CN111874260B - 一种飞行器升力和扭矩测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞行器升力和扭矩测试装置及方法。一种飞行器升力和扭矩测试装置，包括飞行器、支架、支撑结构、绳索、升力传感器和扭矩传感器；支撑结构由垂直支撑杆、纵向支撑杆和相互平行的上、下横向支撑杆组成；垂直支撑杆的一端与纵向支撑杆和上横向支撑杆的中点固定连接，垂直支撑杆的另一端与下横向支撑杆的中点固定连接；飞行器机身上设通孔；支架上端固定设置有两端安装扭矩传感器的水平纵杆；扭矩传感器与距离最近的纵向支撑杆一端通过绳索绷紧连接；垂直支撑杆的上下两端转动连接支架；上下横向支撑杆端部上固定有升力传感器，上下对应设置的升力传感器通过绳索分别连接机翼上下表面。本发明装置结构简单，能同时测试升力和扭矩。

Description

一种飞行器升力和扭矩测试装置及方法

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，更具体地，涉及一种飞行器升力和扭矩测试装置及方法。

背景技术

在飞机模型试验测试领域，测量飞机模型的所受力的装置是进行物理模型试验的一种必备装置。测量装置通常通过力传感器测量模型所受的力。由于实验研究的复杂性和准确性要求，需要测量的力类型多样，与此同时还需要减少测量系统对模型运动的影响。现有的测量装置通常装在模型的前端或者模型周围，其会明显地影响模型运动，而且一种装置只能测量一种力，需要测量多种力时，需要布置多种测量仪器，进一步影响测量的精度。

单自由度测力装置的优点是简易直观，容易实现，但不能提供多种力的同时测量。然而在实际应用中需要对多个自由度的力进行同时测量，此时不同的测量装置叠加会明显地影响测量精度。另外，布置在模型前面和周围的测力装置也会明显地影响模型的运动，导致测量不准确。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种飞行器升力和扭矩测试装置及方法，用于解决测量飞机模型所受力的装置不能完成多种力同时测量的问题及测力装置布置在模型前面和周围会明显地影响模型的运动从而导致测量不准确的问题。

本发明采取的技术方案是：

一种飞行器升力和扭矩测试装置，包括飞行器、支架、支撑结构、绳索、升力传感器和扭矩传感器；

所述支撑结构由垂直支撑杆、纵向支撑杆和相互平行的上、下横向支撑杆组成；垂直支撑杆的一端与纵向支撑杆和上横向支撑杆的中点固定连接，垂直支撑杆的另一端与下横向支撑杆的中点固定连接；

所述飞行器机身上设可供垂直支撑杆穿过的通孔；

所述支架上端固定设置有两端安装扭矩传感器的水平纵杆；所述扭矩传感器与距离最近的纵向支撑杆一端通过绳索绷紧连接；

所述垂直支撑杆的上下两端转动连接所述支架；

所述上、下横向支撑杆端部上固定有升力传感器，所述上横向支撑杆上的升力传感器通过绳索与飞行器机翼上表面绷紧连接，所述下横向支撑杆上的升力传感器通过绳索与飞行器机翼下表面绷紧连接，上下对应设置的两个升力传感器与机翼表面的连接点呈一直线。

本技术方案中，上、下横向支撑杆端部用于安置升力传感器，支架上布置有与支撑结构的纵向支撑杆等长的水平纵杆，用于安置扭矩传感器。本发明的飞行器升力和扭矩测试装置分布于飞行器的上方和下方，减少了飞行器周围的装置部件，降低了对飞行器运动的影响，同时，本发明的装置集合了升降力和扭矩力两种测量系统，装置结构简单，测试过程中，升力测量系统与扭矩测量系统同时工作，同时输出飞行器所受的两种力，能减少测量的误差，提高测试精度。

测试前飞行器未受力，升力传感器数值一致，扭矩传感器数值也一致。飞行器置于风洞中，风吹动螺旋桨会使飞行器产生升降及扭转，机翼受风作用也会产生升力，同时飞行器受风不对称作用也可产生扭矩，由于连接升力传感器的绳索被固定在机翼上下表面，飞行器向上升时，将拉扯下半段的绳索，并拉扯设置于下横向支撑杆上的升力传感器，位于上半段的绳索此时处于放松状态；反之当飞行器下降时，将拉扯上半段的绳索，并拉扯设置于上横向支撑杆上的升力传感器，位于下半段的绳索此时处于放松状态，通过升力传感器的数值改变可测量出升力。同时，吹动螺旋桨和飞行器受风不对称作用会使飞行器产生扭转，由于扭矩传感器与距离最近的纵向支撑杆一端通过绳索绷紧连接，扭转时一侧的绳索放松，另一侧绳索被拉扯，通过扭矩传感器的数值改变可测量出扭矩。

优选地，所述扭矩传感器为四个，所述水平纵杆设置为相互平行的两条，每条所述水平纵杆的两端部均设置有扭矩传感器，距离最近且互不相连的两个扭矩传感器和纵向支撑杆的同一端部之间均通过绳索绷紧相连，所述水平纵杆、上横向支撑杆和纵向支撑杆位于同一水平面上。本技术方案中，设置两条水平纵杆，并在支架两侧各布置一组扭矩传感器，此时升力测量系统为对称结构，实验过程中飞行器更平衡，测量结果更准确。

优选地，所述飞行器中部设置的通孔为非圆形，所述垂直支撑杆的横截面形状与所述通孔的形状一致，所述垂直支撑杆纵向表面光滑，使飞行器与垂直支撑杆垂直相对移动，不能水平相对转动。本技术方案中，支撑结构穿过飞行器，垂直支撑杆表面光滑，截面形状可为椭圆形、三角形、六边形或其他非圆形，与飞行器的通孔截面对应，使得飞行器可沿支撑杆的垂直方向上下自由运动，而限制飞行器相对于支撑结构的转动。

优选地，所述垂直支撑杆长度为0.5-1米。

优选地，所述支架为椭圆形，所述支架的最高点和最低点均设置空心的旋转结构，所述旋转结构套设于所述垂直支撑杆的上下两端，使所述支架转动连接于所述垂直支撑杆上。本技术方案中，支撑结构上下方由旋转结构与支架连接，使得支架可随着支撑结构一起转动。

优选地，飞行器升力和扭矩测试装置还包括导槽，所述导槽由与支架左右两端滑动连接并用于限定支架运动方向的两根平行滑杆组成。

进一步优选地，支架的水平两端部均设置空心的套管，所述导槽穿过套管使支架滑动连接于两导槽上。本技术方案中，支架的两侧布置有与导槽的大小对应的套管，供支架沿导槽运动。

进一步优选地，所述导槽的长度为1.5-2米。

一种飞行器升力和扭矩测试装置，包括飞行器、支架、支撑结构、绳索、升力传感器和扭矩传感器；

所述支撑结构由垂直支撑杆、纵向支撑杆和相互平行的上、下横向支撑杆组成；垂直支撑杆的一端与纵向支撑杆和下横向支撑杆的中点固定连接，垂直支撑杆的另一端与上横向支撑杆的中点固定连接；

所述飞行器机身上设可供垂直支撑杆穿过的通孔；

所述支架下端固定设置有两端安装扭矩传感器的水平纵杆；所述扭矩传感器与距离最近的纵向支撑杆一端通过绳索绷紧连接；

所述垂直支撑杆的上下两端转动连接所述支架；

所述上、下横向支撑杆端部上固定有升力传感器，所述上横向支撑杆上的升力传感器通过绳索与飞行器机翼上表面绷紧连接，所述下横向支撑杆上的升力传感器通过绳索与飞行器机翼下表面绷紧连接，上下对应设置的两个升力传感器与机翼表面的连接点呈一直线。

本技术方案中，将扭矩传感器设置在飞行器下方，本方案也可用于测量飞行器的升力和扭矩。

一种飞行器升力和扭矩测试方法，使用如上任一项所述的飞行器升力和扭矩测试装置，包括如下步骤：

S1、将支架和飞行器分别安装于支撑结构上，再置于风洞中；

S2、开始试验后，飞行器受到力作用，产生向上的升力，升力传感器示数产生差值，差值即为飞行器所受升力；同时飞行器受到力作用，产生左右的扭转，扭矩传感器示数产生差值，差值经处理即算得飞行器偏转的扭矩。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的升力和扭矩测试系统设于飞行器的上下方，在测试过程中，测试装置对飞行器的影响仅有中间的垂直支撑杆，可通过空载模型试验滤去影响，其余测试装置布置在模型的上下方，不会对飞行器产生直接影响；

(2)本发明的升力和扭矩测量系统同时工作，使得飞行器所受的力同时输出，保持了同步性，减少了测量装置的复杂性；

(3)本发明的实验装置对飞行器的加工需求较少，飞行器只需开一个通孔和机翼上下各设置两个绳索挂点即可进行试验，飞行器的适用性高；

(4)本发明可根据不同的控制精度、响应速度和稳定性等应用需求选择不同的嵌入式系统、可编程控制器或传感器，在保证高精度和高响应速度的前提下，增强系统操作灵活性和稳定性，降低维护和保养成本。

附图说明

图1为本实施例1的飞行器升力和扭矩测试装置结构示意图。

图2为本实施例1的飞行器升力和扭矩测试装置的支撑结构示意图。

图3为本实施例1的飞行器升力和扭矩测试装置的升力测试装置示意图。

图4为本实施例1的飞行器升力和扭矩测试装置的扭矩测试装置示意图。

图中包含：飞行器10；通孔11；垂直支撑杆21；纵向支撑杆22；上横向支撑杆23；下横向支撑杆24；支架30；第一水平纵杆31；第二水平纵杆32；第一套管33；第二套管34；第一旋转结构35；第二旋转结构36；第一扭矩传感器41；第二扭矩传感器42；第三扭矩传感器43；第四扭矩传感器44；第一升力传感器51；第二升力传感器52；第三升力传感器53；第四升力传感器54；第一导槽61；第二导槽62。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，为本实施例1的一种飞行器升力和扭矩测试装置，包括导槽、飞行器10、支架30、支撑结构、绳索、升力传感器和扭矩传感器。

本实施例1的测试装置中，包含两条长度为1.5米且相互平行的滑杆组成的导槽，分别为第一导槽61和第二导槽62，同时支架30的两侧布置有与导槽的大小对应的套管，供支架30沿导槽运动。导槽与支架30左右两端滑动连接，支架30的水平两端部设置空心的第一套管33和第二套管34，第一导槽61穿过第一套管33、第二导槽62穿过第二套管34，使支架30滑动连接于两导槽上。

如图2所示，支撑结构由垂直支撑杆21、纵向支撑杆22和相互平行的上横向支撑杆23、下横向支撑杆24组成。垂直支撑杆21的上端与纵向支撑杆22和上横向支撑杆23的中点固定连接，垂直支撑杆21的下端与下横向支撑杆24的中点固定连接。

如图3所示，上横向支撑杆23端部设置有第一升力传感器51和第二升力传感器52，下横向支撑杆24端部设置有第三升力传感器53和第四升力传感器54。上横向支撑杆上的升力传感器通过绳索与飞行器10的机翼上表面绷紧连接，即飞行器10机翼上表面的绳索挂点分别通过绳索连接第一升力传感器51和第二升力传感器52；下横向支撑杆上的升力传感器通过绳索与飞行器10的机翼下表面绷紧连接，即飞行器10机翼下表面的绳索挂点分别通过绳索连接第三升力传感器53和第四升力传感器54。第一升力传感器51和第三升力传感器53与机翼表面的连接点呈一直线，第二升力传感器52和第四升力传感器54与机翼表面的连接点呈一直线。

飞行器10机身上设可供垂直支撑杆21穿过的通孔11，本实施例1中，飞行器10上设置的通孔11为六边形，垂直支撑杆21的横截面形状与通孔11的形状一致，垂直支撑杆21纵向表面光滑，使得飞行器10可沿垂直支撑杆21的垂直方向上下自由运动，而限制飞行器10相对于支撑结构的转动。垂直支撑杆21长度为0.5米。

如图4所示，本实施例1中，支架30上布置有与支撑结构的纵向支撑杆22等长的两条平行的水平纵杆，分别为第一水平纵杆31和第二水平纵杆32，第一水平纵杆31的端部设置有第一扭矩传感器41和第二扭矩传感器42，第二水平纵杆32的端部设置有第三扭矩传感器43和第四扭矩传感器44。第一扭矩传感器41和第三扭矩传感器43与距离最近的纵向支撑杆22一端通过绳索绷紧连接，第二扭矩传感器42和第四扭矩传感器44与距离最近的纵向支撑杆22一端通过绳索绷紧连接。第一水平纵杆31、第二水平纵杆32、上横向支撑杆23和纵向支撑杆22位于同一水平面上。

本实施例1中，支架30为椭圆形，支架30的最高点和最低点设置空心的第一旋转结构35和第二旋转结构36，旋转结构套设于垂直支撑杆21的上下两端，使支架30转动连接于垂直支撑杆21上。

本实施例1的飞行器升力和扭矩测试装置分布于飞行器10的上方和下方，减少了飞行器10周围的装置部件，降低了对飞行器10运动的影响，同时，本发明的装置集合了升降力和扭矩力两种测量系统，装置结构简单，测试过程中，升力测量系统与扭矩测量系统同时工作，同时输出飞行器10所受的两种力，能减少测量的误差，提高测试精度。本实施例1的实验装置对飞行器的加工需求较少，飞行器只需中部开一个通孔和机翼上下各设置两个绳索挂点即可进行试验，飞行器的适用性高。

实施例2

本实施例2为一种飞行器升力和扭矩测试方法，使用实施例1的飞行器升力和扭矩测试装置，测试过程包括如下步骤：

S1、将支架和飞行器分别安装于支撑结构上，再置洞中；

S2、开始试验后，飞行器受到力作用，产生向上的升力，升力传感器示数产生差值，差值即为飞行器所受升力；同时飞行器受到力作用，产生左右的扭转，扭矩传感器示数产生差值，差值经处理即算得飞行器偏转的扭矩。

测试前飞行器10未受力，升力传感器数值一致，扭矩传感器数值也一致。飞行器10置于风洞中，风吹动螺旋桨会使飞行器10产生升降及扭转，机翼受风作用也会产生升力，同时飞行器10受风不对称作用也可产生扭矩，由于连接升力传感器的绳索被固定在机翼上下表面，飞行器10向上升时，将拉扯下半段的绳索，并拉扯设置于下横向支撑杆24上的第三升力传感器53和第四升力传感器54，位于上半段的绳索此时处于放松状态；反之当飞行器10下降时，将拉扯上半段的绳索，并拉扯设置于上横向支撑杆23上的第一升力传感器51和第二升力传感器52，位于下半段的绳索此时处于放松状态，通过升力传感器的数值改变可测量出升力。同时，吹动螺旋桨和飞行器10受风不对称作用会使飞行器10产生扭转，由于扭矩传感器与距离最近的纵向支撑杆22一端通过绳索绷紧连接，扭转时一侧的绳索放松，另一侧绳索被拉扯，通过扭矩传感器的数值改变可测量出扭矩。

本实施例2的测试过程可根据不同的控制精度、响应速度和稳定性等应用需求选择不同的嵌入式系统、可编程控制器或传感器，在保证高精度和高响应速度的前提下，增强系统操作灵活性和稳定性，降低维护和保养成本。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞行器升力和扭矩测试装置，其特征在于，包括飞行器、支架、支撑结构、绳索、升力传感器和扭矩传感器；

所述支撑结构由垂直支撑杆、纵向支撑杆和相互平行的上、下横向支撑杆组成；垂直支撑杆的一端与纵向支撑杆和上横向支撑杆的中点固定连接，垂直支撑杆的另一端与下横向支撑杆的中点固定连接；

所述飞行器机身上设可供垂直支撑杆穿过的通孔；

所述支架上端固定设置有两端安装扭矩传感器的水平纵杆；所述扭矩传感器与距离最近的纵向支撑杆一端通过绳索绷紧连接；

所述垂直支撑杆的上下两端转动连接所述支架；

所述上、下横向支撑杆端部上固定有升力传感器，所述上横向支撑杆上的升力传感器通过绳索与飞行器机翼上表面绷紧连接，所述下横向支撑杆上的升力传感器通过绳索与飞行器机翼下表面绷紧连接，上下对应设置的两个升力传感器与机翼表面的连接点呈一直线。

2.根据权利要求1所述的一种飞行器升力和扭矩测试装置，其特征在于，所述扭矩传感器为四个，所述水平纵杆设置为相互平行的两条，每条所述水平纵杆的两端部均设置有扭矩传感器，距离最近且互不相连的两个扭矩传感器和纵向支撑杆的同一端部之间均通过绳索绷紧相连，所述水平纵杆、上横向支撑杆和纵向支撑杆位于同一水平面上。

3.根据权利要求1所述的一种飞行器升力和扭矩测试装置，其特征在于，所述飞行器中部设置的通孔为非圆形，所述垂直支撑杆的横截面形状与所述通孔的形状一致，所述垂直支撑杆纵向表面光滑，使飞行器与垂直支撑杆垂直相对移动，不能水平相对转动。

4.根据权利要求1所述的一种飞行器升力和扭矩测试装置，其特征在于，所述垂直支撑杆长度为0.5-1米。

5.根据权利要求1所述的一种飞行器升力和扭矩测试装置，其特征在于，所述支架为椭圆形，所述支架的最高点和最低点均设置空心的旋转结构，所述旋转结构套设于所述垂直支撑杆的上下两端，使所述支架转动连接于所述垂直支撑杆上。

6.根据权利要求1所述的一种飞行器升力和扭矩测试装置，其特征在于，还包括导槽，所述导槽由与支架左右两端滑动连接并用于限定支架运动方向的两根平行滑杆组成。

7.根据权利要求6所述的一种飞行器升力和扭矩测试装置，其特征在于，支架的水平两端部均设置空心的套管，所述导槽穿过套管使支架滑动连接于两导槽上。

8.根据权利要求6所述的一种飞行器升力和扭矩测试装置，其特征在于，所述导槽的长度为1.5-2米。

9.一种飞行器升力和扭矩测试装置，其特征在于，包括飞行器、支架、支撑结构、绳索、升力传感器和扭矩传感器；

所述支撑结构由垂直支撑杆、纵向支撑杆和相互平行的上、下横向支撑杆组成；垂直支撑杆的一端与纵向支撑杆和下横向支撑杆的中点固定连接，垂直支撑杆的另一端与上横向支撑杆的中点固定连接；

所述飞行器机身上设可供垂直支撑杆穿过的通孔；

所述支架下端固定设置有两端安装扭矩传感器的水平纵杆；所述扭矩传感器与距离最近的纵向支撑杆一端通过绳索绷紧连接；

所述垂直支撑杆的上下两端转动连接所述支架；

所述上、下横向支撑杆端部上固定有升力传感器，所述上横向支撑杆上的升力传感器通过绳索与飞行器机翼上表面绷紧连接，所述下横向支撑杆上的升力传感器通过绳索与飞行器机翼下表面绷紧连接，上下对应设置的两个升力传感器与机翼表面的连接点呈一直线。

10.一种飞行器升力和扭矩测试方法，使用权利要求1至9任一项所述的一种飞行器升力和扭矩测试装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将支架和飞行器分别安装于支撑结构上，再置于风洞中；

S2、开始试验后，飞行器受到力作用，产生向上的升力，升力传感器示数产生差值，差值即为飞行器所受升力；同时飞行器受到力作用，产生左右的扭转，扭矩传感器示数产生差值，差值经处理即算得飞行器偏转的扭矩。

Images