CN107063622B - 共轴倾转式旋翼气动性能测试平台及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了共轴倾转式旋翼气动性能测试平台及方法，平台包括参数自动调节系统、微处理器、无线通信模块和计算机系统。计算机系统给定试验参数，通过无线通信模块将参数发送到微处理器，参数值由微处理器传输给参数自动调节系统，调节系统根据预设的参数调整共轴双旋翼中上下旋翼的间距、旋翼倾角、旋翼转速以及旋翼间距后进行测试，测试结果通过微处理器进行信号转换由无线通信模块传输到计算机系统进行数据处理。所测得的数据包括力传感器的数据和驱动电机的电压、电流，计算机系统显示实时的旋翼拉力和功率，为分析倾转式旋翼的气动性能提供依据。该装置不仅保证了多变量测试的高可靠性和高效率，而且全自动化的操作提高了安全性能。

Description

共轴倾转式旋翼气动性能测试平台及其方法
技术领域
本发明涉及小型旋翼飞行器空气动力学技术领域，特别是涉及一种共轴倾转式旋翼气动性能测试平台及方法。
背景技术
倾转式旋翼相比传统平面式旋翼的气动性能有大幅的提高。倾转式旋翼的特点是：旋翼的旋转平面与机体平面存在一定的夹角，即旋翼的倾转角，定义由水平位置按逆时针方向得到的倾转角为正值，由水平位置按顺时针方向得到的倾转角为负值，则相邻的两个倾转旋翼可以定义为面-面和背-背的旋翼对。在这种倾转式旋翼中，旋翼对中的两个倾转旋翼均为共轴双旋翼，共轴双旋翼中的上下旋翼反转，产生的拉力比单旋翼大的多，然而上下旋翼重叠区域内的气动干扰较为严重，而重叠区域的大小直接由上下旋翼的间距决定。要衡量共轴倾转式旋翼的气动性能，需要对上下旋翼间距、旋翼倾角、旋翼转速、旋翼间距、力传感器的数据以及驱动电机的电压、电流等进行多次反复的测量。共轴倾转式旋翼系统的气动性能测试涉及大量的参数，而对于现如今的旋翼气动性能测试系统，仅仅能够对单旋翼或共轴双旋翼进行测试，根本无法完成对共轴倾转式旋翼气动性能的测试。不仅如此，现如今的旋翼气动性能测试系统还存在测试效率低、结构复杂、易出故障等缺点。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种共轴倾转式旋翼气动性能测试平台及方法。
该装置能够根据预设的参数来自动调节共轴双旋翼中上下旋翼的间距、旋翼倾角、旋翼转速和旋翼间距，自动采集旋翼在不同状态下力传感器的数据和驱动电机的电压、电流信息，计算机系统自动完成所采集数据的处理，得到旋翼实时的拉力和功率，为分析共轴倾转式旋翼的气动性能提供依据。该装置不仅保证了多变量测试的高可靠性和高效率，而且自动化操作提高了安全性。
本发明采用以下技术方案：一种共轴倾转式旋翼气动性能测试平台，其特征在于：包括依次连接的参数自动调节系统、微处理器、无线通信模块和计算机系统。
进一步的，所述参数自动调节系统包括底座、T型支架、旋翼、驱动电机、电动推杆、力传感器、支撑臂、舵机和直线电机；所述T型支架与底座固定连接；舵机的不动部分安装在T型支架；舵机的运动部分与直线电机的不动部分连接；直线电机的运动部分与支撑臂的一端连接，支撑臂的另一端与电动推杆固定；在支撑臂的两侧安装力传感器；驱动电机的一端与力传感器固定，另一端的转轴上安装旋翼，驱动电机通过转轴带动旋翼旋转。
所述微处理器分别与电动推杆、舵机、直线电机、驱动电机、力传感器电性连接。
在本发明一实施例中，所述无线通信模块支持双通道数据传输。
本发明还提供了一种基于上述的共轴倾转式旋翼气动性能测试平台的测试方法，其特征在于：计算机系统给定试验参数，通过无线通信模块将相关参数发送到微处理器，参数值由微处理器传输给参数自动调节系统，参数自动调节系统根据参数值进行调整并进行测试，测试结果通过微处理器进行信号转换由无线通信模块传输到计算机系统进行数据处理。
进一步的，所述参数自动调节系统主要包括底座、T型支架、支撑臂、旋翼、电动推杆、力传感器、驱动电机、直线电机和舵机；T型支架与底座固定连接，舵机的不动部分安装在T型支架上，舵机的运动部分连接直线电机的不动部分，直线电机的运动部分连接支撑臂的一端，在支撑臂的另一端固定力传感器，驱动电机的一端与力传感器固定，另一端的转轴上安装旋翼；在支撑臂的另一端固定电动推杆；在支撑臂的两侧安装力传感器，驱动电机的一端与力传感器固定，另一端的转轴上安装旋翼；电动推杆用来改变共轴双旋翼中上下旋翼的间距，舵机的旋转运动用来改变旋翼倾转角度，使相邻共轴双旋翼形成面-面和背-背旋翼对，规定以水平面为基准，旋翼逆时针旋转为正，面-面旋翼对相应的倾转角度为（-α，α），背-背旋翼对相应的倾转角度为（α，-α）；直线电机的运动用来调节旋翼间距；力传感器通过测得的数据得到旋翼拉力的大小；驱动电机通过转轴带动旋翼旋转。
进一步的，电动推杆、舵机、直线电机、驱动电机接收来自微处理器的指令，同时，微处理器接收力传感器的数据和驱动电机的电压、电流信息，其中力传感器的数据被微处理器接收之前需在ADC中进行模数转换。
在本发明一实施例中，计算机系统完成共轴双旋翼中上下旋翼的间距、旋翼倾角、旋翼转速以及旋翼间距的设定，对测试返回的试验数据进行处理，处理结果显示为文本、曲线或表格形式。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：该装置可以对参数进行无线远程设置，实现对共轴双旋翼中上下旋翼间距、旋翼倾角、旋翼转速、旋翼间距的调整，同时根据所采集力传感器的数据以及驱动电机的电压、电流值得到共轴倾转式旋翼的拉力和功率，所有测量值汇总于计算机系统进行后处理，为分析共轴倾转式旋翼的气动性能提供依据。不仅如此，该装置测量准确、使用方便，安全性高，较传统平面旋翼气动性能测量装置的优势显著。
附图说明
图1是共轴倾转式旋翼气动性能测试装置示意图；
图2是参数自动调节系统结构示意图；
图3是面-面旋翼对结构图；
图4是背-背旋翼对结构图；
图5是微处理器与参数自动调节系统的信息交换示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
一种共轴倾转式旋翼气动性能测试平台，包括依次连接的参数自动调节系统、微处理器、无线通信模块和计算机系统。
进一步的，所述参数自动调节系统包括底座、T型支架、旋翼、驱动电机、电动推杆、力传感器、支撑臂、舵机和直线电机；所述T型支架与底座固定连接；舵机的不动部分安装在T型支架；舵机的运动部分与直线电机的不动部分连接；直线电机的运动部分与支撑臂的一端连接，支撑臂的另一端与电动推杆固定；在支撑臂的两侧安装力传感器；驱动电机的一端与力传感器固定，另一端的转轴上安装旋翼，驱动电机通过转轴带动旋翼旋转。
所述微处理器分别与电动推杆、舵机、直线电机、驱动电机、力传感器电性连接。
在本发明一实施例中，所述无线通信模块支持双通道数据传输。
如图1 所示，本发明由参数自动调节系统1、微处理器2、无线通信模块3和计算机系统4组成。计算机系统4给定试验参数，通过无线通信模块3将相关参数发送到微处理器2，参数值由微处理器2传输给参数自动调节系统1，参数自动调节系统1根据参数值进行调整并进行测试，测试结果通过微处理器2进行信号转换由无线通信模块3传输到计算机系统4进行数据处理。
本发明还提供了一种基于上述的共轴倾转式旋翼气动性能测试平台的测试方法，其特征在于：计算机系统给定试验参数，通过无线通信模块将相关参数发送到微处理器，参数值由微处理器传输给参数自动调节系统，参数自动调节系统根据参数值进行调整并进行测试，测试结果通过微处理器进行信号转换由无线通信模块传输到计算机系统进行数据处理。
进一步的，所述参数自动调节系统主要包括底座、T型支架、支撑臂、旋翼、电动推杆、力传感器、驱动电机、直线电机和舵机；T型支架与底座固定连接，舵机的不动部分安装在T型支架上，舵机的运动部分连接直线电机的不动部分，直线电机的运动部分连接支撑臂的一端，在支撑臂的另一端固定力传感器，驱动电机的一端与力传感器固定，另一端的转轴上安装旋翼；在支撑臂的另一端固定电动推杆；在支撑臂的两侧安装力传感器，驱动电机的一端与力传感器固定，另一端的转轴上安装旋翼；电动推杆用来改变共轴双旋翼中上下旋翼的间距，舵机的旋转运动用来改变旋翼倾转角度，使相邻共轴双旋翼形成面-面和背-背旋翼对，规定以水平面为基准，旋翼逆时针旋转为正，面-面旋翼对相应的倾转角度为（-α，α），背-背旋翼对相应的倾转角度为（α，-α）；直线电机的运动用来调节旋翼间距；力传感器通过测得的数据得到旋翼拉力的大小；驱动电机通过转轴带动旋翼旋转。
进一步的，电动推杆、舵机、直线电机、驱动电机接收来自微处理器的指令，同时，微处理器接收力传感器的数据和驱动电机的电压、电流信息，其中力传感器的数据被微处理器接收之前需在ADC中进行模数转换。
在本发明一实施例中，计算机系统完成共轴双旋翼中上下旋翼的间距、旋翼倾角、旋翼转速以及旋翼间距的设定，对测试返回的试验数据进行处理，处理结果显示为文本、曲线或表格形式。
如图2所示，参数自动调节系统1主要包括底座101、T型支架102、旋翼103、驱动电机104、电动推杆105、力传感器106、支撑臂107、舵机108和直线电机109。T型支架102通过焊接的方式与底座101连接，舵机108的不动部分安装在T型支架102上，舵机108用来调整旋翼103的倾角使旋翼对设置为面-面和背-背旋翼对。舵机108的运动部分连接直线电机109的不动部分，直线电机109可以改变旋翼对的间距。直线电机109的运动部分连接支撑臂107的一端，在支撑臂107的另一端固定电动推杆105，电动推杆105用来改变共轴双旋翼中上下旋翼的间距。在支撑臂107的两侧安装力传感器106，力传感器106用来测量旋翼103的拉力，驱动电机104的一端与力传感器106固定，另一端的转轴上安装旋翼103，驱动电机104通过转轴带动旋翼103旋转。
如图3所示的旋翼103为面-面状态，对应的倾角为（-α，α），倾角的变化范围为（0，90°），如图4所示的旋翼103为背-背状态，对应的倾角为（α，-α），倾角的变化范围为（0，90°），共轴双旋翼中上下旋翼的间距为S，旋翼间距为H，T型支架距离底座的高度可以进行调节来避免产生地面效应。
如图5 所示，微处理器2将转速信号发送给驱动电机104，驱动电机104通过控制旋翼103转速来改变拉力，拉力由力传感器106测量经由ADC进行模数转换得到旋翼真实的拉力数值。测量所得旋翼的拉力值和驱动电机104的电压、电流信息由微处理器2进行采集，根据公式P=UI可得到旋翼103的功率。同时，微处理器2向电动推杆105、驱动电机104、直线电机109和舵机108分别下达相应指令，通过电动推杆105改变共轴双旋翼中上下旋翼103的间距S、通过驱动电机104控制旋翼103的转速、通过直线电机109的直线运动改变旋翼对的间距H以及通过舵机108的旋转运动调整旋翼103的倾角。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种共轴倾转式旋翼气动性能测试平台，其特征在于：包括依次连接的参数自动调节系统、微处理器、无线通信模块和计算机系统；
所述参数自动调节系统包括底座、T型支架、旋翼、驱动电机、电动推杆、力传感器、支撑臂、舵机和直线电机；所述T型支架与底座固定连接；舵机的不动部分安装在T型支架；舵机的运动部分与直线电机的不动部分连接；直线电机的运动部分与支撑臂的一端连接，支撑臂的另一端与电动推杆固定；在支撑臂的两侧安装力传感器；驱动电机的一端与力传感器固定，另一端的转轴上安装旋翼，驱动电机通过转轴带动旋翼旋转；
所述微处理器分别与电动推杆、舵机、直线电机、驱动电机、力传感器电性连接；
共轴倾转式旋翼气动性能测试平台的测试方法，具体为，计算机系统给定试验参数，通过无线通信模块将相关参数发送到微处理器，参数值由微处理器传输给参数自动调节系统，参数自动调节系统根据参数值进行调整并进行测试，测试结果通过微处理器进行信号转换由无线通信模块传输到计算机系统进行数据处理；
电动推杆用来改变共轴双旋翼中上下旋翼的间距，舵机的旋转运动用来改变旋翼倾转角度，使相邻共轴双旋翼形成面-面和背-背旋翼对，规定以水平面为基准，旋翼逆时针旋转为正，面-面旋翼对相应的倾转角度为（-α，α），背-背旋翼对相应的倾转角度为（α，-α）；直线电机的运动用来调节旋翼对间距；力传感器通过测得的数据得到旋翼拉力的大小；驱动电机通过转轴带动旋翼旋转；
电动推杆、舵机、直线电机、驱动电机接收来自微处理器的指令，同时，微处理器接收力传感器的数据和驱动电机的电压、电流信息，其中力传感器的数据被微处理器接收之前需在ADC中进行模数转换；
共轴双旋翼上下旋翼的间距为S，旋翼对间距为H，通过调节T型支架距离底座的高度来避免产生地面效应；
微处理器将转速信号发送给驱动电机，驱动电机通过控制旋翼转速来改变拉力，拉力由力传感器测量经由ADC进行模数转换得到旋翼真实的拉力数值；
测量所得旋翼的拉力值和驱动电机的电压U、电流I信息由微处理器进行采集，根据公式P=UI得到旋翼的功率；
测试中，对测试平台的参数进行无线远程设置，对共轴双旋翼中上下旋翼间距、旋翼倾角、旋翼转速、旋翼对间距进行调整，同时根据所采集力传感器的数据以及驱动电机的电压、电流值得到共轴倾转式旋翼的拉力和功率，所有测量值汇总于计算机系统进行后处理，为分析共轴倾转式旋翼的气动性能提供依据。
2.根据权利要求1所述的共轴倾转式旋翼气动性能测试平台，其特征在于：计算机系统完成共轴双旋翼中上下旋翼的间距、旋翼倾角、旋翼转速以及旋翼对间距的设定，对测试返回的试验数据进行处理，处理结果显示为文本、曲线或表格形式。
3.根据权利要求1所述的共轴倾转式旋翼气动性能测试平台，其特征在于：所述无线通信模块支持双通道数据传输。
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