CN113252933A - 一种螺旋桨来流速度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋桨来流速度检测装置及方法。所述检测装置包括：负载特性测量装置和数据处理装置；负载测量装置分别与数据处理装置以及目标螺旋桨连接；目标螺旋桨包括：跨介质飞行器的螺旋桨；负载特性测量装置用于：测量目标螺旋桨的负载参数特征；数据处理装置用于：将目标螺旋桨的负载参数特征与不同介质环境下同类螺旋桨的负载参数特征进行匹配，以确定目标螺旋桨所处的介质环境，得到目标介质环境；根据同类螺旋桨在目标介质环境下的仿真来流速度数据，计算目标螺旋桨在目标介质环境下所对应的来流速度。本发明适应于多种介质环境，满足了跨介质飞行器对不同介质环境类型中流速测量的需求。

Description

一种螺旋桨来流速度检测装置及方法

技术领域

本发明涉及螺旋桨检测领域，特别是涉及一种螺旋桨来流速度检测装置及方法。

背景技术

跨介质飞行器既可在空中飞行，又能完成水面或水下航行，这要求动力系统能够在不同介质中运行。为满足高精度控制与飞行器状态监测需求，飞行器需自主判断介质类型并测量不同介质环境中的流速，但当前测量来流速度的装置与方法均只适用于单介质环境，无法对不同介质环境中的来流速度进行检测。

发明内容

基于此，有必要提供一种螺旋桨来流速度检测装置及方法，适应于多种介质环境，满足了跨介质飞行器对不同介质环境类型中流速测量的需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种螺旋桨来流速度检测装置，包括：负载特性测量装置和数据处理装置；所述负载测量装置分别与所述数据处理装置以及目标螺旋桨连接；所述目标螺旋桨包括：跨介质飞行器的螺旋桨；

所述负载特性测量装置用于：测量所述目标螺旋桨的负载参数特征；所述负载参数特征包括转矩和转速；

所述数据处理装置用于：

将所述目标螺旋桨的负载参数特征与不同介质环境下同类螺旋桨的负载参数特征进行匹配，以确定所述目标螺旋桨所处的介质环境；所确定的所述目标螺旋桨所处的介质环境为目标介质环境；

根据同类螺旋桨在所述目标介质环境下的仿真来流速度数据，计算所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度。

可选的，所述数据处理装置包括：

存储模块，用于存储螺旋桨的种类与仿真试验数据的关系；所述仿真试验数据至少包括：每一介质环境所对应的负载参数特征，以及，每一介质环境下采样点的来流速度；不同类的螺旋桨的编号不同；

数据读取模块，用于读取所述目标螺旋桨的负载参数特征；

第一匹配模块，用于将目标螺旋桨的编号与各类螺旋桨的编号进行匹配；匹配成功的编号为目标编号；所述目标编号所对应的仿真试验数据为目标仿真试验数据；

第二匹配模块，用于将所述目标螺旋桨的负载参数特征，与所述目标仿真试验数据中不同介质环境下的负载参数特征相匹配；匹配成功的负载参数特征所对应的介质环境为所述目标介质环境；在所述目标仿真试验数据中，所述目标介质环境对应的采样点的来流速度为来流速度查询数据；

插值计算模块，用于对所述来流速度查询数据进行插值计算，得到所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度。

可选的，所述数据处理装置还包括：

查询模块，用于在所述目标仿真试验数据中查询所述目标介质环境对应的采样点的来流速度，得到来流速度查询数据。

可选的，所述负载特性测量装置包括：驱动电机和电机控制器；

所述电机控制器分别与所述数据处理装置以及所述驱动电机连接；所述驱动电机的输出轴与所述目标螺旋桨连接。

可选的，所述负载特性测量装置还包括传动轴；所述驱动电机的输出轴通过所述传动轴与所述目标螺旋桨连接。

可选的，所述负载测量装置与所述数据处理装置通过线缆连接。

本发明还提供了一种来流速度检测方法，包括：

获取目标螺旋桨的负载参数特征；所述负载参数特征包括转矩和转速；

将所述目标螺旋桨的负载参数特征与不同介质环境下同类螺旋桨的负载参数特征进行匹配，以确定所述目标螺旋桨所处的介质环境；所确定的所述目标螺旋桨所处的介质环境为目标介质环境；

根据同类螺旋桨在所述目标介质环境下的仿真来流速度数据，计算所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度。

可选的，所述将所述目标螺旋桨的负载参数特征与不同介质环境下同类螺旋桨的负载参数特征进行匹配，以确定所述目标螺旋桨所处的介质环境，具体包括：

将目标螺旋桨的编号与各类螺旋桨的编号进行匹配；匹配成功的编号为目标编号；所述目标编号所对应的仿真试验数据为目标仿真试验数据；

将所述目标螺旋桨的负载参数特征，与所述目标仿真试验数据中不同介质环境下的负载参数特征相匹配；匹配成功的负载参数特征所对应的介质环境为所述目标介质环境。

可选的，所述根据同类螺旋桨在所述目标介质环境下的仿真来流速度数据，计算所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度，具体包括：

对来流速度查询数据进行插值计算，得到所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度；所述来流速度查询数据为在所述目标仿真试验数据中，所述目标介质环境对应的采样点的来流速度。

可选的，在所述对来流速度查询数据进行插值计算，得到所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度之前，还包括：

在所述目标仿真试验数据中查询所述目标介质环境对应的采样点的来流速度，得到来流速度查询数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实施例提出了一种螺旋桨来流速度检测装置及方法，该检测装置中数据处理装置预先存储有不同介质环境下的表示负载特性的仿真试验数据；仿真试验数据包括试验螺旋桨的转矩、转速和试验螺旋桨采样点的来流速度；由于螺旋桨在不同介质环境中转矩-转速关系曲线不存在重合与相交，因此，通过将目标螺旋桨的转矩、转速与不同介质环境下的试验螺旋桨的转矩、转速进行匹配，就能确定目标螺旋桨所处的介质环境，从而根据目标螺旋桨所处的介质环境对应的试验螺旋桨采样点的来流速度计算目标螺旋桨的来流速度。本发明实施例基于螺旋桨负载特性计算来流速度的装置及方法，适应于多种介质环境，满足了跨介质飞行器对不同介质环境类型中流速测量的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的来流速度检测装置的结构图；

图2为本发明实施例提供的数据处理装置中的软件运行流程图；

图3为本发明实施例提供的来流速度检测装置的工作状态图；

图4为本发明实施例提供的来流速度检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的来流速度检测装置的结构图。参见图1，本实施的来流速度检测装置，包括：负载特性测量装置和数据处理装置201；所述负载测量装置分别与所述数据处理装置201以及目标螺旋桨101连接；所述目标螺旋桨101包括：跨介质飞行器的螺旋桨。

所述负载特性测量装置用于：测量所述目标螺旋桨101的负载参数特征；所述负载参数特征包括转矩和转速。

所述数据处理装置201用于：将所述目标螺旋桨101的负载参数特征与不同介质环境下同类螺旋桨的负载参数特征进行匹配，以确定所述目标螺旋桨101所处的介质环境；所确定的所述目标螺旋桨101所处的介质环境为目标介质环境；以及，根据同类螺旋桨在所述目标介质环境下的仿真来流速度数据，计算所述目标螺旋桨101在所述目标介质环境下所对应的来流速度。介质环境包括液体和气体等，不同介质环境下同类螺旋桨可以为分别处于气体和液体中同类螺旋桨。

作为一种可选的实施方式，所述数据处理装置201可以为具有采集及处理功能的计算机；所述数据处理装置201包括：

存储模块，用于存储螺旋桨的种类与仿真试验数据的关系；所述仿真试验数据至少包括：每一介质环境所对应的负载参数特征，以及，每一介质环境下采样点的来流速度；不同类的螺旋桨的编号不同。具体的，存储模块储存的通过螺旋桨实验或仿真所得的数据为四维张量，数据的四个维度分别是转矩、转速、来流速度和螺旋桨编号。每一种应用于该来流速度检测装置的螺旋桨应有独立的螺旋桨编号，变距螺旋桨处于不同桨距时也应有独立的螺旋桨编号。

数据读取模块，用于读取所述目标螺旋桨101的负载参数特征。

第一匹配模块，用于将目标螺旋桨101的编号与各类螺旋桨的编号进行匹配；匹配成功的编号为目标编号；所述目标编号所对应的仿真试验数据为目标仿真试验数据。

第二匹配模块，用于将所述目标螺旋桨101的负载参数特征，与所述目标仿真试验数据中不同介质环境下的负载参数特征相匹配；匹配成功的负载参数特征所对应的介质环境为所述目标介质环境；在所述目标仿真试验数据中，所述目标介质环境对应的采样点的来流速度为来流速度查询数据。

插值计算模块，用于对所述来流速度查询数据进行插值计算，得到所述目标螺旋桨101在所述目标介质环境下所对应的来流速度。

作为一种可选的实施方式，所述数据处理装置201包括：

查询模块，用于在所述目标仿真试验数据中查询所述目标介质环境对应的采样点的来流速度，得到来流速度查询数据。

作为一种可选的实施方式，所述负载特性测量装置包括：驱动电机103和电机控制器104；所述电机控制器104分别与所述数据处理装置201以及所述驱动电机103连接；所述驱动电机103的输出轴与所述目标螺旋桨101连接。所述驱动电机103由电机控制器104控制转速，所述驱动电机103向电机控制器104反馈转子位置信息，由转子位置信息得到目标螺旋桨101的转速。

作为一种可选的实施方式，所述负载特性测量装置还包括传动轴102；所述驱动电机103的输出轴通过所述传动轴102与所述目标螺旋桨101连接。

作为一种可选的实施方式，所述负载测量装置与所述数据处理装置201通过通讯线缆连接。

本实施例来流速度检测装置的工作过程如下：

当该来流速度检测装置工作时，数据处理装置201中的软件运行流程如下图2所示。当数据处理装置201收到查询指令时，便读取电机控制器的反馈数据(转矩和转速)。由于不同介质环境(例如水与空气)中螺旋桨负载特性区别很大，其转矩-转速关系曲线不存在重合与相交，故在匹配螺旋桨编号后，根据反馈数据判断目标螺旋桨101当前所处的介质环境，得到目标介质环境。对已储存在数据处理装置201中的数据进行查询，得到目标介质环境对应的采样点的来流速度，即得到来流速度查询数据。由于来流速度查询数据是通过螺旋桨实验或仿真得到各个采样点的来流数据，其为离散数据，因此，对所有采样点的来流数据进行插值处理，即可求得连续的来流速度，从而可以确定目标螺旋桨101上任意数据点对应的来流速度。来流速度检测装置的工作状态如图3所示，其中，a为转速，b为来流速度，c为转子位置信息，d为反馈数据，e为数据处理装置201向电机控制器发出的控制指令以控制目标螺旋桨101转动，u、v、w为驱动电机103的三相接线端。

本实施例提供的来流速度检测装置，具有如下优点：

1.该来流速度检测装置适用于多种介质环境。由于该来流速度检测装置无直接测量流速的装置，利用螺旋桨负载特性间接得出桨前流速，故无需考虑不同介质环境对测量的影响。

2.该来流速度检测装置可判断介质环境类型(水或空气)。由于螺旋桨在不同介质环境中负载特性曲线不存在重合与相交，故可根据反馈数据判断目标螺旋桨的当前工作介质环境。

3.该来流速度检测装置可用于流速难以测量或测量不精准的环境中。对于空气密度低、流速较小的工作环境，传统流速测量装置包括皮托管、超声流量计等均会产生较大误差，导致测量值失去参考价值。本实施例利用螺旋桨前期仿真或试验数据，流速为人为设定的确定值，实际应用时采用插值等方法间接得到流速值，可克服低流速环境对测量装置误差的影响。

本发明还提供了一种来流速度检测方法，图4为本发明实施例提供的来流速度检测方法的流程图。

参见图4，本实施例的来流速度检测方法，包括：

步骤401：获取目标螺旋桨的负载参数特征；所述负载参数特征包括转矩和转速。

步骤402：将所述目标螺旋桨的负载参数特征与不同介质环境下同类螺旋桨的负载参数特征进行匹配，以确定所述目标螺旋桨所处的介质环境；所确定的所述目标螺旋桨所处的介质环境为目标介质环境。

步骤403：根据同类螺旋桨在所述目标介质环境下的仿真来流速度数据，计算所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度。

作为一种可选的实施方式，所述步骤402，具体包括：

将目标螺旋桨的编号与各类螺旋桨的编号进行匹配；匹配成功的编号为目标编号；所述目标编号所对应的仿真试验数据为目标仿真试验数据。

将所述目标螺旋桨的负载参数特征，与所述目标仿真试验数据中不同介质环境下的负载参数特征相匹配；匹配成功的负载参数特征所对应的介质环境为所述目标介质环境。

作为一种可选的实施方式，所述步骤403，具体包括：

对来流速度查询数据进行插值计算，得到所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度；所述来流速度查询数据为在所述目标仿真试验数据中，所述目标介质环境对应的采样点的来流速度。

作为一种可选的实施方式，在所述对来流速度查询数据进行插值计算，得到所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度之前，还包括：

在所述目标仿真试验数据中查询所述目标介质环境对应的采样点的来流速度，得到来流速度查询数据。

本实施例的来流速度检测方法，基于螺旋桨负载特性(螺旋桨转速、转矩及流速的关系)，通过测量转速与转矩，检测螺旋桨所处的介质环境类型，并测算螺旋桨来流速度。该方法适应于多种介质环境，满足了跨介质飞行器对不同介质环境类型中流速测量的需求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种螺旋桨来流速度检测装置，其特征在于，包括：负载特性测量装置和数据处理装置；所述负载测量装置分别与所述数据处理装置以及目标螺旋桨连接；所述目标螺旋桨包括：跨介质飞行器的螺旋桨；

所述负载特性测量装置用于：测量所述目标螺旋桨的负载参数特征；所述负载参数特征包括转矩和转速；

所述数据处理装置用于：

将所述目标螺旋桨的负载参数特征与不同介质环境下同类螺旋桨的负载参数特征进行匹配，以确定所述目标螺旋桨所处的介质环境；所确定的所述目标螺旋桨所处的介质环境为目标介质环境；

根据同类螺旋桨在所述目标介质环境下的仿真来流速度数据，计算所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋桨来流速度检测装置，其特征在于，

所述数据处理装置包括：

存储模块，用于存储螺旋桨的种类与仿真试验数据的关系；所述仿真试验数据至少包括：每一介质环境所对应的负载参数特征，以及，每一介质环境下采样点的来流速度；不同类的螺旋桨的编号不同；

数据读取模块，用于读取所述目标螺旋桨的负载参数特征；

第一匹配模块，用于将目标螺旋桨的编号与各类螺旋桨的编号进行匹配；匹配成功的编号为目标编号；所述目标编号所对应的仿真试验数据为目标仿真试验数据；

第二匹配模块，用于将所述目标螺旋桨的负载参数特征，与所述目标仿真试验数据中不同介质环境下的负载参数特征相匹配；匹配成功的负载参数特征所对应的介质环境为所述目标介质环境；在所述目标仿真试验数据中，所述目标介质环境对应的采样点的来流速度为来流速度查询数据；

插值计算模块，用于对所述来流速度查询数据进行插值计算，得到所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度。

3.根据权利要求2所述的一种螺旋桨来流速度检测装置，其特征在于，所述数据处理装置还包括：

查询模块，用于在所述目标仿真试验数据中查询所述目标介质环境对应的采样点的来流速度，得到来流速度查询数据。

4.根据权利要求1所述的一种螺旋桨来流速度检测装置，其特征在于，所述负载特性测量装置包括：驱动电机和电机控制器；

所述电机控制器分别与所述数据处理装置以及所述驱动电机连接；所述驱动电机的输出轴与所述目标螺旋桨连接。

5.根据权利要求4所述的一种螺旋桨来流速度检测装置，其特征在于，所述负载特性测量装置还包括传动轴；所述驱动电机的输出轴通过所述传动轴与所述目标螺旋桨连接。

6.根据权利要求1所述的一种螺旋桨来流速度检测装置，其特征在于，所述负载测量装置与所述数据处理装置通过线缆连接。

7.一种来流速度检测方法，其特征在于，包括：

获取目标螺旋桨的负载参数特征；所述负载参数特征包括转矩和转速；

将所述目标螺旋桨的负载参数特征与不同介质环境下同类螺旋桨的负载参数特征进行匹配，以确定所述目标螺旋桨所处的介质环境；所确定的所述目标螺旋桨所处的介质环境为目标介质环境；

根据同类螺旋桨在所述目标介质环境下的仿真来流速度数据，计算所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度。

8.根据权利要求7所述的一种来流速度检测方法，其特征在于，所述将所述目标螺旋桨的负载参数特征与不同介质环境下同类螺旋桨的负载参数特征进行匹配，以确定所述目标螺旋桨所处的介质环境，具体包括：

将目标螺旋桨的编号与各类螺旋桨的编号进行匹配；匹配成功的编号为目标编号；所述目标编号所对应的仿真试验数据为目标仿真试验数据；

将所述目标螺旋桨的负载参数特征，与所述目标仿真试验数据中不同介质环境下的负载参数特征相匹配；匹配成功的负载参数特征所对应的介质环境为所述目标介质环境。

9.根据权利要求7所述的一种来流速度检测方法，其特征在于，所述根据同类螺旋桨在所述目标介质环境下的仿真来流速度数据，计算所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度，具体包括：

对来流速度查询数据进行插值计算，得到所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度；所述来流速度查询数据为在所述目标仿真试验数据中，所述目标介质环境对应的采样点的来流速度。

10.根据权利要求9所述的一种来流速度检测方法，其特征在于，在所述对来流速度查询数据进行插值计算，得到所述目标螺旋桨在所述目标介质环境下所对应的来流速度之前，还包括：

在所述目标仿真试验数据中查询所述目标介质环境对应的采样点的来流速度，得到来流速度查询数据。

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