专利名称：测试小型无人直升机飞行性能的试验平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及测试小型无人直升机飞行性能的试验平台。
背景技术：
小型无人直升机(以下简称无人直升机)是指由无线电地面遥控飞行或自主控制飞行的可垂直起降(VTOL)不载人飞行器，在构造形式上属于旋翼飞行器，在功能上属于垂直起降飞行器。近十几年来，随着复合材料、动力系统、传感器、尤其是飞行控制等技术的研究进展，无人直升机得到了迅速的发展，正日益成为人们关注的焦点。无人直升机具有独特的飞行性能及使用价值。与有人直升机相比，无人直升机由于无人员伤亡、体积小、造价低、战场生存力强等特点，在许多方面具有无法比拟的优越性。与固定翼无人机相比，无人直升机可垂直起降、空中悬停，起飞着陆场地小，不必配备象固定翼无人机那样复杂、大体积的发射回收系统；且它可以朝任意方向飞行，能以横飞、倒飞等飞行方式穿梭于建筑物之间，完成航拍，抢险救灾，地形测量等诸如此类的任务。无人直升机还在大气监测、交通监控、资源勘探、电力线路检测、森林防火等方面具有广泛的应用前景。在军用方面，无人直升机既能执行各种非杀伤性任务，又能执行各种软硬杀伤性任务，包括侦察、监视、目标截获、诱饵、攻击、通信中继等。
但是，目前无人直升机的功能还十分有限，飞行主要由操作手在地面遥控完成，大多还不具备自主飞行能力。未来的无人直升机最有前景的应用就是超视距自主飞行，其机载飞行控制系统对于自主飞行就显得尤为重要。目前，无人直升机的自主飞行研究在国际上也是非常前沿的课题。国内的设计方法，多数是通过大量的飞行试验来调整飞行控制参数，最终找到合适的控制律。但是飞行试验一旦失败，无人直升机有坠机的危险，很容易遭到毁灭性的损坏，将造成试验成本大幅度增加和研制周期的加长。因此，研制飞行控制试验平台成为无人直升机飞行控制系统设计的一个重要步骤。
此外，当前国内的航模运动发展如火如荼，有大量航模爱好者选用模型直升机。而模型直升机的操纵对于初学者是非常困难的，由于操纵失误，经常会发生坠机事故，不仅造成经济损失，甚至威胁人身安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种在一定范围内可以按实际飞行姿态自由飞行，在出现故障时，能保证无人直升机安全着陆，结构简单易于实现、成本低的测试小型无人直升机飞行性能的试验平台。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是测试小型无人直升机飞行性能的试验平台主要包括机架，万向转动机构和配重机构，机架包括由上基座，下基座和立杆构成的柱形支架以及平台，上基座具有轴向通孔，平台具有中心孔，平台的下表面固定有与中心孔同轴线的定位圆筒，定位圆筒置于上基座的轴向通孔中，并与上基座固定，万向转动机构包括由上轴承座和下轴承座构成的轴承座腔体，固定在轴承座腔体中的滚动球轴承和支撑杆，轴承座腔体的下端呈喇叭开口状，支撑杆穿越平台的中心孔及定位圆筒，与定位圆筒形成滑动副，支撑杆上端与滚动球轴承的内圈紧固，下端与水平横杆相连，在上轴承座的上表面固定有平板，配重机构包括两组对称固定在平台下表面中心孔两侧的定滑轮组，两根柔性钢丝绳和重物，每组定滑轮至少包含两个定滑轮，两根钢丝绳分别绕过两组定滑轮，每根钢丝绳的一端悬挂重物，另一端与水平横杆相连成垂线。
本发明的工作原理当进行试验时，把无人直升机固定在试验平台的平板上，无人直升机连带万向转动机构及支撑杆起飞后，能以支撑杆顶端为球心，做一个受限的球面运动，实现倾斜、偏航、滚转等各种姿态，在一定范围内满足直升机自由飞行。在飞行过程中，直升机的飞行高度由支撑杆的长度和支架的高度决定。支撑杆随直升机上升，支撑杆下端的水平横杆既限制直升机的上升高度，又可保证直升机不会飞离试验平台。当支撑杆上升时，栓在水平横杆的钢丝绳也会随之上升，钢丝绳另一端悬挂的重物则会下降，从而平衡直升机飞行时的多余负载。当飞行控制失效或试验失败时，由于轴承座腔体下部喇叭状开口的限位作用，可以保证直升机不会出现翻滚，使直升机可以安全着陆。
本发明的有益效果该发明具有结构简单易于实现、成本低、易于移动等优点，适用于小型无人直升机的各种飞行试验，它提供给无人直升机飞行所需要的倾斜、偏航、滚转等姿态，保证无人直升机在一定范围内可以自由飞行。利用本发明，可以在实验室条件下复现无人直升机的实际飞行情况，很方便的进行姿态控制、飞行控制、导航等科学研究，保证了无人直升机飞行试验的安全性。另外本发明还为广大的航模爱好者提供了一个熟悉模型直升机飞行性能的平台。尤其是初学者，可以先在试验平台上熟悉和操纵模型直升机，待熟练后再进行实际飞行，对于减小模型直升机损伤和提高操纵技术有很大的帮助。
图1是本发明的测试小型无人直升机飞行性能的试验平台结构示意图；图2是万向转动机构放大图；图3是上基座放大图；图4是图3的俯视图。
具体实施例方式
参照图1，测试小型无人直升机飞行性能的试验平台主要包括机架，万向转动机构和配重机构，机架包括由上基座13，下基座20和立杆17构成的柱形支架以及平台7，上基座具有轴向通孔9，平台具有中心孔8，平台的下表面固定有与中心孔8同轴线的定位圆筒15，定位圆筒15置于上基座的轴向通孔9中，并与上基座13固定。图示具体实例中，柱形支架是三角支架，上基座13如图3和图4所示，它是轴向具有通孔的圆柱体，圆柱体中部设有固定支架立杆17的正三棱柱18，圆柱体的径向设有螺纹孔14，定位圆筒15通过拧接在螺纹孔的紧定螺钉与上基座13固定，或者也可以与上基座13焊接。三角支架通过螺栓与下基座20固定，也可以与下基座20焊接。下基座20的四边设有把手19，方便搬运和移动。
万向转动机构，其放大图如图2所示，包括由上轴承座2和下轴承座3构成的轴承座腔体，固定在轴承座腔体中的滚动球轴承5和支撑杆6，轴承座腔体的下端呈喇叭开口状，以便使无人直升机具有更大的转动角度。在上轴承座2的上表面固定有平板1，支撑杆6穿越平台7的中心孔8及定位圆筒15，与定位圆筒15形成滑动副，支撑杆6上端与滚动球轴承5的内圈紧固，下端与水平横杆16相连。支撑杆6可以是实心杆，也可以是空心杆，为便于安装固定并减轻直升机的负载，支撑杆6一般由空心管和连接在空心管上端的圆柱体4组成。平板、上、下轴承座、圆柱体可以铝制，空心管可以采用不锈钢管。滚动球轴承的大小根据无人直升机的大小选择。
配重机构包括两组对称固定在平台下表面中心孔两侧的定滑轮组10，两根柔性钢丝绳12和重物11，每组定滑轮至少包含两个定滑轮，图例中，每组定滑轮含有两个定滑轮，每根钢丝绳分别绕过两个定滑轮，它的一端悬挂重物11，另一端与水平横杆16相连成垂线，避免了钢丝绳在上升过程中由于倾斜导致角度变化而引起平衡力的变化。重物的重量与随无人直升机起飞的多余负载相等。利用配重机构，可以抵消试验平台带给无人直升机的多余负载，保证了飞行试验的真实性。
权利要求
1.测试小型无人直升机飞行性能的试验平台，其特征是主要包括机架，万向转动机构和配重机构，机架包括由上基座(13)，下基座(20)和立杆(17)构成的柱形支架以及平台(7)，上基座具有轴向通孔(9)，平台具有中心孔(8)，平台的下表面固定有与中心孔(8)同轴线的定位圆筒(15)，定位圆筒(15)置于上基座的轴向通孔(9)中，并与上基座(13)固定，万向转动机构包括由上轴承座(2)和下轴承座(3)构成的轴承座腔体，固定在轴承座腔体中的滚动球轴承(5)和支撑杆(6)，轴承座腔体的下端呈喇叭开口状，支撑杆(6)穿越平台的中心孔(8)及定位圆筒(15)，与定位圆筒(15)形成滑动副，支撑杆(6)上端与滚动球轴承(5)的内圈紧固，下端与水平横杆(16)相连，在上轴承座(2)的上表面固定有平板(1)，配重机构包括两组对称固定在平台下表面中心孔两侧的定滑轮组(10)，两根柔性钢丝绳(12)和重物(11)，每组定滑轮至少包含两个定滑轮，两根钢丝绳分别绕过两组定滑轮，每根钢丝绳的一端悬挂重物(11)，另一端与水平横杆(16)相连成垂线。
2.根据权利要求1所述的测试小型无人直升机飞行性能的试验平台，其特征是支撑杆(6)是由空心管和连接在空心管上端的圆柱体(4)组成。
3.根据权利要求1所述的测试小型无人直升机飞行性能的试验平台，其特征是所说的柱形支架是三角支架，上基座(13)是轴向具有通孔的圆柱体，圆柱体中部设有固定支架立杆(17)的正三棱柱(18)，圆柱体的径向有用于固定定位圆筒(15)的螺纹孔(14)。
全文摘要
本发明公开的测试小型无人直升机飞行性能的试验平台主要包括机架，万向转动机构和配重机构，无人直升机固定在试验平台的平板上，无人直升机连带万向转动机构及支撑杆起飞，能以支撑杆顶端为球心，做一个受限的球面运动，实现倾斜、偏航、滚转等各种姿态，在一定范围内满足直升机自由飞行。配重机构抵消了试验平台带给无人直升机的多余负载。当飞行控制失效或试验失败时，可以保证直升机不会出现翻滚或飞离试验平台，使直升机可以安全着陆。该发明具有结构简单易于实现、成本低、易于移动等优点，能够很方便的进行姿态控制、飞行控制、导航等科学研究，保证了飞行试验的安全性。另外本发明还为广大的航模爱好者提供一个熟悉模型直升机飞行性能的平台。
文档编号G01M99/00GK1731124SQ20051005055
公开日2006年2月8日 申请日期2005年7月4日 优先权日2005年7月4日
发明者吴建德, 李平, 韩波, 方舟, 周涛 申请人:浙江大学