【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及但不限于螺旋槳涵道動(dòng)力性能測(cè)試臺(tái)架及計(jì)算方法，尤指一種用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法。
技術(shù)介紹
1、小型低速無(wú)人機(jī)常用于完成巡檢、監(jiān)視或農(nóng)用等任務(wù)，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。這類無(wú)人機(jī)常用螺旋槳或涵道風(fēng)扇螺旋槳將發(fā)動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)化為升力或推進(jìn)力，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)。
2、小型低速無(wú)人機(jī)的螺旋槳運(yùn)動(dòng)時(shí)，槳尖速度最高，誘導(dǎo)阻力比較大，對(duì)外界氣流產(chǎn)生沖擊、噪聲大，另外，在氣動(dòng)力作用下槳尖處容易變形，這些會(huì)造成螺旋槳?jiǎng)恿π实拖?。而涵道螺旋槳的槳尖受涵道限制，噪聲減小，誘導(dǎo)阻力減少，在相同發(fā)動(dòng)機(jī)功率下，涵道螺旋槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)產(chǎn)生的推力大于同等條件下的螺旋槳，且由于涵道本身的包裹性，可提高動(dòng)力裝置的安全性，更方便機(jī)務(wù)操作，因此涵道螺旋槳開(kāi)始被更多無(wú)人機(jī)廠商用于無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。
3、為了實(shí)現(xiàn)對(duì)涵道動(dòng)力系統(tǒng)的有效利用，首先需要測(cè)量其氣動(dòng)力、氣動(dòng)力矩系數(shù)，才能準(zhǔn)確建模輸出給控制律進(jìn)行全機(jī)控制。目前已有的涵道動(dòng)力測(cè)量方式，普遍存在測(cè)量能力無(wú)法實(shí)現(xiàn)六維力分量的準(zhǔn)確測(cè)量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的：為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，以解決針對(duì)涵道動(dòng)力系統(tǒng)的現(xiàn)有測(cè)量方案，普遍存在測(cè)量能力無(wú)法實(shí)現(xiàn)六維力分量準(zhǔn)確測(cè)量的問(wèn)題。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案：本專利技術(shù)實(shí)施例提供一種用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，所述六維力測(cè)試臺(tái)架包括：涵道動(dòng)力系統(tǒng)、6根支撐桿、位于每根支
3、步驟1，基于六維力測(cè)試臺(tái)架的結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算出用于解耦6個(gè)拉力傳感器測(cè)量值的標(biāo)定矩陣g；
4、步驟2，對(duì)基于結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算出的標(biāo)定矩陣g進(jìn)行標(biāo)定，包括：通過(guò)在多個(gè)加載點(diǎn)分別加載fz分量、mz分量，以及加載fx、mx分量和fy、my分量，獲取fz分量、mz分量，以及fx、mx分量和fy、my分量在多個(gè)加載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的多組拉力傳感器測(cè)量值；
5、步驟3，通過(guò)組合步驟2中的多種加載方式進(jìn)行六維力分量的加載，得到多組六維力分量和6個(gè)拉力傳感器的測(cè)量值，計(jì)算得到多組加載方式對(duì)應(yīng)標(biāo)定矩陣g，通過(guò)數(shù)據(jù)融合算法對(duì)標(biāo)定矩陣g進(jìn)行校準(zhǔn)，以得到標(biāo)定矩陣均值g0。
6、可選地，如上所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法中，所述六維力測(cè)試臺(tái)架中6個(gè)支撐桿采用全對(duì)稱布置，且六維力測(cè)試臺(tái)架的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：上平臺(tái)半徑r1，上平臺(tái)定位角θ1，下平臺(tái)半徑r2，下平臺(tái)定位角θ2，以及兩個(gè)平臺(tái)之間的高度h；所述步驟1包括：
7、步驟11，通過(guò)對(duì)六維力測(cè)試臺(tái)架中6個(gè)拉力傳感器的檢測(cè)，以及通過(guò)標(biāo)定矩陣g對(duì)六維力解耦合，從而得到六維力的輸出，即得到六維力測(cè)試臺(tái)架的六維力解耦方程為：
8、[fx,fy,fz,mx,my,mz]＝g*[f1,f2,f3,f4,f5,f6]；
9、其中，fx,fy,fz,為三軸力，mx,my,mz為三軸力矩，f1,f2,f3,f4,f5,f6為6個(gè)拉力傳感器的測(cè)量值；
10、步驟12，根據(jù)上平臺(tái)的平衡方程σfi×si＝f+m，計(jì)算出標(biāo)定矩陣g為：
11、
12、其中，其中，fi為第i個(gè)拉力傳感器受到的軸向力；si為第i個(gè)拉力傳感器的軸線投影到x、y、z坐標(biāo)系的單位矢量；f、m分別為涵道動(dòng)力系統(tǒng)作用在上平臺(tái)的力和力矩；其中，si＝si+soi。
13、可選地，如上所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法中，所述步驟2中對(duì)標(biāo)定矩陣g進(jìn)行標(biāo)定的方式包括：
14、通過(guò)加載fz分量執(zhí)行的標(biāo)定，通過(guò)加載mz分量執(zhí)行的標(biāo)定，通過(guò)加載fx、mx分量和fy、my分量執(zhí)行的標(biāo)定；
15、其中，通過(guò)各種標(biāo)定方式分別得到：通過(guò)在多個(gè)加載點(diǎn)加載的各種分量，獲得每種加載分量在每個(gè)加載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的6組拉力傳感器測(cè)量值。
16、可選地，如上所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法中，所述步驟2中加載fz分量的標(biāo)定為：
17、標(biāo)定加載方式1，通過(guò)加載fz分量進(jìn)行標(biāo)定，包括：
18、將外加重物w置于上平臺(tái)中心，以加載fz分量，加載方式為：在fz分量的全量程范圍內(nèi)選擇6個(gè)加載點(diǎn)，從最小值與滿量程點(diǎn)之間等分5份，外加重物w從最小值增加到滿量程點(diǎn)，記錄6個(gè)加載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軸向壓力輸出，分別得到fz分量上6個(gè)加載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的6組拉力傳感器測(cè)量值。
19、可選地，如上所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法中，所述步驟2中加載mz分量的標(biāo)定為：
20、標(biāo)定加載方式2，通過(guò)加載mz分量進(jìn)行標(biāo)定，包括：
21、將刻度尺所在平臺(tái)面的側(cè)端連接定滑輪，通過(guò)定滑輪連接外加重物w，通過(guò)上述標(biāo)定加載方式1確定選擇6個(gè)加載點(diǎn)，采用外加重物w在平臺(tái)面內(nèi)進(jìn)行周向加載，分別得到mz分量上6個(gè)加載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的6組拉力傳感器測(cè)量值。
22、可選地，如上所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法中，所述步驟2中加載fx、mx分量和fy、my分量的標(biāo)定為：
23、標(biāo)定加載方式3：通過(guò)加載fx、mx分量和fy、my分量的加載，包括：
24、將刻度尺通過(guò)上平臺(tái)中心的螺栓固定在六維力測(cè)試臺(tái)架的上平臺(tái)端面上，并在刻度尺上吊掛外加重物w，通過(guò)旋轉(zhuǎn)刻度尺角度，以90度為旋轉(zhuǎn)間隔進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在不同旋轉(zhuǎn)角度下分別得到fx、mx分量或fy、my分量上6個(gè)加載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的6組拉力傳感器測(cè)量值。
25、可選地，如上所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法中，所述標(biāo)定加載方式3中，fx、mx分量和fy、my分量的加載方式，具體包括：
26、沿x方向固定刻度尺，將外加重物w懸掛在刻度尺上，采用上述標(biāo)定加載方式1確定選擇6個(gè)加載點(diǎn)進(jìn)行加載，得到fx、mx分量上6個(gè)加載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的6組拉力傳感器測(cè)量值；其次，在六維力臺(tái)架俯視視角下，將刻度尺逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，采用同樣加載方式得到fy、my分量上6個(gè)加載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的6組拉力傳感器測(cè)量值。
27、可選地，如上所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法中，所述標(biāo)定加載方式3中，fx、mx分量和fy、my分量的加載方式，還包括：
28、將刻度尺繼續(xù)旋轉(zhuǎn)兩次90度，以通過(guò)將刻度尺以90度為旋轉(zhuǎn)間隔旋轉(zhuǎn)一周，分別得到兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下，fx、mx分量上6個(gè)加載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的6組拉力傳感器測(cè)量值，以及另外兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下，fy、my分量上6個(gè)加載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的6組拉力傳感器測(cè)量值。
29、可選地，如上所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法中，所述步驟3包括：
30、步驟31，選取多組六維力加載分量，以每組六維力加載分量進(jìn)行加載得到各組六維力加載分量對(duì)應(yīng)的6組測(cè)量值，計(jì)算出每組六維力加載分量對(duì)應(yīng)的g值；
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，所述六維力測(cè)試臺(tái)架包括：涵道動(dòng)力系統(tǒng)、6根支撐桿、位于每根支撐腿中部的拉壓力傳感器、分別位于每根支撐腿頂端和底端的球軸承，連接于球軸承與支撐腿之間的阻尼減震器，以及安裝底座和安裝頂板；所述六維力臺(tái)架計(jì)算方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，所述六維力測(cè)試臺(tái)架中6個(gè)支撐桿采用全對(duì)稱布置，且六維力測(cè)試臺(tái)架的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：上平臺(tái)半徑R1，上平臺(tái)定位角θ1，下平臺(tái)半徑R2，下平臺(tái)定位角θ2，以及兩個(gè)平臺(tái)之間的高度h；所述步驟1包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟2中對(duì)標(biāo)定矩陣G進(jìn)行標(biāo)定的方式包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟2中加載Fz分量的標(biāo)定為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟2中加載Mz分量的標(biāo)定為：
6.根據(jù)
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，所述標(biāo)定加載方式3中，F(xiàn)x、Mx分量和Fy、My分量的加載方式，具體包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，所述標(biāo)定加載方式3中，F(xiàn)x、Mx分量和Fy、My分量的加載方式，還包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟3包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，還包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，所述六維力測(cè)試臺(tái)架包括：涵道動(dòng)力系統(tǒng)、6根支撐桿、位于每根支撐腿中部的拉壓力傳感器、分別位于每根支撐腿頂端和底端的球軸承，連接于球軸承與支撐腿之間的阻尼減震器，以及安裝底座和安裝頂板；所述六維力臺(tái)架計(jì)算方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，所述六維力測(cè)試臺(tái)架中6個(gè)支撐桿采用全對(duì)稱布置，且六維力測(cè)試臺(tái)架的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：上平臺(tái)半徑r1，上平臺(tái)定位角θ1，下平臺(tái)半徑r2，下平臺(tái)定位角θ2，以及兩個(gè)平臺(tái)之間的高度h；所述步驟1包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟2中對(duì)標(biāo)定矩陣g進(jìn)行標(biāo)定的方式包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)涵道動(dòng)力性能的六維力臺(tái)架計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟2中加載fz分量的標(biāo)定為：
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李喆洋，叱干小玄，周伯霄，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛行自動(dòng)控制研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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