CN111891384A - 一种仿鸟扑翼飞行器测试装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿鸟扑翼飞行器测试装置及其测试方法,属于无人机测试设备技术领域。飞行器测试装置包括测试架体和测试架体受力综合检测装置;测试架体包括传感器检测支架,承力框架和飞行器连接座;承力框架包括飞行器轴向定位支架和斜梁;测试架体受力综合检测装置包括三个测力支座,测力支座包括底座和复合式测力传感器,复合式测力传感器包括水平拉压力传感器和垂直拉压力传感器;三个测力支座分别与传感器检测支架的两个底角端和顶角端铰接。测试方法包括以下步骤:a.飞行器与测试装置安装定位;b.测试装置安装就位;c.测试装置电路连接;d.待测仿鸟扑翼飞行器测试;e.生成测试结果。它具有结构合理,操作便捷,测试准确等特点。
Description
技术领域
本发明涉及无人机测试设备技术领域。
背景技术
微型飞行器尺寸小,效能高,被认为在军事领域具有重大意义。仿鸟扑翼微型飞行器尺寸小,隐蔽性高,且有足以携带侦察设备或攻击武器的载荷能力,非常适合单兵携行侦察和特种作战使用。在民用领域,仿鸟扑翼微型飞行器机动性高,噪声小,飞行效率高,使其能够胜任城市飞行、低空巡查、灾害搜救等任务。
由于微型仿鸟扑翼飞行器气动机理复杂,其扑动翼扑动涉及到结构学、空气动力学、运动学等多个学科,难以通过计算得到其飞行中扑动翼扑动产生的力和力矩,迫切需要一套能够通过试验准确测量扑动翼扑动力和力矩的设备和对应的试验方法。相比于仿昆虫和仿蜂鸟飞行器,仿鸟飞行器尺寸和重量更大,在扑动翼扑动时产生的力和力矩远大于前者,且力与力矩的数量级接近,这对试验测量设备提出了更高要求。然而,目前关于仿鸟扑翼飞行器的试验平台相对缺乏,且存在测力量程小、测量力矩量程远小于测力量程、安装飞行器的空间受限等问题,导致相关飞行器测力试验存在设备复杂、操作繁琐、精度低、通用性差等问题,对微型仿鸟扑翼式飞行器的研发造成很大阻碍。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种仿鸟扑翼飞行器测试装置及其测试方法,它具有结构合理,操作便捷,测试准确等特点。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:
一种仿鸟扑翼飞行器测试装置,包括测试架体和测试架体受力综合检测装置;
测试架体包括传感器检测支架,承力框架和飞行器连接座;
传感器检测支架为水平设置的等腰三角形水平支架,其包括一个底梁和两个长度相等的边梁,两个边梁的一端分别与底梁的两端固定连接,形成等腰三角形水平支架的两个底角端,两个边梁的另一端固定连接在一起形成等腰三角形水平支架的顶角端;
承力框架包括飞行器轴向定位支架和斜梁,飞行器轴向定位支架为(向上)设置的等腰三角形竖向支架,其包括两个长度相等的侧梁,两个侧梁的底端分别与底梁的两端固定连接,形成等腰三角形竖向支架的两个底角端,两个侧梁的顶端固定连接在一起形成等腰三角形竖向支架的顶角端,斜梁的底端与传感器检测支架的顶角端固定连接,斜梁的顶端与飞行器轴向定位支架的顶角端固定连接,以对飞行器轴向定位支架形成承力支撑,飞行器连接座固定在飞行器轴向定位支架的顶角端,以使其垂直投影位置处于传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁的垂直平分线上;
测试架体受力综合检测装置包括三个测力支座,测力支座包括底座和复合式测力传感器,复合式测力传感器包括水平拉压力传感器和垂直拉压力传感器;底座设有复合式测力传感器安装空间,水平拉压力传感器的一端与复合式测力传感器安装空间旁侧壁通过支座铰接结构铰接,垂直拉压力传感器的一端与复合式测力传感器安装空间底侧壁通过支座铰接结构铰接,水平拉压力传感器和垂直拉压力传感器的另一端通过传感器检测支架铰接结构铰接在一起形成传感器检测支架铰接端;以使水平拉压力传感器和垂直拉压力传感器呈直角设置在复合式测力传感器安装空间内,水平拉压力传感器检测水平方向的拉压力,垂直拉压力传感器检测垂直方向的拉压力,且传感器检测支架铰接端可沿复合式测力传感器所检测的合力方向自由移动;
三个测力支座的传感器检测支架铰接端分别与传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架的两个底角端和顶角端通过传感器检测支架铰接结构铰接,以使传感器检测支架处于水平位置,且各复合式测力传感器所检测的合力方向所处面与传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁的垂直平分线平行。
本发明进一步改进在于:
底座设有垂直面和水平面,水平面的侧端部与垂直面的底端部相交,垂直面和水平面之间形成复合式测力传感器安装空间;垂直面为复合式测力传感器安装空间旁侧壁,水平面为复合式测力传感器安装空间底侧壁。
支座铰接结构包括第一轴承座及安装于第一轴承座内的轴承,铰链轴和一对铰链支座,铰链轴设置在两个铰链支座之间,第一轴承座嵌于两个铰链支座之间的空隙,并使轴承孔与铰链轴转动配合;支座铰接结构中的第一轴承座及安装于第一轴承座内的轴承位于水平拉压力传感器和垂直拉压力传感器的一端,支座铰接结构中的一对铰链支座位于垂直面和水平面上;
传感器检测支架铰接结构包括两个第二轴承座及安装于两个第二轴承座内的轴承,转轴和一对耳片,转轴设置在两个耳片之间,两个第二轴承座嵌于两个耳片之间的空隙,并使两个轴承孔与转轴转动配合;传感器检测支架铰接结构中的两个第二轴承座及安装于两个第二轴承座内的轴承分别位于水平拉压力传感器和垂直拉压力传感器的另一端,传感器检测支架铰接结构中的一对耳片位于传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架的两个底角端和顶角端的底部。
安装于传感器检测支架的两个底角端的传感器检测支架铰接端朝向待测仿鸟扑翼飞行器的前方,安装于传感器检测支架的顶角端的传感器检测支架铰接端朝向待测仿鸟扑翼飞行器的后方。
本发明同时也提出一种上述的仿鸟扑翼飞行器测试方法,包括以下步骤:
a. 飞行器与测试装置安装定位,将待测仿鸟扑翼飞行器固定于测试装置的飞行器连接座上,并使其轴线与传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁的垂直平分线相互平行地处于同一铅垂面;其前端指向传感器检测支架所形成的等腰三角形的顶角端方向;
b. 测试装置安装就位,将测试装置通过三个底座6固定到地面或风洞中,并使传感器检测支架处于水平位置;
c. 测试装置电路连接,通过稳压电源与各测力支座中的水平拉压力传感器和垂直拉压力传感器供电;计算机的I/O端口与待测仿鸟扑翼飞行器之间建立电路连接,用于计算机对待测仿鸟扑翼飞行器扑动翼扑动频率的控制;计算机的I/O端口与各测力支座的水平拉压力传感器和垂直拉压力传感器之间建立电路连接,用于计算机对各测力支座的水平拉压力传感器的力矩信号和垂直拉压力传感器的力矩信号的接收;
式中,:升力;:推力;:俯仰力矩;:安装于传感器检测支架的顶角端的水平拉压力传感器检测值;:安装于传感器检测支架的左侧底角端的水平拉压力传感器检测值;:安装于传感器检测支架的右侧底角端的水平拉压力传感器检测值;:安装于传感器检测支架的顶角端的垂直拉压力传感器检测值;:安装于传感器检测支架的左侧底角端的垂直拉压力传感器检测值;:安装于传感器检测支架的右侧底角端的的垂直拉压力传感器检测值;:飞行器轴向定位支架高度(单位m):传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁的垂直平分线(单位m);
本发明进一步改进在于:
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
仿鸟扑翼飞行器测试装置可以测量仿鸟扑翼飞行器扑动过程中产生的力和力矩,以及扑动频率,满足仿鸟扑翼飞行器设计过程中的试验需求;使用已有传感器数据进行自相关分析得到扑动频率,省去了专用扑动频率传感器及其配套的频率计或示波器,降低了试验成本和试验系统的复杂度,提高了系统整体的可靠性;本发明的数据采集系统高度整合,电路连接简单便利,数据采集分析自动化程度高,通用性强,在试验过程中仅需做简单电路连接和软件设置即可自动完成试验数据采集,使试验更加便捷。
它具有结构合理,操作便捷,测试准确等特点。
附图说明
图1是本发明与待测仿鸟扑翼飞行器固定在一起的结构示意图;
图2是图1中测试架体的结构示意图;
图3是图1中测力支座的结构示意图;
图4是图3中水平拉压力传感器及位于两端的铰接结构的结构示意图;
图5是图3中垂直拉压力传感器及位于两端的铰接结构的结构示意图;
图6是测试方法中计算公式相关参数示意图;
图7是采用本发明对某型号仿鸟扑翼飞行器进行测试的测试数据信息。
在附图中:1.飞行器连接座;2.传感器检测支架的底梁;3.传感器检测支架的边梁;4.飞行器轴向定位支架的侧梁;5.承力框架的斜梁;6.底座;6-1. 底座的垂直面;6-2.底座的水平面;7.水平拉压力传感器;8.垂直拉压力传感器;9.支座铰接结构中的第一轴承座;10.支座铰接结构中的铰链轴;11.支座铰接结构中的铰链支座;12.支座铰接结构中的第二轴承座;13.支座铰接结构中的转轴;14.支座铰接结构中的耳片;15.待测仿鸟扑翼飞行器。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买,异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制,各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段,在此不再详述。
由图1~5所示的实施例可知,本实施例包括测试架体和测试架体受力综合检测装置;
测试架体包括传感器检测支架,承力框架和飞行器连接座1;
传感器检测支架为水平设置的等腰三角形水平支架,其包括一个底梁2和两个长度相等的边梁3,两个边梁3的一端分别与底梁2的两端固定连接,形成等腰三角形水平支架的两个底角端,两个边梁3的另一端固定连接在一起形成等腰三角形水平支架的顶角端;
承力框架包括飞行器轴向定位支架和斜梁5,飞行器轴向定位支架为(向上)设置的等腰三角形竖向支架,其包括两个长度相等的侧梁4,两个侧梁4的底端分别与底梁2的两端固定连接,形成等腰三角形竖向支架的两个底角端,两个侧梁4的顶端固定连接在一起形成等腰三角形竖向支架的顶角端,斜梁5的底端与传感器检测支架的顶角端固定连接,斜梁5的顶端与飞行器轴向定位支架的顶角端固定连接,以对飞行器轴向定位支架形成承力支撑,飞行器连接座1固定在飞行器轴向定位支架的顶角端,以使其垂直投影位置处于传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁2的垂直平分线上;
测试架体受力综合检测装置包括三个测力支座,测力支座包括底座6和复合式测力传感器,复合式测力传感器包括水平拉压力传感器7(型号:ZNLBS)和垂直拉压力传感器8(型号:ZNLBS);底座6设有复合式测力传感器安装空间,水平拉压力传感器7的一端与复合式测力传感器安装空间旁侧壁通过支座铰接结构铰接,垂直拉压力传感器8的一端与复合式测力传感器安装空间底侧壁通过支座铰接结构铰接,水平拉压力传感器7和垂直拉压力传感器8的另一端通过传感器检测支架铰接结构铰接在一起形成传感器检测支架铰接端;以使水平拉压力传感器7和垂直拉压力传感器8呈直角设置在复合式测力传感器安装空间内,水平拉压力传感器7检测水平方向的拉压力,垂直拉压力传感器8检测垂直方向的拉压力,且传感器检测支架铰接端可沿复合式测力传感器所检测的合力方向自由移动;
三个测力支座的传感器检测支架铰接端分别与传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架的两个底角端和顶角端通过传感器检测支架铰接结构铰接,以使传感器检测支架处于水平位置,且各复合式测力传感器所检测的合力方向所处面与传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁2的垂直平分线平行;其中,安装于两个底角端的复合式测力传感器左右对称设置在传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁2的垂直平分线的两侧,安装于顶角端的复合式测力传感器设置在传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁2的垂直平分线上。
底座6设有垂直面6-1和水平面6-2,水平面6-2的侧端部与垂直面6-1的底端部相交,垂直面6-1和水平面6-2之间形成复合式测力传感器安装空间;垂直面6-1为复合式测力传感器安装空间旁侧壁,水平面6-2为复合式测力传感器安装空间底侧壁。
支座铰接结构包括第一轴承座9及安装于第一轴承座9内的轴承,铰链轴10和一对铰链支座11,铰链轴10设置在两个铰链支座11之间,第一轴承座9嵌于两个铰链支座11之间的空隙,并使轴承孔与铰链轴10转动配合;支座铰接结构中的第一轴承座9及安装于第一轴承座9内的轴承位于水平拉压力传感器7和垂直拉压力传感器8的一端,支座铰接结构中的一对铰链支座11位于垂直面6-1和水平面6-2上;
传感器检测支架铰接结构包括两个第二轴承座12及安装于两个第二轴承座12内的轴承,转轴13和一对耳片14,转轴13设置在两个耳片14之间,两个第二轴承座12嵌于两个耳片14之间的空隙,并使两个轴承孔与转轴13转动配合;传感器检测支架铰接结构中的两个第二轴承座12及安装于两个第二轴承座12内的轴承分别位于水平拉压力传感器7和垂直拉压力传感器8的另一端,传感器检测支架铰接结构中的一对耳片14位于传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架的两个底角端和顶角端的底部。
安装于传感器检测支架的两个底角端的传感器检测支架铰接端朝向待测仿鸟扑翼飞行器15的前方,安装于传感器检测支架的顶角端的传感器检测支架铰接端朝向待测仿鸟扑翼飞行器15的后方。
下面结合本实施例的结构,对本实施例的仿鸟扑翼飞行器测试装置的测试方法进行简单描述,包括以下步骤:
a. 飞行器与测试装置安装定位,将待测仿鸟扑翼飞行器15固定于测试装置的飞行器连接座1上,并使其轴线与传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁2的垂直平分线相互平行地处于同一铅垂面;其前端指向传感器检测支架所形成的等腰三角形的顶角端方向;
b. 测试装置安装就位,将测试装置通过三个底座6固定到地面或风洞中,并使传感器检测支架处于水平位置;
c. 测试装置电路连接,通过稳压电源与各测力支座中的水平拉压力传感器7和垂直拉压力传感器8供电;计算机的I/O端口与待测仿鸟扑翼飞行器15之间建立电路连接,用于计算机对待测仿鸟扑翼飞行器15扑动翼扑动频率的控制(扑动翼扑动频率控制信号为扑动翼驱动电机电压调节信号,通过调节扑动翼驱动电机电压值控制待测仿鸟扑翼飞行器15的扑动翼驱动电机转速,对待测仿鸟扑翼飞行器15的扑动翼扑动频率进行控制);计算机的I/O端口与各测力支座的水平拉压力传感器7和垂直拉压力传感器8之间建立电路连接,用于计算机对各测力支座的水平拉压力传感器7的力矩信号和垂直拉压力传感器8的力矩信号的接收;
式中,:升力;:推力;:俯仰力矩;:安装于传感器检测支架的顶角端的水平拉压力传感器7检测值;:安装于传感器检测支架的左侧底角端的水平拉压力传感器7检测值;:安装于传感器检测支架的右侧底角端的水平拉压力传感器7检测值;:安装于传感器检测支架的顶角端的垂直拉压力传感器8检测值;:安装于传感器检测支架的左侧底角端的垂直拉压力传感器8检测值;:安装于传感器检测支架的右侧底角端的的垂直拉压力传感器8检测值;:飞行器轴向定位支架高度(单位m):传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁2的垂直平分线(单位m),(参见图6);
Claims (6)
1.一种仿鸟扑翼飞行器测试装置,其特征在于:包括测试架体和测试架体受力综合检测装置;
所述测试架体包括传感器检测支架,承力框架和飞行器连接座(1);
所述传感器检测支架为水平设置的等腰三角形水平支架,其包括一个底梁(2)和两个长度相等的边梁(3),两个所述边梁(3)的一端分别与所述底梁(2)的两端固定连接,形成所述等腰三角形水平支架的两个底角端,两个所述边梁(3)的另一端固定连接在一起形成所述等腰三角形水平支架的顶角端;
所述承力框架包括飞行器轴向定位支架和斜梁(5),所述飞行器轴向定位支架为向上设置的等腰三角形竖向支架,其包括两个长度相等的侧梁(4),两个所述侧梁(4)的底端分别与所述底梁(2)的两端固定连接,形成所述等腰三角形竖向支架的两个底角端,两个所述侧梁(4)的顶端固定连接在一起形成所述等腰三角形竖向支架的顶角端,所述斜梁(5)的底端与所述传感器检测支架的顶角端固定连接,所述斜梁(5)的顶端与所述飞行器轴向定位支架的顶角端固定连接,以对所述飞行器轴向定位支架形成承力支撑,所述飞行器连接座(1)固定在所述飞行器轴向定位支架的顶角端,以使其垂直投影位置处于所述传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁(2)的垂直平分线上;
测试架体受力综合检测装置包括三个测力支座,所述测力支座包括底座(6)和复合式测力传感器,所述复合式测力传感器包括水平拉压力传感器(7)和垂直拉压力传感器(8);所述底座(6)设有复合式测力传感器安装空间,所述水平拉压力传感器(7)的一端与所述复合式测力传感器安装空间旁侧壁通过支座铰接结构铰接,所述垂直拉压力传感器(8)的一端与所述复合式测力传感器安装空间底侧壁通过支座铰接结构铰接,所述水平拉压力传感器(7)和所述垂直拉压力传感器(8)的另一端通过传感器检测支架铰接结构铰接在一起形成传感器检测支架铰接端;以使所述水平拉压力传感器(7)和所述垂直拉压力传感器(8)呈直角设置在所述复合式测力传感器安装空间内,所述水平拉压力传感器(7)检测水平方向的拉压力,所述垂直拉压力传感器(8)检测垂直方向的拉压力,且所述传感器检测支架铰接端可沿所述复合式测力传感器所检测的合力方向自由移动;
三个所述测力支座的所述传感器检测支架铰接端分别与所述传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架的两个底角端和顶角端通过传感器检测支架铰接结构铰接,以使所述传感器检测支架处于水平位置,且各所述复合式测力传感器所检测的合力方向所处面与所述传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁(2)的垂直平分线平行。
2.根据权利要求1所述的一种仿鸟扑翼飞行器测试装置,其特征在于:所述底座(6)设有垂直面(6-1)和水平面(6-2),所述水平面(6-2)的侧端部与所述垂直面(6-1)的底端部相交,所述垂直面(6-1)和所述水平面(6-2)之间形成所述复合式测力传感器安装空间;所述垂直面(6-1)为所述复合式测力传感器安装空间旁侧壁,所述水平面(6-2)为所述复合式测力传感器安装空间底侧壁。
3.根据权利要求2所述的一种仿鸟扑翼飞行器测试装置,其特征在于:所述支座铰接结构包括第一轴承座(9)及安装于第一轴承座(9)内的轴承,铰链轴(10)和一对铰链支座(11),铰链轴(10)设置在两个铰链支座(11)之间,所述第一轴承座(9)嵌于两个所述铰链支座(11)之间的空隙,并使轴承孔与所述铰链轴(10)转动配合;所述支座铰接结构中的第一轴承座(9)及安装于第一轴承座(9)内的轴承位于所述水平拉压力传感器(7)和所述垂直拉压力传感器(8)的一端,所述支座铰接结构中的一对铰链支座(11)位于所述垂直面(6-1)和所述水平面(6-2)上;
所述传感器检测支架铰接结构包括两个第二轴承座(12)及安装于两个所述第二轴承座(12)内的轴承,转轴(13)和一对耳片(14),所述转轴(13)设置在两个所述耳片(14)之间,两个所述第二轴承座(12)嵌于两个所述耳片(14)之间的空隙,并使两个轴承孔与所述转轴(13)转动配合;所述传感器检测支架铰接结构中的两个第二轴承座(12)及安装于两个所述第二轴承座(12)内的轴承分别位于所述水平拉压力传感器(7)和所述垂直拉压力传感器(8)的另一端,所述传感器检测支架铰接结构中的一对耳片(14)位于所述传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架的两个底角端和顶角端的底部。
4.根据权利要求3所述的一种仿鸟扑翼飞行器测试装置,其特征在于:安装于所述传感器检测支架的两个底角端的所述传感器检测支架铰接端朝向待测仿鸟扑翼飞行器(15)的前方,安装于所述传感器检测支架的顶角端的所述传感器检测支架铰接端朝向待测仿鸟扑翼飞行器(15)的后方。
5.一种如权利要求4所述的仿鸟扑翼飞行器测试装置测试方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
a. 飞行器与测试装置安装定位,将待测仿鸟扑翼飞行器(15)固定于所述测试装置的飞行器连接座(1)上,并使其轴线与所述传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁(2)的垂直平分线相互平行地处于同一铅垂面;其前端指向所述传感器检测支架所形成的等腰三角形的顶角端方向;
b. 测试装置安装就位,将所述测试装置通过三个所述底座(6)固定到地面或风洞中,并使所述传感器检测支架处于水平位置;
c. 测试装置电路连接,通过稳压电源与各所述测力支座中的水平拉压力传感器(7)和垂直拉压力传感器(8)供电;计算机的I/O端口与待测仿鸟扑翼飞行器(15)之间建立电路连接,用于计算机对待测仿鸟扑翼飞行器(15)扑动翼扑动频率的控制;计算机的I/O端口与各所述测力支座的所述水平拉压力传感器(7)和垂直拉压力传感器(8)之间建立电路连接,用于计算机对各所述测力支座的所述水平拉压力传感器(7)的力矩信号和垂直拉压力传感器(8)的力矩信号的接收;
式中,:升力;:推力;:俯仰力矩;:安装于传感器检测支架的顶角端的水平拉压力传感器(7)检测值;:安装于传感器检测支架的左侧底角端的水平拉压力传感器(7)检测值;:安装于传感器检测支架的右侧底角端的水平拉压力传感器(7)检测值;:安装于传感器检测支架的顶角端的垂直拉压力传感器(8)检测值;:安装于传感器检测支架的左侧底角端的垂直拉压力传感器(8)检测值;:安装于传感器检测支架的右侧底角端的的垂直拉压力传感器(8)检测值;:飞行器轴向定位支架高度(单位m):传感器检测支架所形成的等腰三角形水平支架底梁(2)的垂直平分线(单位m);
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