CN108275287B - 多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置及方法，包括：主支架、升降平台、升降电机、减速器、传动转向器、升降平台升降机、旋翼系统升降机、旋翼系统X方向位移器、X方向平移杆、旋翼六分量天平、机体六分量天平；所述升降电机通过安装在主支架上的减速器和传动转向器驱动升降平台升降机，从而带动升降平台上下移动；旋翼系统X方向位移器安装在升降平台两侧；旋翼系统升降机安装在X方向平移杆上并沿Z方向可移动；旋翼/机体六分量天平分别安装在旋翼系统升降机/X方向平移杆和旋翼系统/机体之间的位置。本发明具有通用性强，操作简便等优点，可适用不同尺寸的多旋翼倾转飞行器的气动干扰和地面效应试验研究。
Description
技术领域
本发明属于空气动力学试验技术领域，具体指代一种多旋翼倾转飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置及方法。
背景技术
当多旋翼倾转飞行器在悬停飞行状态和低速前飞状态时，机翼/旋翼/机身之间的气动干扰尤为严重。机翼/旋翼/机身之间的气动干扰会对多旋翼倾转飞行器的各升力部件产生很大的影响。在近地面飞行时，旋翼尾流受到地面干扰后形成复杂的流场，也会对多旋翼倾转飞行器的各升力部件产生很大的影响。
悬停飞行和低速前飞阶段旋翼尾流和机翼、机身、地面之间的相互作用关系复杂，目前通过理论计算还不能很好的研究机翼/旋翼/机身之间的气动干扰和地面效应问题，必须通过试验的方法对机翼/旋翼/机身之间的气动干扰和地面效应问题进行研究。
此外，通过试验方法对多旋翼倾转飞行器的机翼/旋翼/机身之间的气动干扰和地面效应问题进行研究，对多旋翼倾转飞行器的气动布局、动力布局设计等方面的工作都有重要意义。目前国内还没有有关多旋翼倾转飞行器气动干扰和地面效应的试验台。国外大多也是根据自身研究的多旋翼倾转飞行器的大小及研究重点来设计符合自身要求的试验台。
有鉴于此，实有必要提出了一种多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置及方法。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置及方法，以解决现有技术中通过理论计算无法很好地研究机翼/旋翼/机身之间的气动干扰和地面效应的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置，包括：主支架、升降平台、升降电机、减速器、传动转向器、升降平台升降机、旋翼系统升降机、旋翼系统X方向位移器、X方向平移杆、旋翼六分量天平和机体六分量天平，其中：
所述升降电机、减速器、传动转向器和升降平台升降机安装在主支架上，升降电机通过减速器和传动转向器驱动升降平台升降机，升降平台升降机驱动连接升降平台，改变升降平台在Y方向的位置；
旋翼系统X方向位移器安装在升降平台两侧，其改变X方向平移杆在X方向的位置；
旋翼系统升降机沿Z方向可移动安装在X方向平移杆上，其固定连接飞行器旋翼系统，改变飞行器旋翼系统在Y方向及Z方向的位置；
多个旋翼六分量天平分别安装在多个旋翼系统升降机和飞行器旋翼系统之间的位置，用于测量旋翼系统中各旋翼所受的力和力矩；两个机体六分量天平安装在两个X方向平移杆和飞行器机体之间的位置，用于测量机体所受的力和力矩。
优选地，所述升降平台与X方向平移杆之间通过可锁死滑动机构配合，使X方向平移杆在X方向的位置发生改变并锁死。
优选地，所述可锁死滑动机构包含设于升降平台上的圆形凸起及设于X方向平移杆上的凹槽。
优选地，所述试验装置仅安装飞行器旋翼系统情况下，改变各旋翼之间的X、Y和Z方向的相对位置，研究旋翼/旋翼之间的气动干扰。
优选地，所述试验装置安装飞行器机体后，改变飞行器旋翼系统和飞行器机体之间的Y方向的相对位置，研究旋翼/机体之间的气动干扰。
优选地，所述试验装置通过改变升降平台的Y方向位置，模拟多旋翼飞行器离地高度变化，研究飞行器离地高度对多旋翼飞行器旋翼和机体受力的影响。
本发明的一种多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置的实验方法，基于上述试验装置，包括：
进行气动干扰实验时，升降平台升降机把升降平台固定在一定高度的位置，安装飞行器旋翼系统，改变四个旋翼之间的X、Y和Z方向的相对位置，记录无飞行器机体情况下飞行器旋翼系统所受的力和力矩；对数据进行处理和分析即可得到旋翼/旋翼之间的气动干扰；安装飞行器机体后，通过旋翼系统升降机改变旋翼系统和机体之间的Y方向的相对位置，记录旋翼系统及机体所受的力和力矩；对数据进行处理和分析即可得到旋翼/机体之间的干扰；
进行地面效应实验时，安装飞行器机体和飞行器旋翼系统，调节飞行器机体和飞行器旋翼系统的相对位置，即模拟出四旋翼倾转飞行器；通过改变升降平台在Y方向的位置，模拟四旋翼倾转飞行器离地高度变化，记录旋翼系统及机体所受的力和力矩；对数据进行处理和分析即可得到飞行器离地高度对四旋翼倾转飞行器旋翼和机体受力的影响。
本发明的有益效果：
本发明的多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置具有通用性强，操作简便等优点，可适用不同尺寸的多旋翼倾转飞行器的气动干扰和地面效应试验研究。甚至可适用于倾转旋翼飞行器的气动干扰和地面效应试验研究。对研究多旋翼倾转飞行器的气动布局和动力布局的设计具有重要意义。
附图说明
图1为本发明综合试验装置的第一结构示意图。
图2为本发明综合试验装置的第二结构示意图。
图3为示例中旋翼系统升降机、X方向平移杆和升降平台连接的示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1至图3所示，本发明的一种多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置，示例中选择四旋翼飞行器，包括：主支架1、升降平台2、升降电机3、减速器4、传动转向器5、升降平台升降机6、旋翼系统升降机7、旋翼系统X方向位移器8、X方向平移杆9、旋翼六分量天平10、机体六分量天平11，其中：
示例中，主支架1由方钢管搭建成框架结构。所述升降电机3、减速器4、传动转向器5和升降平台升降机6安装在主支架1上，升降平台升降机6安装在主支架1上部四个角，通过轴串联4个升降平台升降机6，保证升降平台2四个点同时上升或者同时下降；升降电机3通过减速器4和传动转向器5驱动升降平台升降机6，升降平台升降机6驱动连接升降平台2，改变升降平台2在Y方向的位置；
旋翼系统X方向位移器8安装在升降平台2两侧，其改变X方向平移杆9在X方向的位置；其中，所述升降平台2与X方向平移杆9之间通过可锁死滑动机构配合，使X方向平移杆9在X方向的位置发生改变并锁死。
本示例中，所述滑动机构包含设于升降平台2上的圆形凸起及设于X方向平移杆9上的凹槽。于其他示例中，圆形凸起也可设于X方向平移杆上，凹槽设于升降平台上。
旋翼系统升降机7沿Z方向可移动安装在X方向平移杆9上，旋翼系统升降机7固定连接飞行器旋翼系统13，改变飞行器旋翼系统13在Y方向及Z方向的位置；X方向平移杆9上设有两个相对称的沿Z方向的滑槽，旋翼系统升降机7可于该Z方向的滑槽内沿Z方向滑动，从而改变飞行器旋翼系统13在Z方向的位置。
四个旋翼六分量天平10分别安装在四个旋翼系统升降机7和飞行器旋翼系统13之间的位置，用于测量旋翼系统中各旋翼所受的力和力矩；两个机体六分量天平11安装在两个X方向平移杆9和飞行器机体12之间的位置，用于测量机体所受的力和力矩。由于飞行器机体12和飞行器旋翼系统13完全脱开，因此，旋翼六分量天平10和机体六分量天平11测量范围互不干涉。
其中，所述试验系统仅安装飞行器旋翼系统情况下，改变四个旋翼之间的X、Y和Z方向的相对位置，研究旋翼/旋翼之间的气动干扰。
其中，所述试验系统安装飞行器机体后，改变飞行器旋翼系统和飞行器机体之间的Y方向的相对位置，研究旋翼/机体之间的气动干扰。
本发明的实验方法：进行气动干扰实验时，升降平台升降机把升降平台固定在一个较高的位置，仅安装飞行器旋翼系统，可改变四个旋翼之间的X、Y和Z方向的相对位置，记录无飞行器机体情况下飞行器旋翼系统所受的力和力矩。对数据进行处理和分析即可得到旋翼/旋翼之间的气动干扰。安装飞行器机体后，可通过旋翼系统升降机改变旋翼系统和机体之间的Y方向的相对位置，可记录旋翼系统及机体所受的力和力矩。对数据进行处理和分析即可得到旋翼/机体之间的干扰。
进行地面效应实验时，安装飞行器机体和飞行器旋翼系统，调节好飞行器机体和飞行器旋翼系统的相对位置，即模拟出四旋翼倾转飞行器。通过改变升降平台在Y方向的位置，可模拟四旋翼倾转飞行器离地高度变化，可记录旋翼系统及机体所受的力和力矩。对数据进行处理和分析即可得到飞行器离地高度对四旋翼倾转飞行器旋翼和机体受力的影响。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置的实验方法，基于多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置，其特征在于，装置包括：
主支架（1）、升降平台（2）、升降电机（3）、减速器（4）、传动转向器（5）、升降平台升降机（6）、旋翼系统升降机（7）、旋翼系统X方向位移器（8）、X方向平移杆（9）、旋翼六分量天平（10）和机体六分量天平（11），其中，
所述升降电机（3）、减速器（4）、传动转向器（5）和升降平台升降机（6）安装在主支架（1）上，升降电机（3）通过减速器（4）和传动转向器（5）驱动升降平台升降机（6），升降平台升降机（6）驱动连接升降平台（2），改变升降平台（2）在Y方向的位置；
旋翼系统X方向位移器（8）安装在升降平台（2）两侧，其改变X方向平移杆（9）在X方向的位置；
旋翼系统升降机（7）沿Z方向可移动安装在X方向平移杆（9）上，其固定连接飞行器旋翼系统（13），改变飞行器旋翼系统（13）在Y方向及Z方向的位置；
多个旋翼六分量天平（10）分别安装在多个旋翼系统升降机（7）和飞行器旋翼系统（13）之间的位置，测量旋翼系统中各旋翼所受的力和力矩；两个机体六分量天平（11）安装在两个X方向平移杆（9）和飞行器机体（12）之间的位置，测量机体所受的力和力矩；
方法步骤如下：
进行气动干扰实验时，升降平台升降机把升降平台固定在一定高度的位置，安装飞行器旋翼系统，改变四个旋翼之间的X、Y和Z方向的相对位置，记录无飞行器机体情况下飞行器旋翼系统所受的力和力矩；对数据进行处理和分析即可得到旋翼/旋翼之间的气动干扰；安装飞行器机体后，通过旋翼系统升降机改变旋翼系统和机体之间的Y方向的相对位置，记录旋翼系统及机体所受的力和力矩；对数据进行处理和分析即可得到旋翼/机体之间的干扰；
进行地面效应实验时，安装飞行器机体和飞行器旋翼系统，调节飞行器机体和飞行器旋翼系统的相对位置，即模拟出四旋翼倾转飞行器；通过改变升降平台在Y方向的位置，模拟四旋翼倾转飞行器离地高度变化，记录旋翼系统及机体所受的力和力矩；对数据进行处理和分析即可得到飞行器离地高度对四旋翼倾转飞行器旋翼和机体受力的影响。
2.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置的实验方法，其特征在于，所述升降平台（2）与X方向平移杆（9）之间通过可锁死滑动机构配合，使X方向平移杆（9）在X方向的位置发生改变并锁死。
3.根据权利要求2所述的多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置的实验方法，其特征在于，所述可锁死滑动机构包含设于升降平台（2）上的圆形凸起及设于X方向平移杆（9）上的凹槽。
4.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置的实验方法，其特征在于，所述试验装置仅安装飞行器旋翼系统情况下，改变各旋翼之间的X、Y和Z方向的相对位置，研究旋翼/旋翼之间的气动干扰。
5.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置的实验方法，其特征在于，所述试验装置安装飞行器机体后，改变飞行器旋翼系统和飞行器机体之间的Y方向的相对位置，研究旋翼/机体之间的气动干扰。
6.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器气动干扰及地面效应综合试验装置的实验方法，其特征在于，所述试验装置通过改变升降平台的Y方向位置，模拟多旋翼飞行器离地高度变化，研究飞行器离地高度对多旋翼飞行器旋翼和机体受力的影响。
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