多直升机空气动力学:六轴飞行器上的特征推力

该协议具有六轴飞行器推力和空气动力学特性。对于此实验，我们使用了六轴飞行器的商用现成组件，详情见表 2。对于飞行控制器，我们选择了一个开源自动驾驶仪 Librepilot，9，因为它提供了灵活性来控制向六轴飞行器发出的单个电机命令。

安装称重传感器和六轴飞行器的试验台是使用层压胶合板在内部制造的，如图2所示。设计测试台时，请注意，必须允许精确调整多直升机的攻击角度，并有足够的刚性，以承受操作电机时产生的弯曲力和振动。

6轴称重传感器安装在测试台上，并连接到数据采集板，如图3所示。载荷单元在六轴飞行器的车身框架中感应空气动力学和推力力。应变片数据通过信号调节器。然后，数据采集 （DAQ） 板使用称重传感器制造商提供的校准程序获取模拟力和扭矩分量。然后，DAQ 板将这些值存储在高速缓冲区中，然后存储在永久磁盘中。

对于此协议，首先，确定单个电机产生的力。然后确定作用于裸机架的力，然后确定整个六轴飞行器产生的力作为电机 RPM 命令的函数。为每个测试向所有电机发出相同的 RPM 命令。

1. 测功机实验

测功机可直接测量参数，包括推力、扭矩、转速、电池电压和电流。然后，可以从方程 （3）、（4） 和 （5） 派生出电功率、机械功率和电机效率等参数。

1. 使用 USB 接口将测功机连接到 DAQ 计算机。
2. 运行测功机提供的图形用户界面 （GUI）。
3. 按照提供的屏幕说明校准测功机。在提示时使用重量和已知操纵臂。
4. 将电机安装在测功机测试台上。
5. 以拉拔器（牵引器）配置连接螺旋桨，如图4所示。
6. 将电池连接到测功机。
7. 使用 C 卡箍将测功机牢固地固定到工作台。
8. 运行步进程序并记录测量参数，包括推力、扭矩、电机转速、电机电流和脉冲宽度调制 （PWM） "节流"命令。

2. 静态推力测试

1. 使用安装螺钉将六轴飞行器固定在称重传感器测试台上。
2. 打开数据采集系统 （DAQ），并运行称重传感器应变片偏置程序。
3. 使用微型 USB 电缆将六轴飞行器飞行控制器连接到计算机，并打开接地控制器站 （GCS） 软件。
4. 将电源连接到六轴器。
5. 选择"配置"选项卡 -> GCS 中的输出。链接所有电机，并检查输出的实时测试。
6. 将所需的油门命令设置为 1300 ms。确保可以使用相同的油门 （PWM） 命令操作所有电机。
7. 让系统稳定几秒钟，然后运行 DAQ 程序从称重传感器收集数据。
8. 数据收集完成后，停止电机。
9. 重复步骤 3。6 到 3.8 用于油门命令 1500 ms 和 1700 ms。
10. 将存储在 DAQ 系统中的数据传输到数据处理计算机和长期存储。

3. 动态推力测试

执行一系列风洞测试，以在各种风速和入射角度上描述和分析六轴飞行器的线性空气动力学力，主要是提升和拖动。在风洞实验中，六轴飞行器假定处于稳定的飞行条件下。因此，六轴飞行器速度矢量的大小与空速相同，在世界帧中假定为水平。提升力和拖动力主要是由于六轴器周围的气流。请注意，假定提升力和拖动力是六轴飞行器上总提升和总阻力的特征;侧力可以忽略不计。

这个实验中的实验过程与^福斯特10和^罗素11中报道的实验程序相似。在风洞测试期间，六轴飞行器由插入建筑物 （AC） 电源的电源转换器驱动，以确保在所有测试过程中一致的功率和电压水平。请注意，高 RPM 的电机可能会消耗明显的电流;使用低仪表和短长度导线，以防止在操作过程中导线上出现明显的电压降。

1. 将六轴器安装在称重传感器测试台上
2. 将称重传感器连接到 DAQ 计算机，并使用静态推力测试描述的步骤将六轴器连接到 GCS。
3. 使用 C 夹将测试台固定到风洞底部。
4. 确保多直升机在风洞墙壁、地板和天花板下都畅通无阻，以尽量减少自由流动的干扰和反射。
5. 在离六轴飞行器几英尺远的地方安装皮托管，以样品不受干扰的气流。将皮托压力传感器连接到 DAQ 系统。
6. 通过调整测试台的铰链接头，将六轴飞行器的俯仰角设置为 0°。在风洞中，六轴飞行器的俯仰角和攻击角度是相同的。
7. 运行偏置程序以建立称重传感器电压偏差。
8. 将风洞初始化为风速为2.2米/s。
9. 自由流流量速度稳定到所需值后，在关闭六轴飞行器电机时从称重传感器收集基线 FT 读数。
10. 将节气门命令初始化为 1300 ms，在收集 FT 和 pitot 数据之前，让风洞中的空速稳定下来。
11. 对于 1500 ms 和 1700 ms 的油门命令，重复步骤 3.7 - 3.9。
12. 重复步骤 3.5 - 3.10，以使用不同的六轴器间距角度和风洞空速值，如表 1 所述。