專利名稱：一種小型涵道飛行器用飛行參數(shù)測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于測量系統(tǒng)設計領域，具體涉及ー種小型涵道飛行器用飛行參數(shù)測量系統(tǒng)。
背景技術：
目前，小型涵道飛行器正成為國內(nèi)外對于無人機研究的重點對象之一，飛行器的結構和控制系統(tǒng)的設計都依賴于其氣動參數(shù)。當需要測量飛行器的氣動參數(shù)時，傳統(tǒng)方法是分別利用傳感器對小型涵道飛行器的各部件進行測量并得到測量數(shù)據(jù)，但由于飛行器并非理想模型，各動カ部件之間、動カ部件與支撐結構之間都存在相互影響，因此，當對這些 單獨測量的數(shù)據(jù)進行集成計算時會存在很大的誤差，會導致整機結構和控制系統(tǒng)的設計不合理。此外，由于小型涵道飛行器為靜不穩(wěn)定系統(tǒng)，這樣就無法手控該類飛行器的飛行，也就很難直接獲得飛行參數(shù)，因此無法采用常用的參數(shù)辨識的方法計算得到飛行器的氣動參數(shù)。而目前還沒有一種測量系統(tǒng)可以同時測量小型涵道飛行器的質(zhì)量和質(zhì)心位置、發(fā)動機的推力、俯仰力矩、滾轉(zhuǎn)カ矩和偏航カ矩。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了ー種小型涵道飛行器用飛行參數(shù)測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠達到提高測量便捷性以及測量數(shù)據(jù)準確性的目的。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案該系統(tǒng)測量的飛行參數(shù)包括小型涵道飛行器的質(zhì)量和質(zhì)心位置、發(fā)動機的推力、俯仰カ矩、滾轉(zhuǎn)カ矩和偏航カ矩。小型涵道飛行器內(nèi)設有發(fā)動機、反扭矩舵、俯仰控制舵和滾轉(zhuǎn)控制舵。該系統(tǒng)包括測試平臺座、直線導軌、扭矩傳感器、萬向節(jié)聯(lián)軸器、第一拉壓測量裝置、第二拉壓測量裝置、第三拉壓測量裝置、第四拉壓測量裝置、第五拉壓測量裝置、小型涵道飛行器、工作臺、第一關節(jié)軸承、鉸鏈、滑動軸承、光軸支承座、第一軸向限位環(huán)、固定軸、光軸、第一鋼桿、第二鋼桿、第三鋼桿、第二關節(jié)軸承和第二軸向限位環(huán)。所述拉壓測量裝置由兩側各連接有剛性軸的拉壓傳感器構成，且兩個剛性軸同軸。該系統(tǒng)各組成部分之間的連接關系為在地面上設置有兩個互相平行的直線導軌，且沿橫向分布，兩個直線導軌上設置有工作臺，工作臺的兩側底部通過滑軌與相應的直線導軌卡合。工作臺的右側上表面邊沿的中點處設有滑動軸承，工作臺右側的墻壁上安裝有測試平臺座，滑動軸承通過第五拉壓測量裝置連接至測試平臺座，并使得第五拉壓測量裝置呈水平方向。在工作臺的上表面橫向中心線上從左到右依次設有第一鋼桿和兩個鉸鏈，兩個鉸鏈之間的距離大于小型涵道飛行器的高度，第一鋼桿垂直放置且靠近工作臺的左側邊沿，第一鋼桿的長度大于小型涵道飛行器的1/2寬度，第一鋼桿的上端分為兩端，一端固連扭矩傳感器的左端，另一端固連光軸支承座底部，扭矩傳感器的右端連接水平光軸，光軸支承座被設置在光軸上，光軸的右端安裝有萬向節(jié)聯(lián)軸器。工作臺的后側上表面邊沿從左到右依次設有第二鋼桿和第三鋼桿，二者均與第一鋼桿等長，第二鋼桿和第三鋼桿之間的距離大于小型涵道飛行器的高度，且二者上端各設有鉸鏈。所述萬向節(jié)聯(lián)軸器的右端連接固定軸，小型涵道飛行器沿橫向軸向且被安裝在固定軸上，并使得小型涵道飛行器的頂部朝左，在萬向節(jié)聯(lián)軸器與小型涵道飛行器的頂部之間的固定軸上依次設有第一軸向限位環(huán)和兩個第一關節(jié)軸承，第一軸向限位環(huán)用于固定第一關節(jié)軸承的位置，兩個第一關節(jié)軸承貼合分布，其中ー個第一關節(jié)軸承通過第四拉壓測量裝置連接至工作臺上較近的鉸鏈，并使得第四拉壓測量裝置的剛性軸垂直于工作臺，另ー個第一關節(jié)軸承通過第一拉壓測量裝置連接至第二鋼桿上端的鉸鏈，并使得第一拉壓測量裝置的剛性軸垂直于第二鋼桿。在靠近小型涵道飛行器底部的固定軸上依次設有兩個第ニ關節(jié)軸承和第二軸向限位環(huán)，第二軸向限位環(huán)用于固定第二關節(jié)軸承的位置，兩個第二關節(jié)軸承貼合分布，其中ー個第二關節(jié)軸承通過第三拉壓測量裝置連接至工作臺上較近的鉸鏈，并使得第三拉壓測量裝置的剛性軸垂直于工作臺，另ー個第二關節(jié)軸承通過第二拉壓測量裝置連接至第三鋼桿上端的鉸鏈，并使得第二拉壓測量裝置的剛性軸垂直于第三鋼桿，最終使得固定軸平行于工作臺的橫向中心線。
有益效果(I)本發(fā)明所提供的系統(tǒng)，基于直角正交原理，采用關節(jié)軸承和鉸鏈來進行拉壓傳感器的布置，并沿飛行器固定軸方向設置扭矩傳感器，從而實現(xiàn)了對小型涵道飛行器的質(zhì)量和質(zhì)心位置、發(fā)動機的推力、俯仰カ矩、滾轉(zhuǎn)力矩和偏航カ矩，這些飛行參數(shù)的測量，此夕卜，在測試過程中，不需要對傳感器進行二次拆裝，從而達到了測量便捷性的目的。(2)本發(fā)明所提供的系統(tǒng)，依照機體坐標系正交布置傳感器將扭矩傳感器沿橫向機體的軸線方向設置，可直接測量整機扭矩；在豎直平面內(nèi)，將兩個拉壓傳感器的一端連接在橫向機體的左右兩側的軸線，另一端連接至水平工作臺上，并使得這兩個拉壓傳感器為豎直方向；在水平面內(nèi)，將兩個拉壓傳感器的一端連接在橫向機體的左右兩側的軸線，另ー端連接至固定于水平工作臺的垂直鋼桿上端的鉸鏈上，并使得這兩個拉壓傳感器為水平方向且與橫向機體的軸線呈90°。此外，扭矩傳感器采用萬向節(jié)聯(lián)軸器與飛行器相連接，拉壓傳感器都采用關節(jié)軸承與飛行器相連，由于萬向節(jié)聯(lián)軸器只傳遞扭矩不影響拉カ和壓カ的測量，關節(jié)軸承只測量拉力而不影響扭矩的測量，因此該系統(tǒng)從結構設置上避免了傳感器之間的耦合影響，從而達到了提高測量數(shù)據(jù)準確性的目的。
圖I為本發(fā)明所提供的系統(tǒng)內(nèi)部連接關系圖；圖2為本發(fā)明所提供的示意圖I ;圖3為本發(fā)明所提供的原理圖I ;圖4為本發(fā)明所提供的原理圖II ；圖5為本發(fā)明所提供的原理圖III ;其中，I-測試平臺座，2-直線導軌，3-扭矩傳感器，4-萬向節(jié)聯(lián)軸器，51-第一拉壓測量裝置，52-第二拉壓測量裝置，53-第三拉壓測量裝置，54-第四拉壓測量裝置，55-第五拉壓測量裝置，6-小型涵道飛行器，7-工作臺，8-第一關節(jié)軸承，9-鉸鏈，10-滑動軸承，11-光軸支承座，12-第一軸向限位環(huán)，13-固定軸，14-光軸，15-第一鋼桿，16-第二鋼桿，17-第二鋼桿，18-第二關節(jié)軸承，19-第二軸向限位環(huán)。
具體實施例方式下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明提供了ー種小型涵道飛行器用飛行參數(shù)測量系統(tǒng)，圖I為該系統(tǒng)內(nèi)部連接原理圖，該系統(tǒng)包括測試平臺座I、直線導軌2、扭矩傳感器3、萬向節(jié)聯(lián)軸器4、小型涵道飛行器6、工作臺7、第一關節(jié)軸承8、鉸鏈9、滑動軸承10、光軸支承座11、第一軸向限位環(huán)12、固定軸13、光軸14、鋼桿15 17、第二關節(jié)軸承 18、第二軸向限位環(huán)19和拉壓測量裝置51飛5，拉壓測量裝置由兩側各連接有剛性軸的拉壓傳感器構成，且這兩個剛性軸同軸。本系統(tǒng)各組成部分之間的連接關系為在地面上設置兩個互相平行的直線導軌2，且沿橫向分布，在兩個直線導軌2上設置工作臺7，工作臺7的兩側底部通過滑軌與相應的直線導軌2卡合。工作臺7的右側上表面邊沿的中點處設有滑動軸承10，工作臺7右側的墻壁上安裝有測試平臺座1，滑動軸承10連接通過第五拉壓測量裝置55連接至測試平臺座1，并使得第五拉壓測量裝置55呈水平方向。在工作臺7的上表面橫向中心線上從左到右依次設有第一鋼桿15和兩個鉸鏈9，兩個鉸鏈9之間的距離大于小型涵道飛行器6的高度，第一鋼桿15豎直放置且靠近工作臺7的左側邊沿，第一鋼桿15的長度大于小型涵道飛行器6的1/2寬度，第一鋼桿15的上端分為兩端，一端固連扭矩傳感器3的左端，另一端固連光軸支承座11底部。扭矩傳感器3的右端連接水平光軸14，光軸支承座11被設置在光軸14上，光軸14的右端安裝有萬向節(jié)聯(lián)軸器4。工作臺7的后側上表面邊沿從左到右依次設有第二鋼桿16和第三鋼桿17，二者均與第一鋼桿15等長，第二鋼桿16和第三鋼桿17之間的距離大于小型涵道飛行器6的高度，且二者上端各設有鉸鏈9。萬向節(jié)聯(lián)軸器4的右端連接固定軸13，小型涵道飛行器6沿橫向軸向且被安裝在固定軸13上，并使得小型涵道飛行器6的頂部朝左，在萬向節(jié)聯(lián)軸器4與小型涵道飛行器6的頂部之間的固定軸13上依次設有軸向限位環(huán)12和兩個第一關節(jié)軸承8，第一軸向限位環(huán)12用于固定第一關節(jié)軸承8的位置，兩個第一關節(jié)軸承8貼合分布，其中ー個第一關節(jié)軸承8通過第四拉壓測量裝置54連接至工作臺7上較近的鉸鏈9，并使得第四拉壓測量裝置54的剛性軸垂直于工作臺7，另ー個第一關節(jié)軸承8通過第一拉壓測量裝置51連接至第二鋼桿16上端的鉸鏈9，并使得第一拉壓測量裝置51的剛性軸垂直于第二鋼桿16。在靠近小型涵道飛行器6底部的固定軸13上依次設有兩個第二關節(jié)軸承18和第二軸向限位環(huán)19，第二軸向限位環(huán)19用于固定第二關節(jié)軸承18的位置，兩個第二關節(jié)軸承18貼合分布，其中ー個第二關節(jié)軸承18通過第三拉壓測量裝置53連接至工作臺7上較近的鉸鏈9，并使得第三拉壓測量裝置53的剛性軸垂直于工作臺7，另ー個第二關節(jié)軸承18通過第二拉壓測量裝置52連接至第三鋼桿17上端的鉸鏈9，并使得第二拉壓測量裝置52的剛性軸垂直于第三鋼桿17，最終使得固定軸13平行于工作臺7的橫向中心線。在上述連接關系中，由于第一拉壓測量裝置51的拉壓傳感器和第二拉壓測量裝置52的拉壓傳感器受力方向平行，且第三拉壓測量裝置53的拉壓傳感器和第四拉壓測量裝置54的拉壓傳感器受力方向平行，則水平分布的兩個拉壓傳感器之間、豎直分布的兩個拉壓傳感器之間均不存在耦合影響。下面分析第一拉壓測量裝置51的拉壓傳感器和第四拉壓測量裝置54的拉壓傳感器之間或第二拉壓測量裝置52的拉壓傳感器和第三拉壓測量裝置53的拉壓傳感器之間是否存在耦合影響。如圖2所示，圖2為圖I的右視圖，固定軸13可視為O點，即當?shù)诙瓑簻y量裝置52的拉壓傳感器和第三拉壓測量裝置53的拉壓傳感器不受カ時，第二拉壓測量裝置52和第三拉壓測量裝置53的剛性軸相互正交于O點，Q為第二拉壓測量裝置52的連接鉸鏈9，P為第三拉壓測量裝置53的連接鉸鏈9，測得0P=0Q=150mm。若第二拉壓測量裝置52和第三拉壓測量裝置53內(nèi)的傳感器分別受到沿相應的剛性軸的最大壓カ為100N，此時，O點沿發(fā)生微小移動至O'，且由拉壓傳感器的使用手冊可知，在拉壓傳感器的最大量程，即100N內(nèi)，剛性軸沿壓カ方向縮短2mm，則O' P = O' Q=148mm，并形成如圖2所示的四邊形POQCV，由于OP=OQ, (V P = O1 Q，且Z POQ = 90°，那么對于如圖3所示的Λ POCV，則有Z POCV =45°。對于Λ POCV，由余弦定理，則有
權利要求
1.ー種小型涵道飛行器用飛行參數(shù)測量系統(tǒng)，其特征在干，該系統(tǒng)包括測試平臺座(I)、直線導軌(2)、扭矩傳感器(3)、萬向節(jié)聯(lián)軸器(4)、拉壓測量裝置(5廣55)、小型涵道飛行器(6)、工作臺(7)、第一關節(jié)軸承(8)、鉸鏈(9)、滑動軸承(10)、光軸支承座(11)、第一軸向限位環(huán)(12)、固定軸(13)、光軸(14)、鋼桿(15 17)、第二關節(jié)軸承(18)和第二軸向限位環(huán)(19);所述拉壓測量裝置由兩側各連接有剛性軸的拉壓傳感器構成，且兩個剛性軸同軸；該系統(tǒng)各組成部分之間的連接關系為在地面上設置有兩個互相平行的直線導軌(2)，且沿橫向分布，兩個直線導軌(2)上設置有工作臺(7)，工作臺(7)的兩側底部通過滑軌與相應的直線導軌(2)卡合；工作臺(7)的右側上表面邊沿的中點處設有滑動軸承(10)，工作臺(7)右側的墻壁上安裝有測試平臺座(1)，滑動軸承(10)通過第五拉壓測量裝置(55)連接至測試平臺座(1)，并使得第五拉壓測量裝置(55)呈水平方向；在工作臺(7)的上表面橫向中心線上從左到右依次設有第一鋼桿(15)和兩個鉸鏈(9)，兩個鉸鏈(9)之間的距離大于小型涵道飛行器(6)的高度，第一鋼桿(15)垂直放置且靠近工作臺(7)的左側邊沿，第一鋼桿(15)的長度大于小型涵道飛行器(6)的1/2寬度，第一鋼桿(15)的上端分為兩端，一端固連扭矩傳感器(3)的左端，另一端固連光軸支承座(11)底部，扭矩傳感器(3)的右端連接水平光軸(14)，光軸支承座(11)被設置在光軸(14)上，光軸(14)的右端安裝有萬向節(jié)聯(lián)軸器(4);工作臺(7)的后側上表面邊沿從左到右依次設有第二鋼桿(16)和第三鋼桿(17)，二者均與第一鋼桿(15)等長，第二鋼桿(16)和第三鋼桿(17)之間的距離大于小型涵道飛行器(6)的高度，且二者上端各設有鉸鏈(9)；所述萬向節(jié)聯(lián)軸器(4)的右端連接固定軸(13)，小型涵道飛行器(6)沿橫向軸向且被安裝在固定軸(13)上，并使得小型涵道飛行器(6)的頂部朝左，在萬向節(jié)聯(lián)軸器(4)與小型涵道飛行器(6)的頂部之間的固定軸(13)上依次設有第一軸向限位環(huán)(12)和兩個第一關節(jié)軸承(8)，第一軸向限位環(huán)(12)用于固定第一關節(jié)軸承(8)的位置，兩個第一關節(jié)軸承(8)貼合分布，其中ー個第一關節(jié)軸承(8)通過第四拉壓測量裝置(54)連接至工作臺(7)上較近的鉸鏈(9)，并使得第四拉壓測量裝置(54)的剛性軸垂直于工作臺(7)，另ー個第一關節(jié)軸承(8)通過第一拉壓測量裝置(51)連接至第二鋼桿(16)上端的鉸鏈(9)，并使得第一拉壓測量裝置(51)的剛性軸垂直于第二鋼桿(16);在靠近小型涵道飛行器(6)底部的固定軸(13)上依次設有兩個第二關節(jié)軸承(18)和第二軸向限位環(huán)(19)，第二軸向限位環(huán)(19)用于固定第二關節(jié)軸承(18)的位置，兩個第二關節(jié)軸承(18)貼合分布，其中ー個第二關節(jié)軸承(18 )通過第三拉壓測量裝置(53 )連接至工作臺(7 )上較近的鉸鏈(9 )，并使得第三拉壓測量裝置(53)的剛性軸垂直于工作臺(7)，另ー個第二關節(jié)軸承(18)通過第二拉壓測量裝置(52)連接至第三鋼桿(17)上端的鉸鏈(9)，并使得第二拉壓測量裝置(52)的剛性軸垂直于第三鋼桿(17)，最終使得固定軸(13)平行于工作臺(7)的橫向中心線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小型涵道飛行器用飛行參數(shù)測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠達到提高測量便捷性以及測量數(shù)據(jù)準確性的目的；該系統(tǒng)包括測試平臺座、直線導軌、扭矩傳感器、萬向節(jié)聯(lián)軸器、5個拉壓測量裝置、小型涵道飛行器、工作臺、2個關節(jié)軸承、鉸鏈、滑動軸承、光軸支承座、2個軸向限位環(huán)、固定軸、光軸和3個鋼桿；依照機體坐標系正交布置傳感器，將扭矩傳感器沿橫向機體的軸線方向設置，采用關節(jié)軸承和鉸鏈來進行拉壓傳感器的布置，扭矩傳感器通過萬向節(jié)聯(lián)軸器與飛行器相連接，拉壓傳感器通過關節(jié)軸承與飛行器相連；從而實現(xiàn)對小型涵道飛行器的質(zhì)量和質(zhì)心位置、發(fā)動機的推力、俯仰力矩、滾轉(zhuǎn)力矩和偏航力矩的測量。
文檔編號G01M1/12GK102829825SQ201210303490
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權日2012年8月23日
發(fā)明者王正杰, 吳炎烜, 劉志軍, 張威, 馬建 申請人:北京理工大學