يتم تركيب خلية تحميل ذات 6 محاور على حامل الاختبار وتوصيلها بلوحة الحصول على البيانات ، كما هو موضح في الشكل 3. يتم استشعار قوى الديناميكا الهوائية والدفع في إطار جسم المروحية السداسية بواسطة خلية الحمل. تمر بيانات مقياس الإجهاد عبر مكيف الإشارة. ثم تكتسب لوحة الحصول على البيانات (DAQ) مكونات القوة التناظرية وعزم الدوران باستخدام إجراء معايرة توفره الشركة المصنعة لخلية الحمل. تقوم لوحة DAQ بعد ذلك بتخزين هذه القيم في مخزن مؤقت عالي السرعة ولاحقا إلى قرص دائم.
بالنسبة لهذا البروتوكول ، أولا ، حدد القوى الناتجة عن المحركات الفردية. ثم حدد القوى المؤثرة على هيكل الطائرة العاري ، متبوعا بتحديد القوى الناتجة عن المروحية السداسية بأكملها كدالة لأوامر RPM المحرك. قم بإصدار نفس أوامر RPM لجميع المحركات لكل اختبار.
< p class = "jove_title" >1. تجربة دينامومتر فئةيسمح مقياس الدينامومتر بالقياس المباشر للمعلمات ، بما في ذلك الدفع وعزم الدوران وعدد الدورات في الدقيقة وجهد البطارية والتيار. يمكن بعد ذلك اشتقاق معلمات مثل الطاقة الكهربائية والطاقة الميكانيكية وكفاءة المحرك من المعادلات (3) و (4) و (5).
3. اختبار الدفع الديناميكي
< p class = "jove_content" > قم بإجراء سلسلة من اختبارات نفق الرياح لتوصيف وتحليل القوى الديناميكية الهوائية الخطية للطائرة السداسية ، في المقام الأول الرفع والسحب ، عبر مجموعة متنوعة من السرعات الجوية وزوايا السقوط. أثناء تجارب نفق الرياح ، يفترض أن تكون المروحية السداسية في ظروف طيران ثابتة. لذلك ، فإن حجم متجه سرعة المروحية السداسية هو نفس السرعة الجوية ويفترض أفقيا في الإطار العالمي. ترجع قوى الرفع والسحب في المقام الأول إلى تدفق الهواء حول المروحية السداسية. لاحظ أنه من المفترض أن تكون قوى الرفع والسحب تميز الرفع الكلي والسحب الكلي على المروحية السداسية. القوات الجانبية ضئيلة.الإجراء التجريبي الذي تم إجراؤه في هذه التجربة مشابه لتلك التي تم الإبلاغ عنها في Foster10 و Russell11. أثناء اختبار نفق الرياح ، تم تشغيل المروحية السداسية بواسطة محول طاقة متصل بطاقة المبنى (AC) لضمان مستويات طاقة وجهد ثابتة خلال جميع الاختبارات. لاحظ أن المحركات عند عدد دورات عالية في الدقيقة يمكن أن تستهلك تيارا ملحوظا. استخدم سلكا منخفض الطول وقصير الطول لمنع انخفاض الجهد الملحوظ عبر السلك أثناء التشغيل.
المروحيات المتعددة هي مركبات جوية صغيرة ذات دوارات متعددة ، على عكس طائرات الهليكوبتر التقليدية ذات الدوار الرئيسي الواحد. يحتوي دوار المروحية التقليدي على درجة متغيرة ، مما يمكن الطيار من التحكم في الرفع والتوجيه. ومع ذلك ، تعتمد المروحيات المتعددة على دوارات الملعب الثابتة. يدور بعضها في اتجاه عقارب الساعة ، والبعض الآخر يدور عكس اتجاه عقارب الساعة. يتم التحكم في الرحلة عن طريق تغيير سرعة دوار واحد أو أكثر. على سبيل المثال ، في هذا السداسي المروحي ، تعمل جميع المراوح بنفس السرعة. ينتج عن هذا نفس الدفع لتحوم.
مثل الطائرات ذات الأجنحة الثابتة ، يتم وصف موقف المروحية السداسية حول ثلاثة محاور: محور الملعب ، ومحور اللف ، ومحور الانعراج. يمكن التحكم في السداسي المروحية حول محور الملعب عن طريق زيادة سرعة المراوح على جانب واحد من محور الملعب وتقليل سرعات المراوح الموجودة على الجانب الآخر. هذا يخلق فارقا في الدفع بين الجانبين. إذا زاد الدفع في المراوح الخلفية وانخفض في المراوح الأمامية ، فإن المروحية السداسية تميل إلى الأمام.
وبالمثل ، يمكن التحكم في سداسي المروحية حول محور الدوران بنفس الطريقة. هذا يسبب حركة من جانب إلى آخر. يتم ذلك عن طريق زيادة سرعة المراوح على جانب واحد وتقليل سرعة المراوح على الجانب الآخر.
يتم تحقيق التحكم في الانعراج ، الذي يغير زاوية التوجه ، من خلال موازنة عزم دوران المروحة في اتجاه عقارب الساعة مع عزم دوران المروحة عكس اتجاه عقارب الساعة. من خلال تدوير المراوح عكس اتجاه عقارب الساعة بشكل أسرع من المراوح في اتجاه عقارب الساعة ، يؤدي التفاعل الصافي المعاكس إلى دوران في اتجاه عقارب الساعة حول محور الانعراج.
يمكننا حساب الدفع وعزم الدوران لكل وحدة مروحة باستخدام المعادلات الموضحة. حيث T هو الدفع المتولد ، CT هو معامل الدفع ، Tau هو عزم الدوران ، CQ هو معامل عزم الدوران ، وأوميغا هي سرعة الدوران في RPM. يمكن حساب كل من مدخلات الطاقة الكهربائية وخرج الطاقة الميكانيكية باستخدام المعادلات التالية. ثم يتم استخدام الطاقة الكهربائية والميكانيكية لتحديد كفاءة محرك المروحة. يتم حساب المعاملين ، جنبا إلى جنب مع الطاقة الكهربائية والميكانيكية ، باستخدام البيانات التي تم الحصول عليها من التجارب.
في هذا المختبر ، سوف نوضح كيفية حساب القوى الديناميكية الهوائية والقوى الدافعة على سداسي المروحية باستخدام خلية تحميل مثبتة على حامل اختبار. بعد ذلك ، سنقوم بتمييز وتحليل الرفع والسحب على نطاق من سرعات الهواء باستخدام نفق الرياح.
لبدء هذه التجربة، سنستخدم مقياس ديناميكي لقياس معلمات المروحة الواحدة وحسابها. أولا ، احصل على مقياس ديناميكي بنظام الحصول على البيانات على متن الطائرة. قم بتشغيل واجهة المستخدم الرسومية المتوفرة مع نظام مقياس الدينامومتر. قم بتركيب المحرك على حامل اختبار مقياس الدينامومتر وقم بتوصيل جميع أسلاك الجهاز. بعد ذلك، قم بمعايرة النظام باتباع التعليمات التي تظهر على الشاشة، باستخدام الأوزان وذراع الرافعة المعروف عند المطالبة.
بمجرد اكتمال المعايرة ، قم بتوصيل المروحة في تكوين "مجتذب". قبل إجراء التجارب ، تأكد من تثبيت مقياس الدينامومتر بإحكام على طاولة العمل باستخدام مشابك C ، ووضعه خلف جدار حماية زجاج شبكي.
الآن قم بتوصيل البطارية بمقياس الدينامومتر. قم بتشغيل برنامج إدخال الخطوة ، الذي يعمل على تشغيل محركات التيار المستمر باستخدام إشارة نابضة. سيقوم البرنامج بتسجيل الدفع المقاس ، وعزم الدوران ، وعدد دورات المحرك في الدقيقة ، وتيار المحرك ، والنبض مع أمر خنق التعديل.
في هذا الجزء من التجربة ، سنقيس الدفع من المروحية السداسية باستخدام خلية تحميل خارج نفق الرياح لتجنب الاضطرابات من جدران نفق الرياح.
أولا ، اربط المروحية السداسية على حامل اختبار خلية التحميل باستخدام مسامير التثبيت. بعد ذلك ، افتح نظام الحصول على البيانات وقم بتشغيل برنامج تحيز مقياس إجهاد خلية الحمل لإزالة جميع قيم خلايا تحميل التحيز. قم بتوصيل وحدة التحكم في الطيران سداسية المروحية بالكمبيوتر باستخدام كابل USB صغير ، وقم بتوصيل مصدر الطاقة بالسداسية.
ثم افتح برنامج محطة التحكم الأرضية. ضمن علامة تبويب التكوين ، اربط جميع المحركات بالنقر فوق علامة التجزئة على الجانب الأيمن. حرك شريط تمرير قناة الإخراج إلى أمر دواسة الوقود المطلوب بسرعة 1,300 ميكروثانية. دع النظام يستقر لبضع ثوان ثم قم بتشغيل البرنامج لجمع البيانات من خلية التحميل.
عند اكتمال البرنامج ، أوقف المحركات عن طريق تحريك منزلقات قناة الإخراج إلى اليسار في محطة التحكم الأرضية. كرر الاختبار باستخدام أوامر الخانق التي تبلغ 1,500 و 1,700 ميكروثانية. ثم أوقف المحركات ، وانقل جميع البيانات إلى محرك أقراص محمول لاستخدامها كخط أساس لقياسات نفق الرياح في الاختبار التالي.
في الجزء التالي من التجربة ، سنجري نفس الاختبار ، إلا أنه سيتم إجراؤه داخل نفق الرياح مع تدفق الهواء. للبدء ، قم بتركيب المروحية السداسية على حامل اختبار خلية الحمل. بعد ذلك ، قم بتوصيل خلية الحمل بكمبيوتر الحصول على البيانات ، وقم بتوصيل سداسي المروحية بمحطة التحكم الأرضية. قم بتأمين حامل الاختبار على قاعدة نفق الرياح باستخدام المشابك C ، وتأكد من أن المروحية السداسية خالية من جدران نفق الرياح والأرضية والسقف لتقليل اضطرابات تدفق التيار الحر.
بعد ذلك ، قم بتركيب أنبوبين من pitot داخل نفق الرياح باستخدام شريط صناعي ، مع التأكد من وضعهما على بعد بضعة أقدام من المروحية السداسية لأخذ عينات من تدفق الهواء غير المضطرب. الآن ، اضبط زاوية ميل السداسي المروحية على 0 درجة عن طريق ضبط المفصل المفصلي لحامل الاختبار. ثم أغلق نفق الرياح.
قم بتوصيل مستشعرات أنبوب pitot بنظام الحصول على البيانات. بعد ذلك ، قم بتشغيل برنامج التحيز لتحديد تحيزات جهد خلية الحمل. بعد ذلك ، قم بتهيئة نفق الرياح واضبط سرعة الرياح على حوالي 430 قدما / دقيقة ، أو 2. 2 م / ث. بمجرد أن تستقر سرعة تدفق التيار الحر على القيمة المطلوبة ، اجمع قراءات الرفع الأساسي واسحب من خلية الحمل مع إيقاف تشغيل محركات السداسية.
الآن ، قم بتشغيل محركات سداسية المروحية عن طريق تهيئة أمر دواسة الوقود إلى 1,300 ميكروثانية. دع سرعة الهواء في نفق الرياح تستقر ثم اجمع القراءات من خلية الحمل ومن أنابيب pitot. بعد ذلك، كرر الاختبار مرة أخرى لإعدادات أوامر دواسة الوقود الثلاثة بزوايا ميل سداسية المروحية المتنوعة وسرعات هواء نفق الرياح. لتقليل التعقيد ، تم الحفاظ على زاوية الانعراج الصفرية في جميع الأوقات.
الآن دعونا نفسر النتائج. أولا ، ارسم الدفع مقابل RPM وعزم الدوران مقابل بيانات RPM التي تم جمعها من تجربة مقياس الدينامومتر.
هنا ، نعرض بيانات محرك واحد. توضح المخططات أن الزيادة في عدد دورات المحرك في الدقيقة تؤدي إلى زيادة عزم الدوران والدفع. الآن ، قم بتركيب منحنى تربيعي للبيانات في شكل المعادلات التالية. باستخدام العلاقة التربيعية ، يمكننا بعد ذلك تحديد معامل الدفع ، CT ، ومعامل عزم الدوران ، CQ.
بعد ذلك ، قم برسم محرك إدخال المحرك RPM والطاقة الكهربائية وأمر الخانق على مخطط ثلاثي الأبعاد. نظرا لعدم وجود ردود فعل مباشرة لمستشعر RPM على المروحية السداسية الخاصة بنا ، فقد قمنا بتركيب سطح متعدد الحدود للبيانات للحصول على RPM الفعلي كدالة للطاقة الكهربائية وأمر الخانق.
الآن بعد أن نظرنا إلى نتائج مقياس الدينامومتر ، دعنا نلقي نظرة على تجارب نفق الرياح التي أجريت باستخدام المعلمات المدرجة هنا. يتم رسم تباين السحب والرفع مقابل زوايا الملعب المختلفة التي تم اختبارها. تظهر كلتا المخططين أن زيادة أمر دواسة الوقود يؤدي إلى زيادة كبيرة في الرفع ، أو الدفع المحكي ، بالإضافة إلى زيادة السحب. الزيادة في سرعة هواء نفق الرياح لا تزيد بشكل كبير من الرفع. ومع ذلك ، أدت سرعة الهواء المرتفعة إلى زيادة كبيرة في قوة السحب المؤثرة على المروحية السداسية.
باختصار ، تعلمنا كيف تتحكم القوى الديناميكية الهوائية في رحلة المروحيات المتعددة. ثم اختبرنا سداسية المروحية في نفق الرياح وقمنا بتحليل قوى الرفع والسحب الناتجة على نطاق من سرعات الهواء.
المصدر: براشين شارما وإيلا إم أتكينز ، قسم هندسة الطيران ، جامعة ميشيغان ، آن أربور ، ميشيغان
أصبحت المروحيات المتعددة شائعة لمجموعة متنوعة من الهوايات والتطبيقات التجارية. وهي متوفرة بشكل شائع على شكل كوادكوبتر (أربعة دفاعات) ، وسداسي المروحية (ستة دافعات) ، وأوكتوكوبتر (ثمانية دافعات). هنا ، نصف عملية تجريبية لتوصيف أداء المروحيات المتعددة. يتم اختبار منصة سداسية المروحية الصغيرة المعيارية توفر تكرار وحدة الدفع. يتم تحديد الدفع الفردي للمحرك الثابت باستخدام مقياس ديناميكي وأوامر المروحة والإدخال المختلفة. ثم يتم تمثيل هذا الدفع الثابت كدالة لدورة المحرك في الدقيقة ، حيث يتم تحديد عدد الدورات في الدقيقة من مدخلات طاقة المحرك والتحكم. ثم يتم تركيب المروحية السداسية على حامل اختبار خلية الحمل في نفق رياح معاد تدويره منخفض السرعة مقاس 5 × 7 ، وتم تمييز مكونات قوة الرفع والسحب الديناميكية الهوائية أثناء الطيران بإشارات محرك مختلفة ، وسرعة تدفق التيار الحر ، وزاوية الهجوم.
تم اختيار سداسي المروحية لهذه الدراسة بسبب مرونته في مواجهة فشل المحرك (وحدة الدفع) ، كما ورد في Clothier 1 . وإلى جانب التكرار في نظام الدفع، يلزم أيضا اختيار مكونات عالية الموثوقية للطيران الآمن، ولا سيما بالنسبة للبعثات التي تكتظ بالسكان. في Ampatis2 ، يناقش المؤلفون الاختيار الأمثل لأجزاء المروحيات المتعددة ، مثل المحركات والشفرات والبطاريات وأجهزة التحكم في السرعة الإلكترونية. كما تم الإبلاغ عن بحث مماثل في Bershadsky3 ، والذي يركز على الاختيار الصحيح لنظام المروحة لتلبية متطلبات المهمة. إلى جانب التكرار وموثوقية المكونات ، يعد فهم أداء السيارة أمرا ضروريا أيضا لضمان احترام حدود مغلف الطيران واختيار التصميم الأكثر كفاءة.
يتم تركيب خلية تحميل ذات 6 محاور على حامل الاختبار وتوصيلها بلوحة الحصول على البيانات ، كما هو موضح في الشكل 3. يتم استشعار قوى الديناميكا الهوائية والدفع في إطار جسم المروحية السداسية بواسطة خلية الحمل. تمر بيانات مقياس الإجهاد عبر مكيف الإشارة. ثم تكتسب لوحة الحصول على البيانات (DAQ) مكونات القوة التناظرية وعزم الدوران باستخدام إجراء معايرة توفره الشركة المصنعة لخلية الحمل. تقوم لوحة DAQ بعد ذلك بتخزين هذه القيم في مخزن مؤقت عالي السرعة ولاحقا إلى قرص دائم.
بالنسبة لهذا البروتوكول ، أولا ، حدد القوى الناتجة عن المحركات الفردية. ثم حدد القوى المؤثرة على هيكل الطائرة العاري ، متبوعا بتحديد القوى الناتجة عن المروحية السداسية بأكملها كدالة لأوامر RPM المحرك. قم بإصدار نفس أوامر RPM لجميع المحركات لكل اختبار.
< p class = "jove_title" >1. تجربة دينامومتر فئةيسمح مقياس الدينامومتر بالقياس المباشر للمعلمات ، بما في ذلك الدفع وعزم الدوران وعدد الدورات في الدقيقة وجهد البطارية والتيار. يمكن بعد ذلك اشتقاق معلمات مثل الطاقة الكهربائية والطاقة الميكانيكية وكفاءة المحرك من المعادلات (3) و (4) و (5).
3. اختبار الدفع الديناميكي
< p class = "jove_content" > قم بإجراء سلسلة من اختبارات نفق الرياح لتوصيف وتحليل القوى الديناميكية الهوائية الخطية للطائرة السداسية ، في المقام الأول الرفع والسحب ، عبر مجموعة متنوعة من السرعات الجوية وزوايا السقوط. أثناء تجارب نفق الرياح ، يفترض أن تكون المروحية السداسية في ظروف طيران ثابتة. لذلك ، فإن حجم متجه سرعة المروحية السداسية هو نفس السرعة الجوية ويفترض أفقيا في الإطار العالمي. ترجع قوى الرفع والسحب في المقام الأول إلى تدفق الهواء حول المروحية السداسية. لاحظ أنه من المفترض أن تكون قوى الرفع والسحب تميز الرفع الكلي والسحب الكلي على المروحية السداسية. القوات الجانبية ضئيلة.الإجراء التجريبي الذي تم إجراؤه في هذه التجربة مشابه لتلك التي تم الإبلاغ عنها في Foster10 و Russell11. أثناء اختبار نفق الرياح ، تم تشغيل المروحية السداسية بواسطة محول طاقة متصل بطاقة المبنى (AC) لضمان مستويات طاقة وجهد ثابتة خلال جميع الاختبارات. لاحظ أن المحركات عند عدد دورات عالية في الدقيقة يمكن أن تستهلك تيارا ملحوظا. استخدم سلكا منخفض الطول وقصير الطول لمنع انخفاض الجهد الملحوظ عبر السلك أثناء التشغيل.
المروحيات المتعددة هي مركبات جوية صغيرة ذات دوارات متعددة ، على عكس طائرات الهليكوبتر التقليدية ذات الدوار الرئيسي الواحد. يحتوي دوار المروحية التقليدي على درجة متغيرة ، مما يمكن الطيار من التحكم في الرفع والتوجيه. ومع ذلك ، تعتمد المروحيات المتعددة على دوارات الملعب الثابتة. يدور بعضها في اتجاه عقارب الساعة ، والبعض الآخر يدور عكس اتجاه عقارب الساعة. يتم التحكم في الرحلة عن طريق تغيير سرعة دوار واحد أو أكثر. على سبيل المثال ، في هذا السداسي المروحي ، تعمل جميع المراوح بنفس السرعة. ينتج عن هذا نفس الدفع لتحوم.
مثل الطائرات ذات الأجنحة الثابتة ، يتم وصف موقف المروحية السداسية حول ثلاثة محاور: محور الملعب ، ومحور اللف ، ومحور الانعراج. يمكن التحكم في السداسي المروحية حول محور الملعب عن طريق زيادة سرعة المراوح على جانب واحد من محور الملعب وتقليل سرعات المراوح الموجودة على الجانب الآخر. هذا يخلق فارقا في الدفع بين الجانبين. إذا زاد الدفع في المراوح الخلفية وانخفض في المراوح الأمامية ، فإن المروحية السداسية تميل إلى الأمام.
وبالمثل ، يمكن التحكم في سداسي المروحية حول محور الدوران بنفس الطريقة. هذا يسبب حركة من جانب إلى آخر. يتم ذلك عن طريق زيادة سرعة المراوح على جانب واحد وتقليل سرعة المراوح على الجانب الآخر.
يتم تحقيق التحكم في الانعراج ، الذي يغير زاوية التوجه ، من خلال موازنة عزم دوران المروحة في اتجاه عقارب الساعة مع عزم دوران المروحة عكس اتجاه عقارب الساعة. من خلال تدوير المراوح عكس اتجاه عقارب الساعة بشكل أسرع من المراوح في اتجاه عقارب الساعة ، يؤدي التفاعل الصافي المعاكس إلى دوران في اتجاه عقارب الساعة حول محور الانعراج.
يمكننا حساب الدفع وعزم الدوران لكل وحدة مروحة باستخدام المعادلات الموضحة. حيث T هو الدفع المتولد ، CT هو معامل الدفع ، Tau هو عزم الدوران ، CQ هو معامل عزم الدوران ، وأوميغا هي سرعة الدوران في RPM. يمكن حساب كل من مدخلات الطاقة الكهربائية وخرج الطاقة الميكانيكية باستخدام المعادلات التالية. ثم يتم استخدام الطاقة الكهربائية والميكانيكية لتحديد كفاءة محرك المروحة. يتم حساب المعاملين ، جنبا إلى جنب مع الطاقة الكهربائية والميكانيكية ، باستخدام البيانات التي تم الحصول عليها من التجارب.
في هذا المختبر ، سوف نوضح كيفية حساب القوى الديناميكية الهوائية والقوى الدافعة على سداسي المروحية باستخدام خلية تحميل مثبتة على حامل اختبار. بعد ذلك ، سنقوم بتمييز وتحليل الرفع والسحب على نطاق من سرعات الهواء باستخدام نفق الرياح.
لبدء هذه التجربة، سنستخدم مقياس ديناميكي لقياس معلمات المروحة الواحدة وحسابها. أولا ، احصل على مقياس ديناميكي بنظام الحصول على البيانات على متن الطائرة. قم بتشغيل واجهة المستخدم الرسومية المتوفرة مع نظام مقياس الدينامومتر. قم بتركيب المحرك على حامل اختبار مقياس الدينامومتر وقم بتوصيل جميع أسلاك الجهاز. بعد ذلك، قم بمعايرة النظام باتباع التعليمات التي تظهر على الشاشة، باستخدام الأوزان وذراع الرافعة المعروف عند المطالبة.
بمجرد اكتمال المعايرة ، قم بتوصيل المروحة في تكوين "مجتذب". قبل إجراء التجارب ، تأكد من تثبيت مقياس الدينامومتر بإحكام على طاولة العمل باستخدام مشابك C ، ووضعه خلف جدار حماية زجاج شبكي.
الآن قم بتوصيل البطارية بمقياس الدينامومتر. قم بتشغيل برنامج إدخال الخطوة ، الذي يعمل على تشغيل محركات التيار المستمر باستخدام إشارة نابضة. سيقوم البرنامج بتسجيل الدفع المقاس ، وعزم الدوران ، وعدد دورات المحرك في الدقيقة ، وتيار المحرك ، والنبض مع أمر خنق التعديل.
في هذا الجزء من التجربة ، سنقيس الدفع من المروحية السداسية باستخدام خلية تحميل خارج نفق الرياح لتجنب الاضطرابات من جدران نفق الرياح.
أولا ، اربط المروحية السداسية على حامل اختبار خلية التحميل باستخدام مسامير التثبيت. بعد ذلك ، افتح نظام الحصول على البيانات وقم بتشغيل برنامج تحيز مقياس إجهاد خلية الحمل لإزالة جميع قيم خلايا تحميل التحيز. قم بتوصيل وحدة التحكم في الطيران سداسية المروحية بالكمبيوتر باستخدام كابل USB صغير ، وقم بتوصيل مصدر الطاقة بالسداسية.
ثم افتح برنامج محطة التحكم الأرضية. ضمن علامة تبويب التكوين ، اربط جميع المحركات بالنقر فوق علامة التجزئة على الجانب الأيمن. حرك شريط تمرير قناة الإخراج إلى أمر دواسة الوقود المطلوب بسرعة 1,300 ميكروثانية. دع النظام يستقر لبضع ثوان ثم قم بتشغيل البرنامج لجمع البيانات من خلية التحميل.
عند اكتمال البرنامج ، أوقف المحركات عن طريق تحريك منزلقات قناة الإخراج إلى اليسار في محطة التحكم الأرضية. كرر الاختبار باستخدام أوامر الخانق التي تبلغ 1,500 و 1,700 ميكروثانية. ثم أوقف المحركات ، وانقل جميع البيانات إلى محرك أقراص محمول لاستخدامها كخط أساس لقياسات نفق الرياح في الاختبار التالي.
في الجزء التالي من التجربة ، سنجري نفس الاختبار ، إلا أنه سيتم إجراؤه داخل نفق الرياح مع تدفق الهواء. للبدء ، قم بتركيب المروحية السداسية على حامل اختبار خلية الحمل. بعد ذلك ، قم بتوصيل خلية الحمل بكمبيوتر الحصول على البيانات ، وقم بتوصيل سداسي المروحية بمحطة التحكم الأرضية. قم بتأمين حامل الاختبار على قاعدة نفق الرياح باستخدام المشابك C ، وتأكد من أن المروحية السداسية خالية من جدران نفق الرياح والأرضية والسقف لتقليل اضطرابات تدفق التيار الحر.
بعد ذلك ، قم بتركيب أنبوبين من pitot داخل نفق الرياح باستخدام شريط صناعي ، مع التأكد من وضعهما على بعد بضعة أقدام من المروحية السداسية لأخذ عينات من تدفق الهواء غير المضطرب. الآن ، اضبط زاوية ميل السداسي المروحية على 0 درجة عن طريق ضبط المفصل المفصلي لحامل الاختبار. ثم أغلق نفق الرياح.
قم بتوصيل مستشعرات أنبوب pitot بنظام الحصول على البيانات. بعد ذلك ، قم بتشغيل برنامج التحيز لتحديد تحيزات جهد خلية الحمل. بعد ذلك ، قم بتهيئة نفق الرياح واضبط سرعة الرياح على حوالي 430 قدما / دقيقة ، أو 2. 2 م / ث. بمجرد أن تستقر سرعة تدفق التيار الحر على القيمة المطلوبة ، اجمع قراءات الرفع الأساسي واسحب من خلية الحمل مع إيقاف تشغيل محركات السداسية.
الآن ، قم بتشغيل محركات سداسية المروحية عن طريق تهيئة أمر دواسة الوقود إلى 1,300 ميكروثانية. دع سرعة الهواء في نفق الرياح تستقر ثم اجمع القراءات من خلية الحمل ومن أنابيب pitot. بعد ذلك، كرر الاختبار مرة أخرى لإعدادات أوامر دواسة الوقود الثلاثة بزوايا ميل سداسية المروحية المتنوعة وسرعات هواء نفق الرياح. لتقليل التعقيد ، تم الحفاظ على زاوية الانعراج الصفرية في جميع الأوقات.
الآن دعونا نفسر النتائج. أولا ، ارسم الدفع مقابل RPM وعزم الدوران مقابل بيانات RPM التي تم جمعها من تجربة مقياس الدينامومتر.
هنا ، نعرض بيانات محرك واحد. توضح المخططات أن الزيادة في عدد دورات المحرك في الدقيقة تؤدي إلى زيادة عزم الدوران والدفع. الآن ، قم بتركيب منحنى تربيعي للبيانات في شكل المعادلات التالية. باستخدام العلاقة التربيعية ، يمكننا بعد ذلك تحديد معامل الدفع ، CT ، ومعامل عزم الدوران ، CQ.
بعد ذلك ، قم برسم محرك إدخال المحرك RPM والطاقة الكهربائية وأمر الخانق على مخطط ثلاثي الأبعاد. نظرا لعدم وجود ردود فعل مباشرة لمستشعر RPM على المروحية السداسية الخاصة بنا ، فقد قمنا بتركيب سطح متعدد الحدود للبيانات للحصول على RPM الفعلي كدالة للطاقة الكهربائية وأمر الخانق.
الآن بعد أن نظرنا إلى نتائج مقياس الدينامومتر ، دعنا نلقي نظرة على تجارب نفق الرياح التي أجريت باستخدام المعلمات المدرجة هنا. يتم رسم تباين السحب والرفع مقابل زوايا الملعب المختلفة التي تم اختبارها. تظهر كلتا المخططين أن زيادة أمر دواسة الوقود يؤدي إلى زيادة كبيرة في الرفع ، أو الدفع المحكي ، بالإضافة إلى زيادة السحب. الزيادة في سرعة هواء نفق الرياح لا تزيد بشكل كبير من الرفع. ومع ذلك ، أدت سرعة الهواء المرتفعة إلى زيادة كبيرة في قوة السحب المؤثرة على المروحية السداسية.
باختصار ، تعلمنا كيف تتحكم القوى الديناميكية الهوائية في رحلة المروحيات المتعددة. ثم اختبرنا سداسية المروحية في نفق الرياح وقمنا بتحليل قوى الرفع والسحب الناتجة على نطاق من سرعات الهواء.
المروحيات المتعددة هي مركبات جوية صغيرة ذات دوارات متعددة ، على عكس طائرات الهليكوبتر التقليدية ذات الدوار الرئيسي الواحد. يحتوي دوار المروحية التقليدي على درجة متغيرة ، مما يمكن الطيار من التحكم في الرفع والتوجيه. ومع ذلك ، تعتمد المروحيات المتعددة على دوارات الملعب الثابتة. يدور بعضها في اتجاه عقارب الساعة ، والبعض الآخر يدور عكس اتجاه عقارب الساعة. يتم التحكم في الرحلة عن طريق تغيير سرعة دوار واحد أو أكثر. على سبيل المثال ، في هذا السداسي المروحي ، تعمل جميع المراوح بنفس السرعة. ينتج عن هذا نفس الدفع لتحوم.
مثل الطائرات ذات الأجنحة الثابتة ، يتم وصف موقف المروحية السداسية حول ثلاثة محاور: محور الملعب ، ومحور اللف ، ومحور الانعراج. يمكن التحكم في السداسي المروحية حول محور الملعب عن طريق زيادة سرعة المراوح على جانب واحد من محور الملعب وتقليل سرعات المراوح الموجودة على الجانب الآخر. هذا يخلق فارقا في الدفع بين الجانبين. إذا زاد الدفع في المراوح الخلفية وانخفض في المراوح الأمامية ، فإن المروحية السداسية تميل إلى الأمام.
وبالمثل ، يمكن التحكم في سداسي المروحية حول محور الدوران بنفس الطريقة. هذا يسبب حركة من جانب إلى آخر. يتم ذلك عن طريق زيادة سرعة المراوح على جانب واحد وتقليل سرعة المراوح على الجانب الآخر.
يتم تحقيق التحكم في الانعراج ، الذي يغير زاوية التوجه ، من خلال موازنة عزم دوران المروحة في اتجاه عقارب الساعة مع عزم دوران المروحة عكس اتجاه عقارب الساعة. من خلال تدوير المراوح عكس اتجاه عقارب الساعة بشكل أسرع من المراوح في اتجاه عقارب الساعة ، يؤدي التفاعل الصافي المعاكس إلى دوران في اتجاه عقارب الساعة حول محور الانعراج.
يمكننا حساب الدفع وعزم الدوران لكل وحدة مروحة باستخدام المعادلات الموضحة. حيث T هو الدفع المتولد ، CT هو معامل الدفع ، tau هو عزم الدوران ، CQ هو معامل عزم الدوران ، وأوميغا هي سرعة الدوران في RPM. يمكن حساب كل من مدخلات الطاقة الكهربائية وخرج الطاقة الميكانيكية باستخدام المعادلات التالية. ثم يتم استخدام الطاقة الكهربائية والميكانيكية لتحديد كفاءة محرك المروحة. يتم حساب المعاملين ، جنبا إلى جنب مع الطاقة الكهربائية والميكانيكية ، باستخدام البيانات التي تم الحصول عليها من التجارب.
في هذا المختبر ، سوف نوضح كيفية حساب القوى الديناميكية الهوائية والقوى الدافعة على سداسي المروحية باستخدام خلية تحميل مثبتة على حامل اختبار. بعد ذلك ، سنقوم بتمييز وتحليل الرفع والسحب على نطاق من سرعات الهواء باستخدام نفق الرياح.
لبدء هذه التجربة، سنستخدم مقياس ديناميكي لقياس معلمات المروحة الواحدة وحسابها. أولا ، احصل على مقياس ديناميكي بنظام الحصول على البيانات على متن الطائرة. قم بتشغيل واجهة المستخدم الرسومية المتوفرة مع نظام مقياس الدينامومتر. قم بتركيب المحرك على حامل اختبار مقياس الدينامومتر وقم بتوصيل جميع أسلاك الجهاز. بعد ذلك، قم بمعايرة النظام باتباع التعليمات التي تظهر على الشاشة، باستخدام الأوزان وذراع الرافعة المعروف عند المطالبة.
بمجرد اكتمال المعايرة ، قم بتوصيل المروحة في مجتذب؟ تكوين. قبل إجراء التجارب ، تأكد من تثبيت مقياس الدينامومتر بإحكام على طاولة العمل باستخدام مشابك C ، ووضعه خلف جدار حماية زجاج شبكي.
الآن قم بتوصيل البطارية بمقياس الدينامومتر. قم بتشغيل برنامج إدخال الخطوة ، الذي يعمل على تشغيل محركات التيار المستمر باستخدام إشارة نابضة. سيقوم البرنامج بتسجيل الدفع المقاس ، وعزم الدوران ، وعدد دورات المحرك في الدقيقة ، وتيار المحرك ، والنبض مع أمر خنق التعديل.
في هذا الجزء من التجربة ، سنقيس الدفع من المروحية السداسية باستخدام خلية تحميل خارج نفق الرياح لتجنب الاضطرابات من جدران نفق الرياح.
أولا ، اربط المروحية السداسية على حامل اختبار خلية التحميل باستخدام مسامير التثبيت. بعد ذلك ، افتح نظام الحصول على البيانات وقم بتشغيل برنامج تحيز مقياس إجهاد خلية الحمل لإزالة جميع قيم خلايا تحميل التحيز. قم بتوصيل وحدة التحكم في الطيران سداسية المروحية بالكمبيوتر باستخدام كابل USB صغير ، وقم بتوصيل مصدر الطاقة بالسداسية.
ثم افتح برنامج محطة التحكم الأرضية. ضمن علامة تبويب التكوين ، اربط جميع المحركات بالنقر فوق علامة التجزئة على الجانب الأيمن. حرك شريط تمرير قناة الإخراج إلى أمر دواسة الوقود المطلوب بسرعة 1,300 ميكروثانية. دع النظام يستقر لبضع ثوان ثم قم بتشغيل البرنامج لجمع البيانات من خلية التحميل.
عند اكتمال البرنامج ، أوقف المحركات عن طريق تحريك منزلقات قناة الإخراج إلى اليسار في محطة التحكم الأرضية. كرر الاختبار باستخدام أوامر الخانق التي تبلغ 1,500 و 1,700 ميكروثانية. ثم أوقف المحركات ، وانقل جميع البيانات إلى محرك أقراص محمول لاستخدامها كخط أساس لقياسات نفق الرياح في الاختبار التالي.
في الجزء التالي من التجربة ، سنجري نفس الاختبار ، إلا أنه سيتم إجراؤه داخل نفق الرياح مع تدفق الهواء. للبدء ، قم بتركيب المروحية السداسية على حامل اختبار خلية الحمل. بعد ذلك ، قم بتوصيل خلية الحمل بكمبيوتر الحصول على البيانات ، وقم بتوصيل سداسي المروحية بمحطة التحكم الأرضية. قم بتأمين حامل الاختبار على قاعدة نفق الرياح باستخدام المشابك C ، وتأكد من أن المروحية السداسية خالية من جدران نفق الرياح والأرضية والسقف لتقليل اضطرابات تدفق التيار الحر.
بعد ذلك ، قم بتركيب أنبوبين من pitot داخل نفق الرياح باستخدام شريط صناعي ، مع التأكد من وضعهما على بعد بضعة أقدام من المروحية السداسية لأخذ عينات من تدفق الهواء غير المضطرب. الآن ، اضبط زاوية ميل السداسي المروحي على 0؟ عن طريق ضبط المفصل المفصلة لحامل الاختبار. ثم أغلق نفق الرياح.
قم بتوصيل مستشعرات أنبوب pitot بنظام الحصول على البيانات. بعد ذلك ، قم بتشغيل برنامج التحيز لتحديد تحيزات جهد خلية الحمل. بعد ذلك ، قم بتهيئة نفق الرياح واضبط سرعة الرياح على حوالي 430 قدما / دقيقة ، أو 2. 2 م / ث. بمجرد أن تستقر سرعة تدفق التيار الحر على القيمة المطلوبة ، اجمع الرفع الأساسي واسحب قراءات من خلية الحمل مع إيقاف تشغيل محركات المروحية السداسية.
الآن ، قم بتشغيل محركات السداسية عن طريق تهيئة أمر الخانق إلى 1,300 ميكروثانية. دع سرعة الهواء في نفق الرياح تستقر ثم اجمع القراءات من خلية الحمل ومن أنابيب pitot. بعد ذلك، كرر الاختبار مرة أخرى لإعدادات أوامر دواسة الوقود الثلاثة بزوايا ميل سداسية المروحية المتنوعة وسرعات هواء نفق الرياح. لتقليل التعقيد ، تم الحفاظ على زاوية الانعراج الصفرية في جميع الأوقات.
الآن دعونا نفسر النتائج. أولا ، ارسم الدفع مقابل RPM وعزم الدوران مقابل بيانات RPM التي تم جمعها من تجربة مقياس الدينامومتر.
هنا ، نعرض بيانات محرك واحد. توضح المخططات أن الزيادة في عدد دورات المحرك في الدقيقة تؤدي إلى زيادة عزم الدوران والدفع. الآن ، قم بتركيب منحنى تربيعي للبيانات في شكل المعادلات التالية. باستخدام العلاقة التربيعية ، يمكننا بعد ذلك تحديد معامل الدفع ، CT ، ومعامل عزم الدوران ، CQ.
بعد ذلك ، قم برسم محرك إدخال المحرك RPM والطاقة الكهربائية وأمر الخانق على مخطط ثلاثي الأبعاد. نظرا لعدم وجود ردود فعل مباشرة لمستشعر RPM على المروحية السداسية الخاصة بنا ، فقد قمنا بتركيب سطح متعدد الحدود للبيانات للحصول على RPM الفعلي كدالة للطاقة الكهربائية وأمر الخانق.
الآن بعد أن نظرنا إلى نتائج مقياس الدينامومتر ، دعنا نلقي نظرة على تجارب نفق الرياح التي أجريت باستخدام المعلمات المدرجة هنا. يتم رسم تباين السحب والرفع مقابل زوايا الملعب المختلفة التي تم اختبارها. تظهر كلتا المخططين أن زيادة أمر دواسة الوقود يؤدي إلى زيادة كبيرة في الرفع ، أو الدفع المحكي ، بالإضافة إلى زيادة السحب. الزيادة في سرعة هواء نفق الرياح لا تزيد بشكل كبير من الرفع. ومع ذلك ، أدت سرعة الهواء المرتفعة إلى زيادة كبيرة في قوة السحب المؤثرة على المروحية السداسية.
باختصار ، تعلمنا كيف تتحكم القوى الديناميكية الهوائية في رحلة المروحيات المتعددة. ثم اختبرنا سداسية المروحية في نفق الرياح وقمنا بتحليل قوى الرفع والسحب الناتجة على نطاق من سرعات الهواء.
فئة
اختبارات مقياس الدينامومتر
في الأشكال 5-6 ، توضح المخططات تباين الدفع وعزم الدوران ، على التوالي ، مع زيادة عدد دورات المحرك في الدقيقة. من هذه المخططات ، يمكن تحديد الحد الأدنى لعدد دورات المحرك في الدقيقة المطلوب لتحوم المروحية المتعددة. يمكن الحصول على مخطط يوضح بيانات من مراوح متعددة من شارما12. علاوة على ذلك ، يمكن ملاحظة العلاقات التربيعية بين الدفع مقابل RPM والعزم مقابل RPM بوضوح ، والتي تم وصفها في المعادلتين (1) و (2). باستخدام هذه العلاقة التربيعية ، يمكن...
نصف هنا بروتوكولا لتوصيف القوى الديناميكية الهوائية المؤثرة على المروحية السداسية. يمكن تطبيق هذا البروتوكول على تكوينات متعددة الدوارات الأخرى مباشرة. هناك حاجة إلى التوصيف الصحيح للقوى الديناميكية الهوائية لتحسين تصميم التحكم ، وفهم حدود غلاف الطيران ، وتقدير حقول الرياح المحلية كما في Xiang13. البروتوكول المقدم لتحديد عدد دورات المحرك بناء على استهلاك الطاقة وأمر الخانق له تطبيقات مباشرة لتقدير عدد الدورات في الدقيقة والدفع عند استخدام وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة (ESCs) منخفضة التكلفة بدون استشعار RP...
Chapters in this video
0:01
Concepts
3:01
Dynamometer Experiment
4:18
Static Text
5:51
Dynamic Thrust Test
7:57
Results
Videos from this collection: