CN114942112A - 一种飞翼布局无人机体自由度颤振的车载测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞翼布局无人机体自由度颤振的车载测试装置及测试方法,涉及无人机、力学、机械等技术领域。解决了现有的风洞和飞行试验中无人机体自由度颤振测试技术中存在的风险高、成本高、难度大的问题。所述车载测试装置包括无人机固定平台、俯仰自由度转动机构、俯仰角定位机构以及车顶稳定安装机构;所述无人机固定平台用于放置无人机,并且无人机固定平台通过俯仰自由度转动机构连接在车顶稳定安装机构上,并且通过俯仰角定位机构实现无人机固定平台俯仰自由度的解锁或锁止;通过无人机内的数据采集模块采集无人机的机翼振动信号、空速数据采集及无人机姿态数据。从整体上具有结构精巧、使用方便以及操作简单、易行等优点。
Description
技术领域
本发明涉及无人机、力学、机械等技术领域,具体是指飞翼布局无人机体自由度颤振的车载测试方法及装置,具体应用于无人机地面动力学物理试验。
背景技术
飞翼布局无人机因其翼身融合的气动布局,使其具有升阻比大,隐身性能好等突出优点,可执行侦察、长期监控环境探测及通信中继等任务,将在未来军事和民用航空领域都具有极为广泛的应用前景。然而,此类无人机存在复杂的刚体飞行动力学与结构动力学相耦合的气动弹性问题,即易诱发无人机刚体俯仰模态与机翼一阶对称弯曲模态相耦合的体自由度颤振现象,导致无人机解体破坏。传统的无人机颤振测试包括风洞试验及飞行试验,由于颤振很有可能诱发无人机解体,此两种方法不但风险系数较高、实施成本高、可控性差、试验周期长,而且对试验的场地、方案、设备等方面提出了苛刻要求。
因此,研究一种飞翼布局无人机体自由度颤振车载测试方法及装置,利用车辆及时控制无人机相对来流速度,利用测试装置控制无人机俯仰自由度进行体自由度颤振试验,有效降低颤振试验的成本及风险,测试过程简单、便捷,一直是本领域技术人员待解决的技术难题。
发明内容
本发明针对以上问题,提出了一种风险低、成本低、简单便捷的飞翼布局无人机体自由度颤振的车载测试装置及测试方法,解决了现有的风洞和飞行试验中无人机体自由度颤振测试技术中存在的风险高、成本高、难度大的问题。
本发明的技术方案为:所述车载测试装置包括无人机固定平台、俯仰自由度转动机构、俯仰角定位机构以及车顶稳定安装机构;
所述车顶稳定安装机构安装在汽车的车顶,所述无人机固定平台用于放置无人机,并且无人机固定平台通过俯仰自由度转动机构连接在车顶稳定安装机构上,所述俯仰角定位机构与俯仰角定位机构相连,并且通过俯仰角定位机构实现无人机固定平台俯仰自由度的解锁或锁止;
通过无人机内的数据采集模块采集无人机的机翼振动信号、空速数据采集及无人机姿态数据。
进一步的,所述无人机固定平台包括起落架固定装置1、起落架安装平台2和转接板3,所述起落架固定装置1固定连接在起落架安装平台2上,起落架固定装置1即为起落架夹爪,通过起落架固定装置1夹持所述无人机的起落架,所述转接板3固定连接在所述起落架安装平台2的底面上。
进一步的,所述车顶稳定安装机构包括支架15以及车顶安装平台16,所述车顶安装平台16安装在汽车的车顶,所述支架15固定连接在车顶安装平台16上。
进一步的,所述俯仰自由度转动机构包括法兰4、支撑轴5、旋转轴6、轴承8、轴承座9及转动部件安装平台14,所述转动部件安装平台14固定连接在支架15上,所述轴承座9固定连接在转动部件安装平台14上,所述旋转轴6通过轴承8与所述轴承座9可旋转的相连接,所述支撑轴5的底端固定连接在旋转轴6上,并且顶端通过法兰4与转接板3固定相连。
进一步的,所述俯仰角定位机构包括手动定位装置以及电磁离合器10,所述手动定位装置包括手柄11、涡轮蜗杆副13及安装箱12,所述安装箱12固定连接在转动部件安装平台14上,所述涡轮蜗杆副13中的涡轮及蜗杆均可旋转的连接在安装箱12中,所述手柄11与蜗杆固定相连,通过手柄11手动驱动涡轮旋转,所述电磁离合器10连接在涡轮和旋转轴6之间。
进一步的,所述俯仰角定位机构还包括俯仰角限位机构,所述俯仰角限位机构包括处在转接板3和转动部件安装平台14之间的限位器7,所述限位器7固定连接在转动部件安装平台14上,并且具有分处在旋转轴6前后两侧的限位挡板。从而通过前后两个限位挡板,对起落架安装平台2前后翻转的最大翻转角度进行限制,最终保证无人机俯仰角在-45度~45度之间。
进一步的,所述数据采集模块包括设在无人机的翼尖处的加速度计以及设在无人机内部的空速计、陀螺仪。实际采集数据时,振动信号为翼尖处加速度计响应信号,空速数据由无人机空速计测量,姿态数据由无人机内部陀螺仪测量。
一种基于车载测试装置的飞翼布局无人机体自由度颤振的测试方法包括以下步骤:
步骤一、安装固定飞翼布局无人机:保持所述的无人机固定平台水平,将无人机放置在无人机固定平台上,通过所述的起落架固定装置将无人机起落架锁紧,并将所述的固定装置通过通孔由螺栓固定在无人机固定平台上;
步骤二、固定初始迎角:在车辆静止时,给所述的电磁离合器通电,通过旋转所述的手柄,根据数据采集模块得到的机身俯仰角数据,将俯仰自由度转动平台固定在指定角度;
步骤三、约束俯仰自由度测试:首先启动无人机的发动机,当发动机达到额定转速时,开动车辆带动无人机共同做直线运动,车辆逐渐加速并保持无人机相对来流速度低于颤振边界,同时测量无人机的机翼振动信号;
步骤四、释放俯仰自由度测试:当车辆达到指定速度后,将电磁离合器断电,释放无人机俯仰自由度,车辆继续加速至颤振边界附近,进而完成对飞翼布局无人机体自由度颤振的观察及数据采集,在无人机振动剧烈时汽车及时降速以保证无人机结构安全。
本发明的有益效果为:本发明提出的新颖的飞翼布局无人机体自由度颤振车载测试方法及装置,与现有的基于风洞和飞行试验进行的颤振测试技术相比,本发明提出的车载测试方法,首先可以及时的通过利用车辆行驶速度控制无人机相对来流速度,有效避免在颤振点附近无人机解体,风险和成本更低;其次,车载测试装置安装方便、实验方案简易,可控性更高,可以有效模拟出飞翼布局无人机体自由度颤振的飞行环境,具有广阔的应用前景。从整体上具有结构精巧、使用方便以及操作简单、易行等优点。
附图说明
图1是本发明中车载测试装置示意图;
图2是本发明中法兰、支撑轴与旋转轴安装示意图;
图3是本发明中车载测试装置与无人机安装示意图;
图4是本发明中车载测试装置与无人机及汽车安装示意图。
图中1是起落架固定装置,2是无人机固定平台,3是转接板,4是法兰,4-1是通孔一,4-2是通孔二,5是支撑轴,5-1是通孔三,6是旋转轴,6-1是通孔四,7是限位器,8是轴承,9是轴承座,10是电磁离合器,11是手柄,12是安装箱,13是涡轮蜗杆副,14是转动部件安装平台,15是支架,16是车顶安装平台。
具体实施方式
为能清楚说明本专利的技术特点,下面通过具体实施方式,并结合其附图,对本专利进行详细阐述。
结合图1,一种飞翼布局无人机体自由度颤振的车载测试装置包括无人机固定平台,俯仰自由度转动机构,俯仰角定位机构,车顶稳定安装机构和数据采集模块。
优选地,所述无人机固定平台包括起落架固定装置1、起落架安装平台2和转接板3,无人机的每个起落架通过起落架固定装置1夹紧后,通过螺栓固定连接于起落架安装平台2上,转接板3与起落架安装平台2通过通孔使用螺栓固定连接。
优选地,结合图1和图2,俯仰自由度转动机构包括法兰4、支撑轴5、旋转轴6、轴承8、轴承座9及转动部件安装平台14,法兰4与支撑轴5通过通孔二4-2由一个螺栓固定连接,支撑轴5与旋转轴6通过焊接在各自结构上的管接头和钢箍通过通孔三5-1和通孔四6-1由四个螺栓固定连接,轴承8安装至旋转轴6两端并通过轴承座9由四个螺栓安装至转动部件安装平台14上。
优选地,结合图1和图2,起落架安装平台2、转接板3和法兰4通过通孔一4-1由四个螺栓将无人机固定平台与俯仰自由度转动机构固定连接。
优选地,俯仰角定位机构包括手动定位装置、电磁离合器10和限位器7,手动定位装置还包括手柄11、安装箱12及涡轮蜗杆副13,电磁离合器10安装于手动定位装置安装箱12与旋转轴6之间,通过通电断电的方法,实现旋转轴6的固定与释放,限位器7及手动定位装置安装箱12通过通孔与转动部件安装平台14固定连接,限位器7保证无人机俯仰角在-45度~45度之间。
优选地,车顶稳定安装机构包括支架15和车顶安装平台16,支架15和车顶安装平台16通过通孔由螺栓固定连接。
优选地,支架15与转动部件安装平台14通过通孔由螺栓固定连接。
优选地,数据采集模块包括机翼振动信号采集、空速数据采集和无人机姿态数据采集,数据采集模块固定在无人机机身内部,振动信号为翼尖处加速度计响应信号,空速数据由无人机空速计测量,姿态数据由无人机内部陀螺仪测量。
一种采用上述的飞翼布局无人机体自由度颤振车载测试装置的测试方法包括以下步骤:
步骤一、安装固定飞翼布局无人机:如图3和图4所示,保持无人机固定平台水平,将无人机放置在无人机固定平台上,通过起落架固定装置1将无人机起落架锁紧,并将固定装置1通过通孔由螺栓固定在无人机固定平台2上;
步骤二、固定初始迎角:在车辆静止时,给电磁离合器10通电,通过旋转手柄11,根据无人机姿态数据采集模块得到的机身俯仰角数据,将俯仰自由度转动平台固定在所需角度,初始固定迎角可以设置为0度、1度、3度、5度或10度;
步骤三、约束俯仰自由度测试:首先启动无人机的发动机,当发动机达到额定转速40000转/分钟时,开动车辆带动无人机共同做直线运动,车辆逐渐加速保持无人机相对来流速度低于颤振边界,可选车速为54km/h(15m/s)、72km/h(20m/s)或90km/h(25m/s),同时测量机翼振动信号;
步骤四、释放俯仰自由度测试:当车辆达到90km/h后,将电磁离合器10断电,释放无人机俯仰自由度,车辆继续加速至颤振边界108km/h(30m/s)附近,进而完成对飞翼布局无人机体自由度颤振的观察及数据采集,在无人机振动剧烈时汽车及时降速至54km/h(15m/s)以下,以保证无人机结构安全。
本发明具体实施途径很多,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 (8)
1.一种飞翼布局无人机体自由度颤振的车载测试装置,其特征在于,所述车载测试装置包括无人机固定平台、俯仰自由度转动机构、俯仰角定位机构以及车顶稳定安装机构;
所述车顶稳定安装机构安装在汽车的车顶,所述无人机固定平台用于放置无人机,并且无人机固定平台通过俯仰自由度转动机构连接在车顶稳定安装机构上,所述俯仰角定位机构与俯仰角定位机构相连,并且通过俯仰角定位机构实现无人机固定平台俯仰自由度的解锁或锁止;
通过无人机内的数据采集模块采集无人机的机翼振动信号、空速数据采集及无人机姿态数据。
2.根据权利要求1所述的一种飞翼布局无人机体自由度颤振的车载测试装置,其特征在于,所述无人机固定平台包括起落架固定装置(1)、起落架安装平台(2)和转接板(3),所述起落架固定装置(1)固定连接在起落架安装平台(2)上,通过起落架固定装置(1)夹持所述无人机的起落架,所述转接板(3)固定连接在所述起落架安装平台(2)的底面上。
3.根据权利要求2所述的一种飞翼布局无人机体自由度颤振的车载测试装置,其特征在于,所述车顶稳定安装机构包括支架(15)以及车顶安装平台(16),所述车顶安装平台(16)安装在汽车的车顶,所述支架(15)固定连接在车顶安装平台(16)上。
4.根据权利要求3所述的一种飞翼布局无人机体自由度颤振的车载测试装置,其特征在于,所述俯仰自由度转动机构包括法兰(4)、支撑轴(5)、旋转轴(6)、轴承(8)、轴承座(9)及转动部件安装平台(14),所述转动部件安装平台(14)固定连接在支架(15)上,所述轴承座(9)固定连接在转动部件安装平台(14)上,所述旋转轴(6)通过轴承(8)与所述轴承座(9)可旋转的相连接,所述支撑轴(5)的底端固定连接在旋转轴(6)上,并且顶端通过法兰(4)与转接板(3)固定相连。
5.根据权利要求4所述的一种飞翼布局无人机体自由度颤振的车载测试装置,其特征在于,所述俯仰角定位机构包括手动定位装置以及电磁离合器(10),所述手动定位装置包括手柄(11)、涡轮蜗杆副(13)及安装箱(12),所述安装箱(12)固定连接在转动部件安装平台(14)上,所述涡轮蜗杆副(13)中的涡轮及蜗杆均可旋转的连接在安装箱(12)中,所述手柄(11)与蜗杆固定相连,通过手柄(11)手动驱动涡轮旋转,所述电磁离合器(10)连接在涡轮和旋转轴(6)之间。
6.根据权利要求4所述的一种飞翼布局无人机体自由度颤振的车载测试装置,其特征在于,所述俯仰角定位机构还包括俯仰角限位机构,所述俯仰角限位机构包括处在转接板(3)和转动部件安装平台(14)之间的限位器(7),所述限位器(7)固定连接在转动部件安装平台(14)上,并且具有分处在旋转轴(6)前后两侧的限位挡板。
7.根据权利要求4所述的一种飞翼布局无人机体自由度颤振的车载测试装置,其特征在于,所述数据采集模块包括设在无人机的翼尖处的加速度计以及设在无人机内部的空速计、陀螺仪。
8.一种基于权利要求1所述的车载测试装置的飞翼布局无人机体自由度颤振的测试方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、安装固定飞翼布局无人机:保持所述的无人机固定平台水平,将无人机放置在无人机固定平台上,通过所述的起落架固定装置将无人机起落架锁紧;
步骤二、固定初始迎角:在车辆静止时,给所述的电磁离合器通电,通过旋转所述的手柄,根据数据采集模块得到的机身俯仰角数据,将俯仰自由度转动平台固定在指定角度;
步骤三、约束俯仰自由度测试:首先启动无人机的发动机,当发动机达到额定转速时,开动车辆带动无人机共同做直线运动,车辆逐渐加速并保持无人机相对来流速度低于颤振边界,同时测量无人机的机翼振动信号;
步骤四、释放俯仰自由度测试:当车辆达到指定速度后,将电磁离合器断电,车辆继续加速至颤振边界附近,进而完成对飞翼布局无人机体自由度颤振的观察及数据采集,在无人机振动剧烈时汽车及时降速以保证无人机结构安全。
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