CN108839816A - 一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置 - Google Patents

一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于无人机性能测试设备技术领域，具体涉及一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，包括喷雾系统、控制系统、测试平台、测量系统和给水系统，其中：所述喷雾系统通过给水系统进行供水，并向所述测试平台喷淋模拟降雨，收集至测试平台内的水滴再次回收至给水系统进行循环使用；所述控制系统为设置在所述测试平台上的旋翼系统进行供电，并控制旋翼系统的转速；所述测量系统将旋翼系统的测试数据进行处理并存储，形成处理报告；且所述控制系统与测量系统之间通过wifi信号连接。本发明可以满足对新型旋翼系统是否适合在雨中工作的测试，也可以用来测试电机与桨叶的匹配性，甚至可以捕捉旋翼系统的运动动态以及流场信息。

Description

一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置
技术领域
本发明属于无人机性能测试设备技术领域，具体涉及一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置。
背景技术
旋翼无人机是一种装备了自动控制器、通信系统、传感器及数据处理单元等航空电子设备，并能够在无人干扰的情况下完成自主飞行任务的无人驾驶的飞行系统。它可根据机载设备对自身飞行状况及周边环境进行量化评估，从而制定合理的应对措施与飞行策略。另外，在自身机械机构出现故障时，六旋翼无人机还能根据当前结构特点采取最优解决方案。由于这些独特的优势，旋翼无人机逐渐成为难以替代的空中平台，在军事与民用上有着广泛的应用。在军事上，它可用于战场勘察、禁飞巡逻、电子对抗、情报获取等任务；在民用上，它可用于环境监测、电力检测、高压巡线、森林防火、农林喷雾等作业。
目前，普通旋翼无人机上装载的航空电子设备像锂电池、无刷电机、传感器等都是不能防水的，若在雨天进行飞行任务时，容易导致航空电子设备进水，形成短路导致炸机等状况的发生。因此，急需一套装置来开发或研究新型无人机旋翼系统。另外，无人机用户或高校科研人员在选择桨叶与电机型号时，通常是根据在实际飞行中是观察控制器油门工作状况以及无人机加速判断电机与桨叶是否匹配，这并不能达到精确匹配的要求，且存在安全隐患或电机性能浪费。因此，也急需一套装置来测试电机与桨叶的匹配性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷与不足，提供一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，该装置可以满足对新型旋翼系统是否适合在雨中工作的测试，也可以用来测试电机与桨叶的匹配性，甚至可以捕捉旋翼系统的运动动态以及流场信息。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，包括喷雾系统、控制系统、测试平台、测量系统和给水系统，其中：
所述喷雾系统通过给水系统进行供水，并向所述测试平台喷淋模拟降雨，收集至测试平台内的水滴再次回收至给水系统进行循环使用；
所述控制系统为设置在所述测试平台上的旋翼系统进行供电，并控制旋翼系统的转速；
所述测量系统将旋翼系统的测试数据进行处理并存储，形成处理报告；
且所述控制系统与测量系统之间通过wifi信号连接。
优选的，所述喷雾系统包括底座以及与底座螺纹连接的支撑杆，所述支撑杆的高度可调节，且支撑杆的顶端垂直设有横杆，所述横杆两端分别设有喷雾头和配重块，所述底座上设有与给水系统的供水管道连接的进水口，所述进水口与喷雾头连通。
优选的，所述测试平台包括底盘和固定在底盘上的整流罩，所述整流罩的左右两侧分别设有进风口和出风口，所述底盘底部设有与给水系统的收水管道连接的出水口，所述底盘上还设有连接控制系统的布线孔。
优选的，所述旋翼系统包括电机和设置在电机上的桨叶，所述电机和桨叶通过可调螺纹孔固定在所述底盘中央的凸台上，所述凸台下方设有与所述测量系统信号连接的二分量天平。
优选的，所述控制系统包括第一PC机、STM32C8T6、电子调速器和电源，所述STM32C8T6将第一PC机给出的数字信号转换成PWM信号给电子调速器，电子调速器控制电机，所述电源为电机供电。
优选的，所述测量系统包括第二PC机、转速计、摄像头和集成模块，所述第二PC机将所述二分量天平、转速计以及摄像头采集的数据传输给集成模块进行处理和存储。
优选的，所述集成模块包括模式选择模块、通信模块、信息采集模块、数据处理模块以及三维模拟模块。
优选的，所述给水系统还包括水箱和水泵。
采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，通过喷雾系统的设置模拟下雨，通过整流罩上进风口和出风口的设置模拟横风；测试平台中的整流罩是可以拆卸的，用来整定旋翼系统周围的流场，测试平台的中央凸台上有不同间距可调的螺纹孔，可用来安装不同型号电机与桨叶，凸台下方还安装有二分量天平(沿桨毂轴线方向的力传感器和绕桨毂轴线方向的力矩传感器)，二分量天平将采集到的升力与扭矩信号传给测量系统；因此，本发明的装置可以满足对新型旋翼系统是否适合在雨中工作的测试，也可以用来测试电机与桨叶的匹配性，甚至可以捕捉旋翼系统的运动动态以及流场信息。
综上所述，本发明有助于研究新型旋翼系统，开发防雨的旋翼系统，也有助于用户方便选择电机与桨叶，从而提高新型旋翼系统设计与旋翼系统选型的效率，降低旋翼系统的开发成本。
附图说明
图1为本发明一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置的总体结构示意图；
图2为本发明喷雾系统的结构示意图；
图3为本发明测试平台的结构示意图；
图4为本发明控制系统结构框图；
图5为本发明测量系统结构框图；
图6为本发明集成模块结构框图；
图7为本发明给水系统结构框图。
其中：喷雾系统1、控制系统2、测试平台3、测量系统4、给水系统5、底座6、支撑杆7、配重块8、小臂9、三通接头10、大臂11、两通接头12、喷雾头13、进水口14、底盘15、整流罩16、出水口17、进风口18、桨叶19、电机20、凸台21、出风口22、布线孔23、第一PC机24、STM32C8T625、电子调速器26、电源27、二分量天平28、转速计29、摄像头30、第二PC机31、集成模块32、模式选择模块33、通信模块34、信息采集模块35、数据处理模块36、三维模拟模块37、收水管道38、水箱39、供水管道40。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-3所示，为本发明提供了一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，包括喷雾系统1、控制系统2、测试平台3、测量系统4和给水系统5，其中控制系统2控制测量平台3内的旋翼系统，测量系统4用来采集旋翼系统的实验数据，喷雾系统1用来模拟降雨，给水系统5用来供水以及回收实验废水，测试平台3用来安放被测试的旋翼系统。
更具体地，如图2所示，喷雾系统中的底座6与支撑杆7螺纹连接，支撑杆7的高度可调，底座6上开有直径为5mm的进水口14与供水系统5的供水管道40连接，支撑杆7的另一端通过三通接头10与大臂11与小臂9连接(大臂11与小臂9组成横杆)，支撑杆7与大臂11都是中空的，小臂9的另一端与配重块8连接，用来平衡整个喷雾系统，大臂11的另一端与喷雾头13通过两通接头12连接，整个喷雾系统的高度可调，排水量可控(可通过给水系统5上的水泵进行控制)，可以用来模拟降雨。
如图3所示，测试平台3的底盘15一侧开有一个直径为6mm的布线孔23，用来布线连接控制系统2，整流罩16通过四根圆柱与底盘15固接，其上开有一个进风口18和一个排风口22，用来模拟横风，旋翼系统中的桨叶19与电机20通过可调螺纹孔被固连在中央凸台21上，凸台21的下方安装有二分量天平28，用来测试旋翼系统的升力与扭矩。
如图4所示，控制系统2与测量系统4通过wifi信号通信，控制系统2中包括第一PC机24、STM32C8T6 25、电子调速器26以及电源27，STM32C8T6 25将第一PC机24给出的数字信号转换成PWM信号给电子调速器26，进而去控制电机20，电源27负责给旋翼系统的电机20供电。
如图5所示，所述的测量系统4包括第二PC机31、转速计29、二分量天平28、摄像头30与集成模块32。其中，第二PC机31用来监控实验数据，转速计29用来测量旋翼系统的转速，二分量天平28用来测量旋翼系统的升力与扭矩信号，摄像头30用来捕捉旋翼系统的运动状态，测量系统4中的第二PC机31将二分量天平28、转速计29以及摄像头30采集的实验数据输送给集成模块32进行处理并存储，最终形成数据报告。
更具体地，如图6所示，上述测量系统4第二PC机31上的软件是基于LABVIEW的框架程序实现的，采用模块化设计方法，所述集成模块32中包括模式选择模块33、通信模块34、信息采集模块35、数据处理模块36、三维模拟模块37。其中，模式选择模块33包括手动模式与自动模式，前者可通过人为控制选择实验数据段，后者为自动采集全部实验数据段；通信模块34通过串口控件经由wifi数据传输组件建立测试平台3与测量系统4之间的数据链；信息采集模块35包括用于显示旋翼升力、扭矩、转速、风速、降雨量信息的仪表控件，用于显示当前旋翼系统的工作状态、进行危险报警的图标控件，用于显示数据信息的对话框和图形控件；数据处理模块36包括滤波器和存储器，用于处理和存储通信模块34接收到的实验数据、更新信息采集模块35的数据以及回放调用已采集处理的数据；三维模拟模块37在Matlab/Simscape环境中导入旋翼系统的三维模型，由信息采集模块35得到的数据驱动模型模拟旋翼系统的工作状态以及工作环境。
如图7所示，给水系统5中的水箱39通过水泵经供水管道40向喷雾系统1供水，测试平台3中的实验废水经出水口17与收水管道38被回收至水箱39。
本发明提供的一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，通过喷雾系统1的设置模拟下雨，通过整流罩16上进风口18和出风口22的设置模拟横风；测试平台3中的整流罩16是可以拆卸的，用来整定旋翼系统周围的流场，测试平台3的中央凸台21上有不同间距可调的螺纹孔，可用来安装不同型号电机20与桨叶19，凸台21下方还安装有二分量天平28(沿桨毂轴线方向的力传感器和绕桨毂轴线方向的力矩传感器)，二分量天平28将采集到的升力与扭矩信号传给测量系统4；因此，本发明的装置可以满足对新型旋翼系统是否适合在雨中工作的测试，也可以用来测试电机与桨叶的匹配性，甚至可以捕捉旋翼系统的运动动态以及流场信息。
综上所述，本发明有助于研究新型旋翼系统，开发防雨的旋翼系统，也有助于用户方便选择电机与桨叶，从而提高新型旋翼系统设计与旋翼系统选型的效率，降低旋翼系统的开发成本。
因此，本发明具有广泛的市场前景，值得推广利用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，其特征在于：包括喷雾系统(1)、控制系统(2)、测试平台(3)、测量系统(4)和给水系统(5)，其中：
所述喷雾系统(1)通过给水系统(5)进行供水，并向所述测试平台(3)喷淋模拟降雨，收集至测试平台(3)内的水滴再次回收至给水系统(5)进行循环使用；
所述控制系统(2)为设置在所述测试平台(3)上的旋翼系统进行供电，并控制旋翼系统的转速；
所述测量系统(4)将旋翼系统的测试数据进行处理并存储，形成处理报告；
且所述控制系统(2)与测量系统(4)之间通过wifi信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，其特征在于：所述喷雾系统(1)包括底座(6)以及与底座(6)螺纹连接的支撑杆(7)，所述支撑杆(7)的高度可调节，且支撑杆(7)的顶端垂直设有横杆，所述横杆两端分别设有喷雾头(13)和配重块(8)，所述底座(6)上设有与给水系统(5)的供水管道(40)连接的进水口(14)，所述进水口(14)与喷雾头(13)连通。
3.根据权利要求1所述的一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，其特征在于：所述测试平台(3)包括底盘(15)和固定在底盘(15)上的整流罩(16)，所述整流罩(16)的左右两侧分别设有进风口(18)和出风口(22)，所述底盘(15)底部设有与给水系统(5)的收水管道(38)连接的出水口(17)，所述底盘(15)上还设有连接控制系统(2)的布线孔(23)。
4.根据权利要求3所述的一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，其特征在于：所述旋翼系统包括电机(20)和设置在电机(20)上的桨叶(19)，所述电机(20)和桨叶(19)通过可调螺纹孔固定在所述底盘(15)中央的凸台(21)上，所述凸台(21)下方设有与所述测量系统(4)信号连接的二分量天平(28)。
5.根据权利要求4所述的一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，其特征在于：所述控制系统(2)包括第一PC机(24)、STM32C8T6(25)、电子调速器(26)和电源(27)，所述STM32C8T6(25)将第一PC机(24)给出的数字信号转换成PWM信号给电子调速器(26)，电子调速器(26)控制电机(20)，所述电源(27)为电机(20)供电。
6.根据权利要求4所述的一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，其特征在于：所述测量系统(4)包括第二PC机(31)、转速计(29)、摄像头(30)和集成模块(32)，所述第二PC机(31)将所述二分量天平(28)、转速计(29)以及摄像头(30)采集的数据传输给集成模块(32)进行处理和存储。
7.根据权利要求6所述的一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，其特征在于：所述集成模块(32)包括模式选择模块(33)、通信模块(34)、信息采集模块(35)、数据处理模块(36)以及三维模拟模块(37)。
8.根据权利要求1所述的一种多功能无人机旋翼系统性能测试装置，其特征在于：所述给水系统(5)还包括水箱(39)和水泵。
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