一种无人机车载气动力测试系统的制作方法

本发明设计飞行器气动力测试技术，特别涉及一种无人机车载气动力测试系统。

背景技术：

大尺度高空长航时太阳能无人机一般具有展弦比大、翼载荷小、飞行速度低等特点；气动力特性试验测试是这类飞机设计过程中的主要工作之一。气动力试验测试主要包括升力特性、阻力特性、力矩特性及舵面操纵效率等测试内容，具有试验测试数据量大、试验周期长等特点。

目前，测试无人机气动特性的主要手段有风洞试验和缩比模型自由飞等。风洞试验具有风速状态可调，流场稳定等特点，但是其建造周期一般较长、建造费用较高、运行费用较大，并且风洞地点固定、能耗大、噪声大；受其尺度限制，一般需要采用无人机的缩比模型开展试验，降低了试验测试的保真度，从而限制了风洞试验方法的推广应用。缩比模型自由飞试验也存在费时和昂贵的问题，并且试验风险较高。

在高空长航时低速无人机的设计中，需要考虑高度对全机气动特性的影响，即低雷诺数效应问题。传统的可变大气密度风洞技术要求高、设计难度大、试验环境保证困难；高空投放试验又有风险大、花费高、周期长、实验环境控制难度大等特点。需要设计一种可移动气动力试验测试系统，在高原等高海拔地区开展高空、低速气动力测试试验。

无人机车载试验过程中，为了较好的减小载车系统的气动干扰所造成的试验误差，一般要求支撑系统具有较高的高度。在传统的固定支架上调整全机迎角，将带来较大的不便，降低试验测试效率。迫切的需要设计一种适用于无人机车载气动力测试系统的高精度、可控、可调支架系统，以解决上述问题。

传统固定支撑系统的高度较高，占用几何空间较大，给试验系统的装卸、存储、运输等带来较大不便，也不利于被测试飞机的快速安装、调试等。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种无人机车载气动力测试系统，以解决现有无人机车载气动力测试装置存在的至少一个问题。

本发明的技术方案是：

一种无人机车载气动力测试系统，包括：

载车装置，用于承载预测试无人机，并带动所述预测试无人机沿预定方向作匀速直线运动；

支撑装置，用于将所述预测试无人机固定设置在所述载车装置上，且所述支撑装置具有折叠状态和展开状态，在所述展开状态时用于调节所述预测试无人机的姿态，还用于测试所述预测试无人机的升力和阻力；

数据采集装置，用于采集所述预测试无人机作匀速直线运动时的相对来流速度、所述预测试无人机的升力和阻力。

可选的，所述支撑装置包括：

安装底板，固定设置在所述载车装置顶部；

迎角机构作动筒，底端铰接设置在所述安装底板的顶部，其旋转轴线平行于所述安装底板上表面且与所述预定方向垂直；

后支撑杆，位于所述迎角机构作动筒的背向所述预定方向的一侧，所述后支撑杆的底端铰接设置在所述安装底板的顶部，其旋转轴线平行于所述安装底板上表面且与所述预定方向垂直；

天平安装台，分别与所述迎角机构作动筒的顶端以及所述后支撑杆的顶端铰接，且旋转轴线与所述迎角机构作动筒的旋转轴线平行；

天平，用于测试所述预测试无人机的升力和阻力，其底端固定设置在所述天平安装台的顶部，所述天平的顶端与所述预测试无人机固定。

可选的，所述支撑装置包括：

折叠机构作动筒，位于所述后支撑杆的背向所述预定方向的一侧，所述折叠机构作动筒的底端铰接设置在所述安装底板的顶部，其旋转轴线平行于所述安装底板上表面且与所述预定方向垂直，顶端铰接在所述后支撑杆处，用于驱动所述后支撑杆绕其底端铰接轴线转动。

可选的，所述迎角机构作动筒的数量为两个，沿垂直于所述预定方向并列设置；

所述后支撑杆的数量为两个，沿垂直于所述预定方向并列设置，两个所述后支撑杆的杆体中部通过连接杆固定；

所述折叠机构作动筒数量为一个，其顶端铰接在所述连接杆上。

可选的，所述支撑装置包括：

减震机构，固定在所述载车装置的顶部，所述减震机构的顶部固定设置所述安装底板。

可选的，所述数据采集装置包括：

风速传感器，固定设置在所述载车装置上，且位于所述载车装置的面向所述预定方向的一侧；

数据采集器，设置在所述安装底板的顶部，用于接收所述风速传感器和所述天平传递的测试信号。

发明效果：

本发明的无人机车载气动力测试系统，操作人员可以便利的安装被测试无人机，较精确地连续控制被测试无人机的迎角，提高试验测试效率；而且，该装置开可以通过折叠来缩小所占空间，便于存储、运输；试验系统具有较好的灵活性，还可用于不同海拔高度状态下的无人机低速气动力特性测试，具有较低的试验测试成本。

附图说明

图1是本发明无人机车载气动力测试系统的结构示意图；

图2是本发明无人机车载气动力测试系统中支撑装置部分的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，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。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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保护范围的限制。

下面结合附图1和图2对本发明无人机车载气动力测试系统做进一步详细说明。

一种无人机车载气动力测试系统，可以包括载车装置1、支撑装置3以及数据采集装置。

载车装置1用于承载预测试无人机2，并带动预测试无人机2沿预定方向(参照图1中左右方向)作匀速直线运动，可控制实验测试来流速度、试验测试地点等。其中，载车装置1可以根据需要选择为已知的多种适合的载车，且载车装置1具有较好的灵活性，便于移动至目标试验场地。

支撑装置3用于将预测试无人机2固定设置在载车装置1上，且支撑装置3具有折叠状态和展开状态，在展开状态时用于调节预测试无人机2的姿态(迎角)，还用于测试预测试无人机2的升力和阻力。

数据采集装置用于采集预测试无人机2作匀速直线运动时的相对来流速度、预测试无人机2的升力和阻力。

本发明的无人机车载气动力测试系统，操作人员可以便利的安装被测试无人机，较精确地连续控制被测试无人机的迎角，提高试验测试效率；而且，该装置开可以通过折叠来缩小所占空间，便于存储、运输；试验系统具有较好的灵活性，还可用于不同海拔高度状态下的无人机低速气动力特性测试，具有较低的试验测试成本。

本发明的无人机车载气动力测试系统中，支撑装置3可以根据需要设置成多种适合的结构。本实施例中，如图2所述，优选支撑装置3可以包括安装底板31、迎角机构作动筒32、后支撑杆33、天平安装台34、天平35、折叠机构作动筒36以及减震机构38等部件。

具体地，安装底板31固定设置在载车装置1顶部；其中，安装底板31可以通过多种适合的方式直接或间接地固定设置在载车装置1顶部。本实施例中，安装底板31是通过减震机构38固定在载车装置1的顶部，以保证试验测试环境的稳定性。

迎角机构作动筒32底端铰接设置在安装底板31的顶部，其旋转轴线平行于安装底板31上表面且与预定方向垂直，从而使得迎角机构作动筒32能够实现迎角调节。迎角机构作动筒32的数量可以根据需要设置成任意数量，本实施例中，优选迎角机构作动筒32的数量为两个，沿垂直于预定方向并列设置。

后支撑杆33位于迎角机构作动筒32的背向预定方向的一侧，后支撑杆33的底端铰接设置在安装底板31的顶部，其旋转轴线平行于安装底板31上表面且与预定方向垂直。其中，后支撑杆33数量和结构可以根据需要进行适合的设置，本实施例中，优选后支撑杆33的数量为两个，沿垂直于预定方向并列设置，且两个后支撑杆33的杆体中部通过连接杆37固定。

天平安装台34呈板状，其底板处分别与迎角机构作动筒32的顶端以及后支撑杆33的顶端铰接，且天平安装台34的旋转轴线与迎角机构作动筒32的旋转轴线平行；其中，天平安装台34的旋转轴线的具体数量是根据与迎角机构作动筒32以及后支撑杆33铰接点数量而定，本实施例中是4根。

天平35用于测试预测试无人机2的升力和阻力，且在安装时，预测试无人机2的侧滑角可以根据需要进行适合的设定；天平35底端固定设置在天平安装台34的顶部，天平35的顶端与预测试无人机2固定连接，并且是连接至预测试无人机2的重心处。其中，天平35可以采用已知的多种适合的天平，本实施例中，优选为六分量天平。

折叠机构作动筒36位于后支撑杆33的背向预定方向的一侧，折叠机构作动筒36的底端铰接设置在安装底板31的顶部，其旋转轴线平行于安装底板31上表面且与预定方向垂直，顶端铰接在后支撑杆(33)处，用于驱动后支撑杆33绕后支撑杆33的底端铰接轴线转动。同样，折叠机构作动筒36的数量和具体连接结构可以根据需要选择为多种，本实施例中，优选折叠机构作动筒36数量为一个，其顶端铰接在后支撑杆33的连接杆37上。

由于上述安装底板31、迎角机构作动筒32、后支撑杆33以及天平安装台34构成一平行四边形机构，因此，可以通过折叠机构作动筒36伸缩来控制该平行四边形的收放(折叠)，从而使支撑装置3具有可折叠性。具体地，当折叠机构作动筒36的作动杆的伸缩量最小时，可通过控制上述平行四边形机构使得天平安装台34到达最低的高度，从而便于预测试无人机2的安装和调试，此时支撑系统处于最佳折叠状态，便于实验测试系统的存储和运输。当被测试模型安装调试完毕后，逐渐增加折叠机构作动筒36的供油量，使其作动杆的伸缩量逐渐增加，控制上述平行四边形机构使得天平安装台升高至较好的高度，从而尽可能的降低载车装置1所造成的气动干扰。

还需要说明的是，迎角机构作动筒32以及折叠机构作动筒36都具有相应的液压系统，且两者可以通过同一套液压系统驱动，此处不再对液压系统进行赘述。

本发明的无人机车载气动力测试系统中，数据采集装置可以包括多种适合的结构；本实施例中，数据采集装置可以包括风速传感器41以及数据采集器42。

风速传感器41固定设置在载车装置1上，且位于载车装置1的面向预定方向的一侧，即相当于载车装置1的头部，从而能够更好地校准载车装置1运行速度。因为在试验测试时，要求载车装置1具有较为平稳的运行速度。

数据采集器42设置在安装底板31的顶部，且同样是位于载车装置1的面向预定方向的一侧；数据采集器42用于接收风速传感器41和天平35传递的测试信号，并对测试信号进行处理。

本发明的无人机车载气动力测试系统测试过程如下：

1)、确定试验测试海拔高度，通过载车装置1将该无人机车载气动力测试系统移动至目标海拔高度下的试验场地；

2)、在支撑装置3折叠状态下，安装、调试预测试无人机2；

3)、对折叠机构作动筒36进油，使其作动杆外伸，支撑起支架(上述平行四边形机构)，使支架的迎角机构作动筒32、后支撑杆33处于垂直状态；

4)、对迎角机构作动筒32进行排油，改变预测试无人机2迎角至最低所需测试迎角；

5)、打开数据采集系统的数据采集器42，校准六分量天平35；

6)、启动载车装置1达到目标测试速度，通过风速传感器41校准来流速度，使得试验测试来流环境达到稳定状态；

7)、每间隔5s，对迎角机构作动筒32进行给油，增加测试迎角，直到最大所需测试迎角，记录六分量天平35测试得到的气动力数据；

8)、调整载车装置1运行速度，重复步骤7，测试不同速度下的预测试无人机2气动特性；

9)、所有试验完成后，对载车装置1进行熄火；对折叠机构作动筒36进行排油，降低支撑装置2的支撑高度，拆卸预测试无人机2；

10)、试验数据处理与分析。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。