一种无人机用螺旋桨动态拉力监测装置的制作方法

本发明涉及发动机拉力测试技术领域，具体为一种无人机用螺旋桨动态拉力监测装置

背景技术：

目前，在小型无人机领域，普遍还是采用电机驱动螺旋桨作为主要的动力形式。因此获得准确的螺旋桨拉力，对无人机系统设计极为重要。

目前，获取螺旋桨拉力的主要方式是在地面搭建试验台架，通过地面试验方式获得螺旋桨在不同转速下的拉力数据，但由于在地面试验中，无法模拟真实飞行条件空速、空气密度等影响因素，导致地面试验条件下获得的拉力数据不能反映真实飞行过程中的螺旋桨状态。当然，可以在风洞中进行地面试验，模拟真实飞行条件下空速、空气密度的影响，但对于小型无人机，这种方式显然从成本和可行性方面考虑是不可实现的。

此外，目前也有在空中实际飞行条件下获取螺旋桨拉力的方法，但目前的方法都是通过测扭矩的方式换算成拉力数据。由于螺旋桨本身在不同工况下存在效率变化的特征，所以这种间接测量的方法也存在换算结果不准确的问题。

申请人在实际研究过程中发现，在空中实际飞行过程中，为了不影响载机本身的气动性能，测试装置自身的体积不宜过大，所以采用小型的拉力传感器进行测量是比较好的选择，但由于拉力传感器自身不能承受扭矩，所以目前尚无公开的技术方案将小型拉力传感器直接应用到飞行过程中的螺旋桨拉力测量中。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种无人机用螺旋桨动态拉力监测装置，能够直接安装在无人机上，具有远程动态采集螺旋桨拉力的功能，具有较高的可靠性与便捷性。

本发明的技术方案为：

所述一种无人机用螺旋桨动态拉力监测装置，其特征在于：包括设备盖板、设备底板、拉力传感器和直线运动机构；

所述设备底板固定在无人机原先安装螺旋桨发动机的位置；无人机螺旋桨发动机固定在设备盖板上；拉力传感器安装在设备盖板与设备底板之间，且拉力传感器两端分别与设备底板以及设备盖板固定，且拉力传感器的测量轴线与无人机螺旋桨发动机主轴中心轴线共线；

所述直线运动机构由至少三组直线滑轨及直线轴承组成；直线轴承固定安装在设备盖板上，直线滑轨固定安装在设备底板上，直线轴承能够沿直线滑轨移动，且直线滑轨与拉力传感器的测量轴线平行。

进一步的优选方案，所述一种无人机用螺旋桨动态拉力监测装置，其特征在于：所述直线运动机构中，至少三组直线滑轨及直线轴承在以拉力传感器测量轴线为中心的同一圆周上均匀分布。

进一步的优选方案，所述一种无人机用螺旋桨动态拉力监测装置，其特征在于：拉力传感器两端通过螺母分别与设备底板以及设备盖板固定；无人机螺旋桨发动机的安装板与设备盖板之间通过垫片配合，采用螺栓穿过设备盖板、垫片以及无人机螺旋桨发动机安装板，将无人机螺旋桨发动机固定在设备盖板上。

进一步的优选方案，所述一种无人机用螺旋桨动态拉力监测装置，其特征在于：设备底板与无人机原先安装螺旋桨发动机位置之间通过减振垫配合，采用螺栓穿过设备底板、减振垫将设备底板固定在无人机原先安装螺旋桨发动机的位置处。

有益效果

本发明提出的螺旋桨动态拉力监测装置能够直接安装在无人机上，实现在真实飞行条件下的螺旋桨动态拉力实时监测；而且该装置结构紧凑，实施例中的装置厚度仅为24mm，该装置的加装对无人机的气动性能的影响可以忽略，保证了无人机的飞行性能不受实验装置的影响；本发明中采用多组滑动轴承与圆柱形滑轨构成直线运动机构，该方式不仅结构紧凑，安全可靠，而且滑动摩擦力微小，对测量结果影响微小；此外，通过直线运动机构承受螺旋桨转动过程中产生的反扭矩，避免了反扭矩对拉力传感器的影响，只有螺旋桨的轴向拉力传递给拉力传感器。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明应用在无人机上的分解结构示意图；

图2为本发明应用在无人机上的整体结构示意图。

其中：1、螺旋桨；2、无刷电机；3、无人机螺旋桨发动机安装板；4、垫块；5、设备盖板；6、直线轴承固定螺栓；7、传感器第一固定螺母；8、硬币式拉力传感器；9、直线滑动轴承；10、直线轴承固定螺母；11、直线滑轨；12、设备底板；13、直线滑轨第一固定螺母；14、传感器第二固定螺母；15、直线滑轨第二固定螺母；16、无人机机体。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外、术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明主要针对的是螺旋桨驱动的小型无人机的拉力测量问题。

目前，获取螺旋桨拉力的主要方式是在地面搭建试验台架，通过地面试验方式获得螺旋桨在不同转速下的拉力数据，但由于在地面试验中，无法模拟真实飞行条件空速、空气密度等影响因素，导致地面试验条件下获得的拉力数据不能反映真实飞行过程中的螺旋桨状态。当然，可以在风洞中进行地面试验，模拟真实飞行条件下空速、空气密度的影响，但对于小型无人机，这种方式显然从成本和可行性方面考虑是不可实现的。

此外，目前也有在空中实际飞行条件下获取螺旋桨拉力的方法，但目前的方法都是通过测扭矩的方式换算成拉力数据。由于螺旋桨本身在不同工况下存在效率变化的特征，所以这种间接测量的方法也存在换算结果不准确的问题。

申请人在实际研究过程中发现，在空中实际飞行过程中，为了不影响载机本身的气动性能，测试装置自身的体积不宜过大，所以采用小型的拉力传感器进行测量是比较好的选择，但由于拉力传感器自身不能承受扭矩，所以目前尚无公开的技术方案将小型拉力传感器直接应用到飞行过程中的螺旋桨拉力测量中。

为解决上述问题，本发明提出了一种无人机用螺旋桨动态拉力监测装置，能够直接安装在无人机上，具有远程动态采集螺旋桨拉力的功能，具有较高的可靠性与便捷性。

如图1和图2所示，该无人机用螺旋桨动态拉力监测装置，包括设备盖板5、设备底板12、硬币式拉力传感器8和直线运动机构。

所述设备底板12固定在无人机原先安装螺旋桨发动机的位置，如图1所示，设备底板12与无人机原先安装螺旋桨发动机位置之间通过减振垫配合，采用螺栓穿过设备底板12、减振垫将设备底板固定在无人机原先安装螺旋桨发动机的位置处。

无人机螺旋桨发动机固定在设备盖板5上,如图1所示，无人机螺旋桨发动机包括螺旋桨1、无刷电机2和无人机螺旋桨发动机安装板3；无人机螺旋桨发动机安装板3上设置有无刷电机2，无刷电机2与螺旋桨1相连。无人机螺旋桨发动机安装板3与设备盖板5之间通过垫片4配合，采用螺栓穿过设备盖板5、垫片4以及无人机螺旋桨发动机安装板3，将无人机螺旋桨发动机固定在设备盖板5上。通过垫片4和设备盖板5的设计，如在设备盖板5上开有多种标准安装孔，能够配合不同尺寸构型和尺寸的无人机螺旋桨发动机安装板3，从而能够适应多种不同构型和尺寸的无人机螺旋桨发动机安装板3。

硬币式拉力传感器8安装在设备盖板5与设备底板12之间，且硬币式拉力传感器8两端通过螺母分别与设备底板12以及设备盖板5固定，且硬币式拉力传感器8的测量轴线与无人机螺旋桨发动机主轴中心轴线共线，以保证能够准确测量螺旋桨拉力。

所述直线运动机构由四组直线滑轨11及直线轴承9组成；四组直线滑轨11及直线轴承9在以硬币式拉力传感器8测量轴线为中心的同一圆周上均匀分布，直线轴承9固定安装在设备盖板5上，直线滑轨11固定安装在设备底板12上，直线轴承9能够沿直线滑轨11移动，且直线滑轨11与硬币式拉力传感器8的测量轴线平行。通过直线运动机构承受螺旋桨转动过程中产生的反扭矩，避免了反扭矩对拉力传感器的影响，只有螺旋桨的轴向拉力传递给拉力传感器。

本发明通过内部的硬币式拉力传感器测量拉力信号，并通过测量信号转换为电压信号输出到飞控系统，飞控系统通过数传系统将信号传递回地面站，并进行转化计算，得到拉力实时数据，并可以进行记录。

本发明提出的螺旋桨动态拉力监测装置能够直接安装在无人机上，实现在真实飞行条件下的螺旋桨动态拉力实时监测；而且该装置结构紧凑，实施例中的装置厚度仅为24mm，该装置的加装对无人机的气动性能的影响可以忽略，保证了无人机的飞行性能不受实验装置的影响；本发明中采用多组滑动轴承与圆柱形滑轨构成直线运动机构，该方式不仅结构紧凑，安全可靠，而且滑动摩擦力微小，对测量结果影响微小；此外，通过直线运动机构承受螺旋桨转动过程中产生的反扭矩，避免了反扭矩对拉力传感器的影响，只有螺旋桨的轴向拉力传递给拉力传感器。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。