本方案用于表征六旋翼飞行器的推力与空气动力学特性。本实验采用市售的现成六旋翼飞行器组件,具体细节见表2。飞行控制器选用开源自动驾驶系统Librepilot9,因其具备灵活控制发送至六旋翼飞行器各电机指令的能力。
用于安装测力传感器和六旋翼飞行器的测试台由层压胶合板在内部加工制成,如图2所示。在设计测试台时需注意,其必须能够精确调节多旋翼飞行器的攻角,并具有足够的刚性以承受电机运行时产生的弯曲力和振动。
六轴力传感器安装在测试台上,并连接到数据采集板,如图3所示。该力传感器在六旋翼飞行器的机体坐标系中感知气动力和推力。应变片数据经过信号调理器传输。随后,数据采集(DAQ)板利用力传感器制造商提供的校准程序,获取模拟的力和力矩分量。DAQ板将这些值先存储在高速缓存中,再保存至永久磁盘。
对于本方案,首先确定单个电机产生的力,然后测定作用在裸机架上的力,接着测定整个六旋翼飞行器产生的力与电机转速指令之间的函数关系。每次测试时,向所有电机发出相同的转速指令。
1. 测力计实验
测功机可直接测量推力、扭矩、转速(RPM)、电池电压和电流等参数。随后可根据公式(3)、(4)和(5)推导出电功率、机械功率和电机效率等参数。
2. 静态推力测试
3. 动态推力测试
进行一系列风洞试验,以表征和分析六旋翼飞行器在不同空速和攻角下的线性空气动力,主要是升力和阻力。在风洞实验过程中,假设六旋翼飞行器处于稳态飞行条件。因此,六旋翼飞行器速度矢量的大小等于空速,并假设在世界坐标系中为水平方向。升力和阻力主要由空气流经六旋翼飞行器周围产生。需要注意的是,此处的升力和阻力是指作用在六旋翼飞行器上的总升力和总阻力;侧向力可忽略不计。
本实验中进行的实验步骤与Foster10和Russell11报道的方法类似。在风洞测试期间,六旋翼飞行器由插入建筑物交流电源的电源转换器驱动,以确保所有测试过程中电源和电压水平保持一致。请注意,电机在高转速(RPM)下可能消耗较大的电流;应使用线径较粗且长度较短的导线,以防止运行期间导线上的电压降过大。
来源:Prashin Sharma 和 Ella M. Atkins,密歇根大学安娜堡分校航空航天工程系,密歇根州安娜堡
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本视频中的章节
0:01
Concepts
3:01
Dynamometer Experiment
4:18
Static Text
5:51
Dynamic Thrust Test
7:57
Results