CN106516160B - 一种旋翼升力参数的遥控测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种旋翼升力参数的遥控测试装置，该装置主要由被测旋翼、直流无刷电机、电子调速器、蓝牙发射机、蓝牙接收机、交流转直流电源、5V直流电源、悬臂横梁、底部横梁、支柱、支撑托盘、配重块、称重传感器、称重传感器变送器、单片机、计算机组成；本发明利用杠杆原理，同时基于无线遥测技术，尽可能的减少测试成本，实时、准确的获取飞行器的旋翼升力的相关数据。
Description
技术领域
本发明涉及机构设计和数据采集领域，具体涉及小型电动飞行器旋翼升力参数的测试装置。
背景技术
随着旋翼飞行器在国民生产生活中的普及，更多的企业、科研机构参与旋翼飞行器的生产、设计。作为飞行器升力核心来源的旋翼在飞行器的生产设计中占有举足轻重的地位，旋翼的设计不仅需要力学模型的仿真，更需要对旋翼的力学特征进行实际测量。本发明设计了旋翼升力参数的测试装置，相较同类测试装置，本发明基于无线遥测技术充分的保障了测试者的安全，尽可能的减少测试装置的成本，同时有效获取飞行器的旋翼升力参数。
发明内容
1. 发明的目的：
本发明提供一种旋翼升力参数的遥控测试装置，该装置克服现有技术的不足，可以保障测试者的安全，降低测试装置的成本，基于蓝牙遥控技术，实时获取飞行器旋翼升力参数的相关数据。
2. 本发明的技术方案：
一种旋翼升力参数的遥控测试装置，其特征在于包括：被测旋翼、直流无刷电机、电子调速器、蓝牙接收机、交流转直流电源、5V直流电源、凹形构件甲、凹形构件乙、凹形构件丙、悬臂横梁、底部横梁、支柱、支撑托盘、配重块、称重传感器、称重传感器变送器、单片机、USB数据线、计算机、蓝牙发射机、钢丝绳。
被测旋翼翼面朝下，固定于直流无刷电机上，直流无刷电机固定于凹形构件甲底部下表面，凹形构件甲固定于悬臂横梁最右端两个过孔相应位置；电子调速器放置于凹形构件甲正上方、悬臂横梁上表面的相应位置；蓝牙接收机放置于电子调速器上表面；称重传感器采用钢丝绳与凹形构件乙和凹形构件丙下表面的圆环相连接；凹形构件乙和凹形构件丙连接于悬臂横梁和底部横梁最左端第一个过孔相应位置；配重块放置于左侧支撑托盘上；二通道电压可调型交流转直流电源给电子调速器供电并提供称重传感器变送器24V直流电压，单片机采用外置5V直流电源供电。
所述的底部横梁与左右支撑托盘焊接在一起，支柱焊接于底部横梁中间，悬臂横梁与底部横梁均为空心钢制材质，前后侧面各等间距分布17个过孔；凹形构件甲、乙、丙与悬臂横梁和底部横梁采用螺栓、螺母相连接；凹形构件乙、丙下表面焊接圆环。
所述的直流无刷电机与电子调速器相连接，电子调速器内部含有ATmega328控制器，蓝牙接收机与ATmega328控制器相连接，测试者可对ATmega328控制器的电机控制程序进行编程，计算机通过蓝牙发射机和蓝牙接收机向ATmega328控制器发出指令，控制直流无刷电机正反转以及转速的大小。
所述的称重传感器与称重传感器变送器相连接，传感器变送器与单片机相连接；单片机与计算机采用USB数据线相连接，计算机与蓝牙发射机相连接。
所述的的计算机获取并处理称重传感器上传的拉力数据，利用LabVIEW软件绘制电动机带动旋翼旋转产生的拉力变化曲线。
所述的被测旋翼可以是正桨或反桨，当被测旋翼是正桨时，计算机向电子调速器内部的ATmega328控制器发出指令，控制直流无刷电机逆时针旋转（从被安装的桨片正面看），当被测旋翼是反桨时，控制直流无刷电机顺时针旋转。
所述的交流转直流电源为二通道电压可调型交流转直流电源；所述的单片机是IAP15F2K61S2；称重传感器型号是MIK-LCS1，量程20kg；称重传感器变送器型号是MIK-BSQW，24V供电，量程20kg，输出0-5V电压；所述的蓝牙发射机为USB转TTL、HC05蓝牙模块，所述的蓝牙接收机为HC05蓝牙模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本测试装置对无刷电机的控制取消了飞行器上通常使用的遥控器和专用接收机，采用计算机通过蓝牙模块向电子调速器发出控制指令，调整直流无刷电机的正反转以及电动机转速的大小，这样不仅节省了测试装置的成本，还扩大了对电动机的控制范围。
(2)本发明充分考虑了被测旋翼的正反桨问题，在不改变测试装置机械结构的情况下，通过对电动机正反转的控制，即可测试正桨旋转产生的拉力，又可测试反桨旋转产生的拉力，同时被测翼面朝下安装，这样发生意外时，旋翼打向地面，这样可以尽可能的减少旋翼的破坏范围。
(3)本发明采用电压可调型交流转直流电源给电子调速器供电，测试者可以根据测试的需求灵活调整电动机带动旋翼所需的电压。
附图说明
图1.测试装置整体结构示意图。
图2.测试装置中机械平台的结构示意图。
图3.测试装置机械平台正视图。
图4.测试装置电气控制、数据采集示意图。
具体实施方式
一种旋翼升力参数的遥控测试装置，结合附图所示，其特征在于包括：被测旋翼(1)、直流无刷电机(2)、电子调速器(3)、蓝牙接收机(4)、交流转直流电源(5)、5V直流电源(6)、凹形构件甲(7)、凹形构件乙(8) 、凹形构件丙(9)、悬臂横梁(10)、底部横梁(11)、支柱(12)、支撑托盘(13)、配重块(14)、称重传感器(15)、称重传感器变送器(16)、单片机(17)、USB数据线(18)、计算机(19)、蓝牙发射机(20)、钢丝绳(21)。
被测旋翼(1)翼面朝下，固定于直流无刷电机(2)上，直流无刷电机(2)固定于凹形构件甲(7)底部下表面，凹形构件甲(7)固定于悬臂横梁(10)最右端两个过孔相应位置；电子调速器(3)放置于凹形构件甲(7)正上方、悬臂横梁(10)上表面的相应位置；蓝牙接收机(4)放置于电子调速器(3)上表面；称重传感器(15)采用钢丝绳(21)与凹形构件乙(8)和凹形构件丙(9)下表面的圆环相连接；凹形构件乙(8)和凹形构件丙(9)连接于悬臂横梁(10)和底部横梁(11)最左端第一个过孔相应位置；配重块(14)放置于左侧支撑托盘(13)上；二通道可调交流转直流电源(5)给电子调速器(3)供电并提供称重传感器变送器(16)24V直流电压，单片机(17)采用外置5V直流电源(6)供电。
所述的悬臂横梁(10)与底部横梁(11)均长86cm，宽4cm，高6cm；左右两个支撑托盘(13)的底面均长50cm，宽25cm；支柱长6cm，宽4cm，高47cm；底部横梁(11)与左右支撑托盘(13)焊接在一起，支柱(12)焊接于底部横梁(11)中间；悬臂横梁(10)前后侧面中间位置的过孔被固定于支柱(12)上方的螺栓穿过，悬臂横梁(10)可以绕该位置的螺栓转动；配重块(14)放置于左侧支撑托盘(13)上。
所述的悬臂横梁(10)与底部横梁(11)均为空心钢制材质，前后侧面各等间距分布17个过孔，每个过孔直径1cm，间距5cm；凹形构件甲(7)前后侧面均含有两个直径1cm、间距5cm的过孔，凹形构件乙(8)、丙(9)前后侧面均含有一个直径1cm的过孔；为确保旋翼高速旋转时测试装置的稳定性，采用两个螺栓与螺母将凹形构件甲(7)固定于悬臂横梁(10)前后侧面；所述的凹形构件乙(8)、丙(9)下表面焊接圆环，方便钢丝绳(21)穿过圆环将称重传感器(15)与凹形构件乙(8)、丙(9)连接。
所述的被测旋翼(1) 、直流无刷电机(2)以及凹形构件甲(7)、乙(8)、丙(9)相对于悬臂横梁(10)、底部横梁(11)的位置，在必要时可由悬臂横梁(10) 和底部横梁(11)前后侧面对应小孔的位置进行调整，进而改变旋翼旋转产生拉力的力矩，此时悬臂横梁(10)前后侧面分布的小孔相当于“称”的“刻度”。
所述的旋翼升力测试装置采用杠杆原理，当被测旋翼旋转产生的拉力力矩和称重传感器承受的拉力力矩相等时，称重传感器(15)所获取的数据反映旋翼旋转产生的拉力的大小。
所述的称重传感器(15)获取旋翼转动所产生的拉力数据；称重传感器(15)与称重传感器变送器(16)相连接，传感器变送器(16)将称重传感器(15)输出的毫伏信号经隔离放大转换成尺度直流信号并将称重传感器(15)输出的模拟信号变成数字信号；称重传感器变送器(16)与单片机(17)SDA接口相连接，单片机(17)将获取的数字信号转换成模拟电压电流信号。
本发明设计了电子调速器(3)，电子调速器(3)内部含有ATmega328控制器，ATmega328控制器引出IO口和USB程序下载串口，蓝牙接收机(4)通过引出的IO口与ATmega328控制器相连接，测试者可修改ATmega328控制器的电机控制程序。
本发明采用二通道电压可调型交流转直流电源(5)给电子调速器(3)供电，测试者可根据测试需求灵活调整电动机带动旋翼旋转所需的电压，扩展了测试装置的应用范围。
本发明的上位机程序采用LabVIEW程序编写，LabVIEW程序从串口读取单片机(17)上传的数据，并绘制电动机带动旋翼旋转所产生的拉力变化曲线。
本发明充分考虑了被测旋翼(1)的正反桨的问题，当被测旋翼(1)是正桨时，LabVIEW上位机程序通过蓝牙发射机(20)和蓝牙接收机(4)向电子调速器(3)内部的ATmega328控制器发出指令，控制直流无刷电机(2)逆时针旋转（从被安装的桨片正面看）、调整电动机的转速值，当被测旋翼(1)是反桨时，控制直流无刷电机(2)顺时针旋转；这样无论是正桨旋转还是反桨旋转均对悬臂横梁(10)产生向下的拉力，简化了测试装置的机械设计，并最终形成：旋翼拉力——拉力数据获取——计算机指令控制——电机转动——旋翼拉力的闭环控制过程。
Claims (2)
1.一种旋翼升力参数的遥控测试装置，其特征在于：包括被测旋翼(1)、直流无刷电机(2)、电子调速器(3)、蓝牙接收机(4)、交流转直流电源(5)、5V直流电源(6)、凹形构件甲(7)、凹形构件乙(8) 、凹形构件丙(9)、悬臂横梁(10)、底部横梁(11)、支柱(12)、左侧和右侧支撑托盘(13)、配重块(14)、称重传感器(15)、称重传感器变送器(16)、单片机(17)、USB数据线(18)、计算机(19)、蓝牙发射机(20)和钢丝绳(21)；
被测旋翼(1)翼面朝下，固定于直流无刷电机(2)上，直流无刷电机(2)固定于凹形构件甲(7)底部下表面，凹形构件甲(7)固定于悬臂横梁(10)最右端两个过孔相应位置；电子调速器(3)放置于凹形构件甲(7)正上方、悬臂横梁(10)上表面的相应位置；蓝牙接收机(4)放置于电子调速器(3)上表面；称重传感器(15)采用钢丝绳(21)与凹形构件乙(8)和凹形构件丙(9)下表面的圆环相连接；凹形构件乙(8)和凹形构件丙(9)分别连接于悬臂横梁(10)和底部横梁(11)最左端第一个过孔相应位置；配重块(14)放置于左侧支撑托盘(13)上；底部横梁(11)与左侧和右侧支撑托盘(13)焊接在一起，支柱(12)焊接于底部横梁(11)中间，悬臂横梁(10)与底部横梁(11)均为空心钢制材质，前后侧面各等间距分布17个过孔；凹形构件甲(7)、乙(8)、丙(9)与悬臂横梁(10)和底部横梁(11)采用螺栓、螺母相连接；凹形构件乙(8)、丙(9)下表面焊接圆环；称重传感器(15)与称重传感器变送器(16)相连接，称重传感器变送器(16)与单片机(17)相连接；单片机(17)与计算机(19)采用USB数据线(18)相连接，计算机(19)与蓝牙发射机(20)相连接，计算机(19)实时显示旋翼拉力变化曲线；二通道电压可调型交流转直流电源(5)给电子调速器(3)供电并提供称重传感器变送器(16)24V直流电压，单片机(17)采用外置5V直流电源(6)供电。
2.根据权利要求1所述的一种旋翼升力参数的遥控测试装置，其特征在于：直流无刷电机(2)与电子调速器(3)相连接，所述的电子调速器(3)内部含有ATmega328控制器，蓝牙接收机(4)与ATmega328控制器相连接；计算机(19)向ATmega328控制器发出指令，控制直流无刷电机(2)正反转以及转速的大小。
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