器自由飞行或某种特定飞行状况下的飞行装置，试验装置的目的是在保证飞行器不被损坏的前提下，对可设计的飞行状态施行检测和测量实验，以获得飞行器的静态或动态参数，为进一步提高飞行器控制系统品质提供必要的数据。
目前微小型飞行器实验装置不具备通用性，实验装置的结构千差万别，每个实验装置都是根据实验的需要设计装置的具体形式，增加了实验的成本和时间。
发明内容
本发明的目的在提供一种全新的微小型飞行器实验装置，针对微小型直升机设计，充分考虑到了微小型直升机飞行实验的要求，具备一定的通用性。可对微小型飞行器进行模拟飞行和特定设计的飞行控制进行实验，以测试飞行器的飞行特性和飞行控制系统的性能。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种微小型飞行器实验装置，包括支架和旋转托盘两部分；其中，支架包括垂直支架、横梁和固定底座，固定底座用固定件固定在地面或其他平面上；垂直支架底端与固定底座固接，横梁中部设有支点，通过支点连接在垂直支架的顶端，横梁通过支点在水平面内和在垂直平面内做旋转运动；在横梁的一侧外周圆上设有阳螺纹，与至少一管状配重砝码内壁的阴螺纹相适配，通过螺纹连接；在横梁的另一侧端头设有向上垂直伸出的垂直轴；横梁的两侧各设有一限位元件，限位元件一端固接在横梁上，另一端固接在固定底座上表面；
旋转托盘通过中心的三自由度旋转轴与横梁的垂直轴顶端相连，旋转托盘以三自由度旋转轴为中心，能够分别绕着笛卡尔空间的三个垂直轴转动；
为了防止托盘过分倾斜，在三自由度旋转轴的三个转动方向上设有第二限位元件。
所述的微小型飞行器实验装置，其所述横梁两侧的限位元件，为条状弹性件，横梁通过支点在水平面内和在垂直平面内做旋转运动，是横梁绕着支点在水平面内做360o旋转，在垂直平面内以限位元件控制做-60o～60o旋转。
所述的微小型飞行器实验装置，其所述三自由度旋转轴，包括外轴套，连接杆，球面关节，两锁紧顶丝，其中，外轴套内腔中可活动的接有球面关节，在外轴套的侧壁上设有两锁紧顶丝，两锁紧顶丝位于外轴套的中心水平切面上，相互垂直；外轴套通过球面关节与横梁的垂直轴顶端连接，以绕横梁的垂直轴旋转，第二锁紧顶丝用以锁定外轴套的旋转运动；球面关节上设有连接杆，连接杆内端与球面关节固接，连接杆外端与旋转托盘中心固接，旋转托盘经连接杆以球面关节相对外轴套作俯仰和横滚两个方向的旋转运动，第一锁紧顶丝以锁定球面关节相对外轴套的旋转运动。
所述的微小型飞行器实验装置，其所述第二限位元件，为三自由度旋转轴的外轴套，分别将旋转托盘的三个方向旋转角度限制在-60o～60o。
所述的微小型飞行器实验装置，其所述微小型飞行器为直升机。
本发明的微小型飞行器实验装置，降低了实验风险，增加了实验的安全性，而且结构简单，使用方便，价格低廉，能够对各种小型飞行器实行室内安全实验，满足飞行器性能估计和参数设定。
附图说明
图1为本发明的微小型飞行器实验装置结构示意图；
图2为本发明的旋状托盘球关节结构示意图；其中：
图2(a)为三自由度旋转轴6侧视图；
图2(b)为为三自由度旋转轴6(去掉旋转托盘5后的)俯视图；
图3为本发明的支点结构示意图，其中：
图3(a)为支点沿横梁方向的剖面图；
图3(b)为支点沿横梁垂直方向的剖面图；
图4(a)为本发明的横梁与垂直轴的螺栓连接的侧视图；
图4(b)为横梁与垂直轴的螺栓连接的俯视图。
具体实施方式
请参阅图1，是本发明的微小型飞行器实验装置，由两部分组成：支架和旋转托盘。其中，支架由垂直支架1、横梁2和固定底座7组成。固定底座7使用螺栓固定在地面或其他平面上。垂直支架1底端与固定底座7固接，横梁2中部设有支点4，通过支点4连接在垂直支架1的顶端，横梁2可通过支点4在水平面内和在垂直平面内做旋转运动。如图3所示，其中，图3(a)为支点4沿横梁2方向的剖面图；图3(b)为支点4沿横梁2垂直方向的剖面图，图中：垂直支架1，横梁2，螺栓41，螺栓42。
在横梁2的一侧外周圆上设有阳螺纹，与管状配重砝码3内壁的阴螺纹相适配，两者通过螺纹连接，可通过旋转配重砝码3调节配重砝码3与支点4的距离，确定配重砝码3在横梁2上的位置，以满足不同的配重需求；在横梁2的另一侧端头设有向上垂直伸出的垂直轴8，垂直轴8与横梁2之间通过螺栓固接。如图4所示，图4(a)为横梁2与垂直轴8的螺栓连接的侧视图，图4(b)为横梁2与垂直轴8的螺栓连接的俯视图。图中，横梁2，垂直轴8，螺栓81，螺栓82。
横梁2的两侧各设有一限位元件9，限位元件9一端固接在横梁2上，另一端固接在固定底座7上表面。三自由度旋转轴6与垂直轴8顶端通过滚动轴承相连，旋转托盘5与三自由度旋转轴6连接，旋转托盘5以三自由度旋转轴6为中心，能够在笛卡尔空间中转动。三自由度旋转轴与横梁2的垂直轴8之间的连接，以及与旋转托盘5的连接关系请参阅图2。实验时，微型飞行器10固定在旋转托盘5上。
三自由度旋转轴6的结构请参阅图2，图2(a)为三自由度旋转轴6侧视图，图2(b)为去掉旋转托盘5后的三自由度旋转轴6俯视图，图中，旋转托盘5，外轴套61，连接杆62，球面关节63，锁紧顶丝64，锁紧顶丝65，滚动轴承66，螺栓67。
三自由度旋转轴6由外轴套61，连接杆62，球面关节63，锁紧顶丝64，锁紧顶丝65，滚动轴承66，螺栓67组成。其中，外轴套61内腔中可活动的接有球面关节63，连接杆62的内端固接在球面关节63上，连接杆62可以通过球面关节63相对外轴套61作俯仰和横滚两个方向的旋转运动，在外轴套61的侧壁上设有相互垂直的锁紧顶丝64和锁紧顶丝65，两锁紧顶丝64、65位于外轴套61的中心水平切面上。锁紧顶丝64可以锁定球面关节63相对外轴套61的旋转运动。连接杆62的外端通过螺栓与旋转托盘5固接，这样旋转托盘5就能间接通过球面关节63做俯仰和横滚运动，同时外轴套61限制连接杆62在锥角为60度的圆锥空间中运动，这样间接地限制旋转托盘5的俯仰和横滚运动在-60°～60°，构成限制旋转托盘5运动的第二限位元件。外轴套61通过滚动轴承66与横梁2的垂直轴8顶端连接，可以绕横梁2的垂直轴8旋转，锁紧顶丝65可以锁定外轴套61的旋转运动。
本发明的实验装置，其锁紧顶丝64、65构成旋转托盘5的锁定元件，能够分别锁定旋转托盘5旋转方向，使旋转托盘5在该方向上不能旋转。
本发明的实验装置，其三自由度旋转轴，包括外轴套，连接杆，球面关节，两锁紧顶丝，其中球面关节放置在外轴套的内腔中，球面关节可相对外轴套转动；在外轴套的侧壁上设有两锁紧顶丝，锁紧顶丝为螺丝。
本发明的微小型飞行器实验装置，使用时，将被实验的飞行器10固定在旋转托盘5上，飞行器10启动后带动旋转托盘5绕三自由度旋转轴6在空间做旋转，同时带动横梁2绕着垂直支架1上的支点4转动。
本发明的突出特点是利用微小型飞行器10的动力，带动旋转平台和横梁装置同时运动，在保证飞行器10运动不受到限制的情况下，产生模拟飞行器自由飞行的状态，当飞行器10的某个或某几个控制通道受到限制时，通过飞行器10上安装的传感器，如速率陀螺，能够测量得到飞行器控制通道之间的耦合关系；也能够通过实验装置提供的配种砝码3，以及砝码3在衡量上的位置，计算得到飞行器10施加的提升力，这些测量和计算得到的参数提供给控制器设计、优化等任务使用。由于飞行器10是固定在实验仪器上的，所以对操作手的操作技术要求降低了，甚至可以由非专业航模操作手经过简单的培训后操作实验。在模拟实验中，避免了飞行器10操作不当的坠毁危险，增加了实验的安全性，降低了实验风险，而且该实验装置结构简单，具有通用性，使用方便，价格低廉，适合于非专业实验室使用。
Claims (5)
1.一种微小型飞行器实验装置，包括支架和旋转托盘两部分；其特征在于，其中，支架包括垂直支架、横梁和固定底座，固定底座用固定件固定在地面或其他平面上；垂直支架底端与固定底座固接，横梁中部设有支点，通过支点连接在垂直支架的顶端，横梁通过支点在水平面内和在垂直平面内做旋转运动；在横梁的一侧外周圆上设有阳螺纹，与至少一管状配重砝码内壁的阴螺纹相适配，通过螺纹连接；在横梁的另一侧端头设有向上垂直伸出的垂直轴；横梁的两侧各设有一第一限位元件，所述第一限位元件一端固接在横梁上，另一端固接在固定底座上表面；
旋转托盘通过中心的三自由度旋转轴与横梁的垂直轴顶端相连，旋转托盘以三自由度旋转轴为中心，能够分别绕着笛卡尔空间的三个垂直轴转动；
为了防止托盘过分倾斜，在三自由度旋转轴的三个转动方向上设有第二限位元件。
2.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述横梁两侧的限位元件，为条状弹性件，横梁通过支点在水平面内和在垂直平面内做旋转运动，是横梁绕着支点在水平面内做360°旋转，在垂直平面内以限位元件控制做-60°～60°旋转。
3.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述三自由度旋转轴，包括外轴套，连接杆，球面关节，两锁紧顶丝，其中，外轴套内腔中可活动的接有球面关节，在外轴套的侧壁上设有第一锁紧顶丝与第二锁紧顶丝，第一锁紧顶丝与第二锁紧顶丝位于外轴套的中心水平切面上，相互垂直；外轴套通过滚动轴承与横梁的垂直轴顶端连接，以绕横梁的垂直轴旋转，第二锁紧顶丝用以锁定外轴套的旋转运动；球面关节上设有连接杆，连接杆内端与球面关节固接，连接杆外端与旋转托盘中心固接，旋转托盘经连接杆以球面关节相对外轴套作俯仰和横滚两个方向的旋转运动，第一锁紧顶丝以锁定球面关节相对外轴套的旋转运动。
4.如权利要求1或3所述的实验装置，其特征在于：所述第二限位元件，为三自由度旋转轴的外轴套，分别将旋转托盘的三个方向旋转角度限制在-60度～60度。
5.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述微小型飞行器为直升机。
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