CN108045596A - 一种固定翼无人机的飞行性能检验检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定翼无人机的飞行性能检验检测系统及方法，本发明充分考虑室内室外检测的场所限制，通过控制固定翼无人机在不同环境下的动作来完成各指标的测定；在空域允许的情况下，控制无人机分别在一定高度进行航线飞行；同时观察地面站的数据显示，通过固定翼无人机飞行轨迹评价系统来记录并评判固定翼无人机的飞行轨迹情况，最后根据检测参数评价无人机的性能。

Description

一种固定翼无人机的飞行性能检验检测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种固定翼无人机的飞行性能检验检测系统及方法。

背景技术

随着无人机技术的迅猛发展，其在电力、航测、植保等领域的应用也越来越广泛，相应需求也不断增加，固定翼无人机由于其具有特殊的应用场所以及应用范围，广泛被山区或高海拔地区使用。目前国内生产固定翼无人机系统的企业缺少可遵循的生产标准，缺乏统一的性能质量检测方法，导致目前市场上固定翼无人机型号繁多、性能差异较大，提出一种对固定翼无人机飞行性能的检测方法与检测装置将为无人机发展做出贡献。

固定翼无人机已经成为未来民用领域的发展重点，测试固定翼无人机的性能指标势必成为一重点。目前尚没有专门设备对固定翼无人机性能进行检测。

(1)在实际作业中固定翼无人机需在不同环境下进行飞行，所以检测固定翼无人机需在高温低温或不同风速等情况下进行飞行测试，这些性能在单一的户外飞行是无法完成的。

(2)固定翼无人机飞行安全性能指标没有特定的检测方法。

因此亟需提出一种固定翼无人机检验检测发展，有助于固定翼无人机更加快速的发展应用。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种固定翼无人机的飞行性能检验检测系统及方法，本发明充分考虑室内室外检测的场所限制，通过控制固定翼无人机在不同环境下的动作来完成各指标的测定；在空域允许的情况下，控制无人机分别在一定高度进行航线飞行；同时观察地面站的数据显示，通过固定翼无人机飞行轨迹评价系统来记录并评判固定翼无人机的飞行轨迹情况，最后根据检测参数评价无人机的性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种固定翼无人机的飞行性能检验检测系统，包括转动机构，所述转动机构上至少设置有实现固定翼无人机的副翼与升降以及航向变化的飞行动作的三个升降杆，所述升降杆上设有压/拉力传感器，转动机构上设置转速传感器。

所述转动机构优选为转动盘；转动机构周围或固定翼无人机上设置有姿态传感器，以检测固定翼无人机的转动角度和变化姿态。进一步的，所述系统配置有风场模拟系统，具体包括多个风机，通过控制各个风机的安装位置、风速和风向，进行固定翼无人机飞行性能试验。

进一步的，所述系统配置有一个滑动平面，以容纳固定翼在该平面内滑动，滑动平面上设置有拉力传感器以记录固定翼无人机所达到的拉力值。

基于上述检测系统的检测方法，控制固定翼无人机在不同环境下的动作来完成升力、拉力和滑动指标的测定，在空域允许的情况下，控制无人机分别在一定高度进行航线飞行，同时观察地面站的数据显示，记录并评判固定翼无人机的飞行轨迹情况，根据检测参数评价无人机的性能。

具体的，包括以下步骤：

(1)安装固定翼无人机于飞行性能检验检测系统上，进行无人机遥控遥测信号模块、电池模块和飞控模块的自检；

(2)启动无人机，检查无人机舵面反应情况，将风速调节至一定等级，使升降杆处于无阻尼状态，观察无人机姿态调整情况，记录姿态转动变化值；

(3)保持升降杆处于固定状态，不让无人机进行副翼升降动作，分别测试无人机起飞时的拉力、处于设定风速时的升力值；

(4)在空域合适的情况下，控制无人机分别在一定高度进行航线飞行，记录飞行控制点的三维坐标及飞行速度，并使无人机在各飞行模式之间的切换，记录切换过程中无人机的飞行状态和飞行姿态，完成飞行轨迹情况的检测。

进一步的，所述步骤(1)中，控制固定翼无人机的遥控遥测信号模块自检过程为：将通信模块的信号连接线断开，进行遥控遥测信号模块自检，并观察是否有声或/和光报警提示和报警代码，若有报警提示，并根据报警提示辨别故障模块，完成自检后，将通信模块的信号线连接好。

进一步的，所述步骤(1)中，对电池模块的自检过程为：将固定翼无人机正常工作的电池模块更换为电量不足的电池，进行电池模块的自检，并观察是否有报警提示和报警代码，若有报警提示，并根据报警提示辨别故障模块，完成自检后，更换上正常工作的电池模块。

进一步的，所述步骤(1)中，对飞控模块的自检过程为：将固定翼无人机移至设定位置，该位置无定位导航卫星信号，进行飞控模块的自检，并观察是否有报警提示和报警代码，若有报警提示，并根据报警提示辨别故障模块。

进一步的，所述步骤(1)中，更改实验环境的温度与湿度，进行各环境因素下的无人机遥控遥测信号模块、电池模块和飞控模块的自检。

进一步的，所述步骤(3)中，测量拉力时，升降杆处于固定状态，不让无人机进行副翼升降动作，启动无人机，利用遥控器或地面站系统将油门量达到可起飞时的力，观察测试系统的拉力计数据。

进一步的，所述步骤(3)中，测量升力时，升降杆处于固定状态，不让无人机进行副翼升降动作，启动风速模拟，观察升力传感器的测试值大小，从而得到升力值。

进一步的，所述步骤(4)中，固定翼无人机起飞方式若为滑跑起飞时，测量起飞点与机体离地点之间的距离；降落方式为滑跑方式或机腹擦地方式降落，则测量机体降落着地点与停止点之间的距离，并检查核心部件有无损坏；降落方式为伞降时，则测量预设降落点与实际降落着地点之间的距离，并检查核心部件有无损坏。

进一步的，所述步骤(4)中，固定翼无人机放置于空域范围适合的位置，将无人机进行飞行前检查、自检，并下载当前任务区域内的飞行地图，按照指定飞行控制点的三维坐标及飞行速度，完成飞行控制点数据录入，记录最多录入航点个数，并在地面站数据界面显示该信息；

当控制点信息输入无误后，将无人机放飞，并记录起飞时间，待无人机在自主飞行模式下进入航线稳定飞行至少一圈后，展示手动增稳自主各飞行模式之间的切换，记录是否继续执行任务的提示功能，并观察切换过程中无人机的飞行状态和飞行姿态。

进一步的，所述步骤(4)中，固定翼无人机飞行过程中，实时修改航路点并上传，观察无人机的飞行状态和飞行姿态，观察地面站与无人机间的通讯情况，包括实时数据传输和图像传输情况，运用飞行轨迹评价系统记录所飞行的航线轨迹，在飞行结束后进行飞行评价。

进一步的，所述步骤(4)中，固定翼无人机飞行任务为按照既定航迹飞行至少两圈，保持每一圈的飞行过程中的飞行高度不同，机载摄像机全程摄像并机载存储，机载相机对指定区域内的物体进行定时定点自动拍照，待所述固定翼无人机进入航线正常飞行后，控制其返航，观察无人机安全返航策略。

进一步的，所述步骤(4)中，固定翼无人机完成链路中断返航后无需降落，继续飞行，直至达到最大保护电压时开始执行降落，并记录最终续航时间，固定翼无人机在指定区域降落后，记录降落精度数据，采用地面站设置报警电压，并记录有无低电压报警功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明适用于不同领域，且飞行性能检测项目全面，能够在室内进行特殊环境与特殊性能的检测，涉及的固定翼检测的方法与设备为目前国内市场固定翼无人机的生产制造与检测提供了指导方向，为无人机行业应用，尤其是对固定翼无人机设备要求较高的应用提供了有力的技术支撑；

(2)本发明所提供的技术方案，通过根据在各个飞行性能检测的记录，对无人机的性能进行系统评价，提高了对固定翼无人机的性能检测的准确性和全面性；

(3)本发明提供的技术方案充分考虑室内室外检测的场所限制，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明一种固定翼无人机的性能检测方法的流程示意图；

图2为本发明固定翼无人机模拟飞行平台示意图；

图3为本发明固定翼无人机拉力测试系统平台示意图；

图4为本发明固定翼无人机升力测试系统示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在在实际作业中固定翼无人机需在不同环境下进行飞行，所以检测固定翼无人机需在高温低温或不同风速等情况下进行飞行测试，这些性能在单一的户外飞行是无法完成的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种固定翼无人机的性能检测方法及配套的系统。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了固定翼无人机的性能检验检测方法，该方法需在专用的室内环境与环境良好时的室外两种环境下进行，充分考虑了室内室外检测的场所限制，不同的功能根据需要采用不同的场所与设备，保证了所有飞行性能指标的测试，具体包括如下步骤：

步骤1.将固定翼无人机开始安装，所处场地为室内环境试验箱，布置有如图2所示的固定翼无人机模拟飞行平台；

步骤2.将固定翼无人机组装完毕，放置在无人机模拟飞行平台并记录系统展开时间。控制所述固定翼无人机的遥控遥测信号(数传)模块自检。将通信模块的信号连接线断开，进行遥控遥测信号(数传)模块自检，并观察是否有声(光)报警提示和报警代码；若有报警提示，并根据报警提示辨别故障模块，完成自检后，将通信模块的信号线连接好。

步骤3.将固定翼无人机正常工作的电池模块更换为电量不足的电池，进行电池模块的自检，并观察是否有声(光)报警提示和报警代码；若有报警提示，并根据报警提示辨别故障模块，完成自检后，更换上正常工作的电池模块。

步骤4.将固定翼无人机移至设定位置，该位置无定位导航卫星信号，进行飞控模块的自检，并观察是否有声(光)报警提示和报警代码；若有报警提示，并根据报警提示辨别故障模块。在高低温与湿度试验箱调节各环境，重复步骤1-4。

步骤5.将固定翼无人机放置于模拟平台上，采用风场模拟系统模拟不同等级的风速。

步骤6.将固定翼无人机放置于模拟飞行平台上，此前已经完成各项自检，启动无人机，检查无人机舵面反应情况，将风速调节至一定等级，使模拟平台的升降杆处于无阻尼状态，观察无人机姿态调整情况，传感器记录姿态转动变化值。

步骤7.将固定翼无人机放置于图3所示的拉力测试系统平台中，飞行模拟系统的升降杆此时处于固定状态，不让无人机进行副翼升降等动作，启动无人机，利用遥控器或地面站系统将油门量达到可起飞时的力，利用上位机软件观察测试系统的拉力计数据。

步骤8.固定翼无人机放置于图4所示的升力测试系统中，飞行模拟系统的升降杆此时处于固定状态，不会让无人机进行副翼升降等动作，启动风速模拟系统，观察电子测力计显示器上显示的力的大小，从而得到升力值。

步骤9.固定翼无人机放置于空域范围适合的位置，将无人机进行飞行前检查，自检，航线编辑等操作，准备进行起飞降落方式的检测。

步骤10.固定翼无人机起飞方式若为滑跑起飞时，测量起飞点与机体离地点之间的距离；降落方式为滑跑方式或机腹擦地方式降落，则测量机体降落着地点与停止点之间的距离，并检查机载任务设备、电机/发动机等核心部件有无损坏；降落方式为伞降时，则测量预设降落点与实际降落着地点之间的距离，并检查机载任务设备、电机/发动机等核心部件有无损坏。

步骤11.固定翼无人机放置于空域范围适合的位置，将无人机进行飞行前检查，自检，并下载当前任务区域内的飞行地图，按照指定飞行控制点的三维坐标(经、纬度和高度)及飞行速度，完成飞行控制点数据录入，记录最多录入航点个数，并在地面站数据界面显示该信息。

步骤12.检查固定翼无人机飞行控制点信息输入无误后，将无人机放飞，并记录起飞时间，待无人机在自主飞行模式下进入航线稳定飞行1圈后，展示手动增稳自主各飞行模式之间的切换，记录是否继续执行任务的提示功能，并观察切换过程中无人机的飞行状态和飞行姿态。

步骤13.在固定翼无人机飞行过程中，实时修改航路点并上传，观察无人机的飞行状态和飞行姿态，观察地面站与无人机间的通讯情况，包括实时数据传输和图像传输，记录有无中断、丢失等现象。运用飞行轨迹评价系统记录所飞行的航线轨迹，在飞行结束后进行飞行评价。

步骤14.固定翼无人机飞行任务为按照既定航迹飞行2圈，第1圈设置一个飞行相对高度，第2圈设置另一个飞行相对高度；机载摄像机全程摄像并机载存储；机载相机对指定区域内的物体进行定时定点自动拍照；

步骤15.待固定翼无人机进入航线正常飞行后，启动一键返航功能，观察无人机安全返航策略。

步骤16.固定翼无人机一键返航完成后，无需降落，继续执行盘旋并至初始航线，待无人机进入航线正常飞行后，将地面链路电源断开，并经核实地面链路电源已断开，观察无人机安全返航策略。

步骤17.固定翼无人机完成链路中断返航后无需降落，继续飞行，直至达到最大保护电压时开始执行降落，并记录最终续航时间。

步骤18.固定翼无人机在指定区域降落后，记录降落精度数据，采用地面站设置报警电压，并记录有无低电压报警功能。

步骤19.使用相应的轨迹评分系统进行分析，并导出地面站飞行数据，并回放，记录航迹保持图像，导出地面站和机载视频和图像数据。

如图2所示，固定翼无人机模拟飞行平台示意图，该平台能够使固定翼无人机近似于无约束状态，包括3个升降杆，一个转动盘，可实现固定翼无人机的副翼与升降以及航向姿态变化等飞行动作，且不需要起飞，固定安全，保证了室内测试飞行性能的要求；升降杆设有压/拉力传感器，转动盘设置转速传感器，升降上设有限位装置，避免操作动作过大导致机翼受到碰撞。

风场模拟系统由多个风机组成的风面，利用控制器进行风速和风向的控制，以进行固定翼无人机飞行性能试验。

如图3所示，固定翼无人机拉力测试平台示意图，包括拉力计，滑动平面等装置，平台可以使固定翼在指定平面内滑动，螺旋桨转动达到一定转速，拉力计即会实时记录拉力值，记录该拉力值，即可检测出固定翼无人机所达到的拉力。

如图4所示，固定翼无人机升力测试系统，由于固定翼机翼的形状使得空气在上表面流动速度要大于下表面流动速度导致了上下表面压力不同。无风时，测力计显示一个数值G，此为无人机受到的重力，对无人机进行吹风时测力显示一个数值F，无人机受到了一个向上的升力，升力的大小为F′＝G-F。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种固定翼无人机的飞行性能检验检测系统，其特征是：包括转动机构，所述转动机构上至少设置有实现固定翼无人机的副翼与升降以及航向变化的飞行动作的三个升降杆，所述升降杆上设有压/拉力传感器，转动部位均设置转速传感器。

2.如权利要求1所述的一种固定翼无人机的飞行性能检验检测系统，其特征是：还配置有风场模拟系统，具体包括多个风机，通过控制各个风机的安装位置、风速和风向，进行固定翼无人机飞行性能试验；

还配置有一个滑动平面，以容纳固定翼在该平面内滑动，滑动平面上设置有拉力传感器以记录固定翼无人机所达到的拉力值。

3.基于如权利要求1或2中所述的检测系统的检测方法，其特征是：控制固定翼无人机在不同环境下的动作来完成升力、拉力和滑动指标的测定，在空域允许的情况下，控制无人机分别在一定高度进行航线飞行，同时观察地面站的数据显示，记录并评判固定翼无人机的飞行轨迹情况，根据检测参数评价无人机的性能。

4.基于如权利要求1或2中所述的检测系统的检测方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)安装固定翼无人机于飞行性能检验检测系统上，进行无人机遥控遥测信号模块、电池模块和飞控模块的自检；

(2)启动无人机，检查无人机舵面反应情况，将风速调节至一定等级，使升降杆处于无阻尼状态，观察无人机姿态调整情况，记录姿态转动变化值；

(3)保持升降杆处于固定状态，不让无人机进行副翼升降动作，分别测试无人机起飞时的拉力、处于设定风速时的升力值；

(4)在空域允许的情况下，控制无人机分别在一定高度进行航线飞行，记录飞行控制点的三维坐标及飞行速度，并使无人机在各飞行模式之间的切换，记录切换过程中无人机的飞行状态和飞行姿态，完成飞行轨迹情况的检测。

5.如权利要求4所述的检测方法，其特征是：所述步骤(1)中，控制固定翼无人机的遥控遥测信号模块自检过程为：将通信模块的信号连接线断开，进行遥控遥测信号模块自检，并观察是否有声或/和光报警提示和报警代码,若有报警提示，并根据报警提示辨别故障模块，完成自检后，将通信模块的信号线连接好；

或，对电池模块的自检过程为：将固定翼无人机正常工作的电池模块更换为电量不足的电池，进行电池模块的自检，并观察是否有报警提示和报警代码，若有报警提示，并根据报警提示辨别故障模块，完成自检后，更换上正常工作的电池模块；

或，对飞控模块的自检过程为：将固定翼无人机移至设定位置，该位置无定位导航卫星信号，进行飞控模块的自检，并观察是否有报警提示和报警代码，若有报警提示，并根据报警提示辨别故障模块。

6.如权利要求4所述的检测方法，其特征是：所述步骤(1)中，更改实验环境的温度与湿度，进行各环境因素下的无人机遥控遥测信号模块、电池模块和飞控模块的自检。

7.如权利要求4所述的检测方法，其特征是：所述步骤(3)中，测量拉力时，升降杆处于固定状态，不让无人机进行副翼升降动作，启动无人机，利用遥控器或地面站系统将油门量达到可起飞时的力，观察测试系统的拉力计数据；

或，测量升力时，升降杆处于固定状态，不让无人机进行副翼升降动作，启动风速模拟，观察升力传感器的测试值大小，从而得到升力值。

8.如权利要求4所述的检测方法，其特征是：所述步骤(4)中，固定翼无人机起飞方式若为滑跑起飞时，测量起飞点与机体离地点之间的距离；降落方式为滑跑方式或机腹擦地方式降落，则测量机体降落着地点与停止点之间的距离，并检查核心部件有无损坏；降落方式为伞降时，则测量预设降落点与实际降落着地点之间的距离，并检查核心部件有无损坏。

9.如权利要求4所述的检测方法，其特征是：所述步骤(4)中，固定翼无人机放置于空域范围适合的位置，将无人机进行飞行前检查、自检，并下载当前任务区域内的飞行地图，按照指定飞行控制点的三维坐标及飞行速度，完成飞行控制点数据录入，记录最多录入航点个数，并在地面站数据界面显示该信息；

当控制点信息输入无误后，将无人机放飞，并记录起飞时间，待无人机在自主飞行模式下进入航线稳定飞行至少一圈后，展示手动增稳自主各飞行模式之间的切换，记录是否继续执行任务的提示功能，并观察切换过程中无人机的飞行状态和飞行姿态。

10.如权利要求4所述的检测方法，其特征是：所述步骤(4)中，固定翼无人机飞行过程中，实时修改航路点并上传，观察无人机的飞行状态和飞行姿态，观察地面站与无人机间的通讯情况，包括实时数据传输和图像传输情况，运用飞行轨迹评价系统记录所飞行的航线轨迹，在飞行结束后进行飞行评价；

或，固定翼无人机飞行任务为按照既定航迹飞行至少两圈，保持每一圈的飞行过程中的飞行高度不同，机载摄像机全程摄像并机载存储，机载相机对指定区域内的物体进行定时定点自动拍照，待所述固定翼无人机进入航线正常飞行后，控制其返航，观察无人机安全返航策略；

或，固定翼无人机完成链路中断返航后无需降落，继续飞行，直至达到最大保护电压时开始执行降落，并记录最终续航时间，固定翼无人机在指定区域降落后，记录降落精度数据，采用地面站设置报警电压，并记录有无低电压报警功能。