无人机旋翼整体静平衡及单向动平衡测试系统技术方案

本发明专利技术提供一种无人机旋翼整体静平衡及单向动平衡测试系统，属于无人机技术领域，含有：框架底座部、总距调整部、旋翼驱动部、静平衡检测部、动平衡检测部和采集记录部；框架底座部将系统固定在地面上；总距调整部用于调整旋翼的拉力大小；旋翼驱动部用于驱动旋翼高速旋转；静平衡检测部用于检测旋翼桨毂‑旋翼桨叶对旋翼轴的离心力，得到整体静平衡特性；动平衡检测部用于检测旋翼桨叶对旋翼轴的交变气动力矩；采集记录部用于实时采集处理旋翼的静平衡和动平衡数据，并记录在数据记录仪内。系统能够准确实时检测并记录旋翼桨毂和旋翼桨叶的整体静平衡特性，以及旋翼拉力的单向动平衡特性，便于针对性地调整旋翼系统，实现整体静平衡和动平衡。

Testing System for Integrated Static Balance and Unidirectional Dynamic Balance of Rotor of UAV

The invention provides an overall static balance and one-way dynamic balance testing system for UAV rotors, belonging to the technical field of UAV, which includes: frame base, total pitch adjustment part, rotor drive part, static balance detection part, dynamic balance detection part and acquisition and recording part; frame base part fixes the system on the ground; total pitch adjustment part is used to adjust the pull force of the rotors; It is used to drive the rotor to rotate at high speed; the static balance detection unit is used to detect the centrifugal force of the hub and blade of the rotor to the rotor axis to obtain the overall static balance characteristics; the dynamic balance detection unit is used to detect the alternating aerodynamic moments of the rotor blade to the rotor axis; and the acquisition and recording unit is used to collect and process the static balance and dynamic balance data of the rotor in real time, and record them in the data recorder. The system can accurately and real-time detect and record the overall static balance characteristics of the rotor hub and blade, as well as the one-way dynamic balance characteristics of the rotor pull. It is convenient to adjust the rotor system and achieve the overall static balance and dynamic balance.

【技术实现步骤摘要】
无人机旋翼整体静平衡及单向动平衡测试系统
本专利技术涉及一种无人机旋翼整体静平衡及单向动平衡测试系统，用于检测无人机旋翼桨叶动平衡，能够在准确实时安全地检测旋翼桨叶的动平衡特性。主要应用在航空航天和无人机等

技术介绍
旋翼的不平衡是直升机、多旋翼飞行器等旋翼类垂直起降飞行器的主要振动来源。旋翼通常由多片桨叶组成，每片桨叶的离心力和气动力可能存在一定的差异。在旋翼高速旋转的情况下，上述离心力和气动力差异会对旋翼轴产生交变载荷，表现为静不平衡和动不平衡。静不平衡和动不平衡现象不仅引起飞行器的振动和噪声，而且会降低飞行性能、操纵品质和使用寿命。为消除上述现象，有必要开展旋翼的静平衡和动平衡分析工作。目前的静平衡分析大多是在静态条件下，针对桨叶进行的称重量和测重心工作。由于受测量设备和方式的影响，上述静平衡分析精度有限，而且并不能真实反映旋翼的旋转工作状态。此外，旋翼桨毂也有可能存在静不平衡。在此情况下，即使桨叶在静态条件下达到平衡，仍会因安装在静不平衡的旋翼桨毂内而导致整体静不平衡。目前的动平衡分析大多是在旋翼桨叶高速旋转的条件下，通过测量旋翼桨尖的运动轨迹，进而检测旋翼的动平衡。由于桨尖运动轨迹是桨叶所受气动力、离心力、重力，以及桨叶挠度等多方面因素共同作用的结果，因此桨尖平面特性并不完全是桨叶气动力的直接反映。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种无人机旋翼整体静平衡及单向动平衡测试系统。本专利技术解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种无人机旋翼整体静平衡及单向动平衡测试系统，含有：框架底座部、总距调整部、旋翼驱动部、静平衡检测部、动平衡检测部和采集记录部，其中：框架底座部，含有：上面板、下面板，以及位于上、下两块面板之间起支撑作用的支撑柱组件；所述下面板含有固定装置，用于将整个系统牢固地固定在地面上；总距调整部，含有：舵机安装座、舵机、总距摇臂、支撑座、总距滑块以及变距拉杆；所述舵机一端以固定连接或转动连接的方式，通过舵机安装座安装在所述上面板上，另一端与总距摇臂转动连接；所述舵机能够偏转角度或改变长度，以驱动总距摇臂偏转；所述总距摇臂另一端与总距滑块连接，所述支撑座上端与所述总距摇臂中部转动连接，且连接处形成支点，所述支撑座下端连接在上面板上，用于支撑总距摇臂；总距摇臂采用杠杆原理，支点与支撑座转动连接，一端与所述舵机转动连接，另一端与总距滑块连接；总距摇臂支撑座用于支撑总距摇臂的支点；所述总距摇臂包括摇臂本体，所述摇臂本体一端设有用于连接舵机的第一U型臂，另一端设有用于连接总距滑块的第二U型臂，所述舵机上端位于第一U型臂内侧，且通过转轴与第一U型臂转动连接，所述总距滑块位于第二U型臂内侧，且通过转轴与第二U型臂转动连接。总距滑块分上部和下部两部分，并通过轴承转动连接；其中，下部不绕旋翼轴旋转，下部与总距摇臂连接，并可沿旋翼轴上下滑动；上部与旋翼轴同步旋转，上部依次与变距拉杆和旋翼桨毂连接，用于同步改变旋翼桨叶的桨距角。所述支撑座包括支撑块和支撑臂，所述支撑块下端与上面板连接，上端连接两个相对设置的支撑臂，两个支撑臂之间的支撑块的前后侧均设有避让斜面。所述支撑块和支撑臂一体连接。旋翼驱动部，含有：驱动电机、联轴器、旋翼轴、拉力定位轴套、离心力轴套以及旋翼桨毂；所述驱动电机底面固定在下面板上，且驱动电机的输出轴通过联轴器连接旋翼轴一端，并允许所述旋翼轴产生一定程度的角偏移和轴向偏移；所述旋翼轴另一端依次穿过所述拉力定位轴套和离心力轴套后，与所述旋翼桨毂相连，所述旋翼桨毂上端连接旋翼桨叶；所述拉力定位轴套通过内部的轴承与旋翼轴连接，所述拉力定位轴套能够在旋翼轴上保持固定的轴向位置，并承受旋翼桨毂的拉力；所述离心力轴套内部通过轴承与旋翼轴连接，并能够承受旋翼轴的离心力，所述离心力轴套外部与静平衡传感器底座连接。静平衡检测部，含有：角位移传感器、静平衡应力传感器组和静平衡传感器底座；所述角位移传感器设置在旋翼轴上，所述角位移传感器用于检测所述旋翼桨毂的方位角ψ和角速度ω，计算公式为：ω＝f(Δψ/ΔT)，其中，ω由所述角位移传感器在每个采样周期ΔT内，检测到的所述旋翼桨毂的方位角的变化量Δψ计算得到，f为采用的滤波算法，包括但不限于一阶滤波、二阶滤波、平滑滤波、IIR滤波等；并有：所述静平衡应力传感器组，由多个在所述静平衡传感器底座与所述上面板之间分布排列的静平衡应力传感器组成，用于检测所述离心力轴套对所述上面板的水平应力；静平衡应力传感器至少有1个，并且可采用多种分布方式；各静平衡应力传感器的安装方位角为Ψs＝[Ψs1,Ψs2,...,ΨsN]T，距旋翼轴轴心的距离为rs＝[rs1,rs2,...,rsN]T，在时刻t检测的水平力Fs(t)＝[Fs1(t),Fs2(t),...,FsN(t)]T，其中，N为静平衡应力传感器个数；静平衡应力传感器越多，测量精度越高。静平衡传感器底座安装在离心力轴套的外侧，且上面板套设在静平衡传感器底座外侧，静平衡应力传感器组设置在上面板与静平衡传感器底座之间。所述静平衡传感器底座的外侧壁上沿周向设有与所述静平衡应力传感器数量相同的第一应力平面，所述上面板上设有用于安装静平衡传感器底座的安装孔，所述安装孔的内侧壁上沿周向设有与所述第一应力平面一一对应的第二应力面，所述静平衡应力传感器设置在第一应力平面和第二应力面之间，且与第一应力平面和第二应力面刚性连接。动平衡检测部，含有：动平衡应力传感器组和动平衡传感器底座；所述动平衡应力传感器组，由多个在动平衡传感器底座与所述上面板之间水平分布排列的动平衡应力传感器组成，用于检测所述传感器底座对所述上面板的垂向拉力；其中，动平衡应力传感器至少有1个，并且可采用多种分布方式；各动平衡应力传感器的安装方位角为Ψd＝[Ψd1,Ψd2,...,ΨdN]T，距离旋翼轴轴心的距离为rd＝[rd1,rd2,...,rdN]T，在任意时刻t检测的垂向力Fd(t)＝[Fd1(t),Fd2(t),...,FdN(t)]T，其中，N为动平衡应力传感器个数；动平衡应力传感器越多，测量精度越高。所述动平衡传感器底座安装在拉力定位轴套外侧，且位于上面板的下方；所述动平衡传感器底座包括底座本体，所述底座本体中部设有轴套拉力定位轴套安装孔，所述底座本体的外缘沿周向设有多个向外侧延伸的托臂，且所述托臂的数量与动平衡应力传感器数量相同，所述动平衡应力传感器一一对应安装在所述托臂上。采集记录部，含有数据处理单元和数据记录仪，所述数据处理单元与所述平衡检测部相连，用于实时采集所述静平衡应力传感器组、动平衡应力传感器组和所述角位移传感器的数据；以获取应力、方位角和角速度等数据样本；所述数据处理单元还与所述数据记录仪相连，用于将所述数据样本实时记录在所述数据记录仪中，用于离线分析；所述数据处理单元还可与上位机相连，将所述数据样本实时传输至上位机，用于在线分析。在旋翼桨毂和旋翼桨叶静平衡的情况下，高速旋转的旋翼桨毂和旋翼桨叶的离心力相互抵消，不会对所述静平衡传感器底座产生交变的应力；在旋翼桨毂和旋翼桨叶静不平衡的情况下，高速旋转的旋翼桨毂和旋翼桨叶会在水平方向产生离心力，并依次作用在所述旋翼轴、所述旋翼轴套和静平衡传感器底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机旋翼整体静平衡及单向动平衡测试系统，其特征在于：含有：框架底座部、总距调整部、旋翼驱动部、静平衡检测部、动平衡检测部和采集记录部，其中：框架底座部，含有：上面板、下面板，以及位于上面板和下面板之间起支撑作用的支撑柱组件；所述下面板含有固定装置，用于将整个系统固定；总距调整部，含有：舵机安装座、舵机、总距摇臂、支撑座、总距滑块以及变距拉杆；所述舵机一端以固定连接或转动连接的方式，通过舵机安装座安装在所述上面板上，另一端与总距摇臂转动连接；所述总距摇臂另一端与总距滑块连接，所述支撑座上端与所述总距摇臂中部转动连接，且连接处形成支点；所述支撑座下端连接在上面板上，用于支撑总距摇臂；所述总距滑块分上部和下部两部分，上部和下部通过轴承转动连接；其中，下部不绕旋翼轴旋转，且下部与总距摇臂连接，并可沿旋翼轴上下滑动；上部与旋翼轴同步旋转，上部依次与变距拉杆和旋翼桨毂连接，用于同步改变旋翼桨叶的桨距角；旋翼驱动部，含有：驱动电机、联轴器、旋翼轴、拉力定位轴套、离心力轴套以及旋翼桨毂；所述驱动电机底面固定在下面板上，且驱动电机的输出轴通过联轴器连接旋翼轴一端；所述旋翼轴另一端依次穿过所述拉力定位轴套和离心力轴套与所述旋翼桨毂相连；所述旋翼桨毂连接旋翼桨叶；所述拉力定位轴套通过内部的轴承与旋翼轴连接，所述拉力定位轴套能够在旋翼轴上保持固定的轴向位置，并承受旋翼桨毂的拉力，所述拉力定位轴套外部与动平衡传感器底座连接；所述离心力轴套内部通过轴承与旋翼轴连接，并能够承受旋翼轴的离心力，所述离心力轴套外部与静平衡传感器底座连接；静平衡检测部，含有：角位移传感器、静平衡应力传感器组和静平衡传感器底座；所述角位移传感器设置在旋翼轴上，用于检测所述旋翼桨毂的方位角和角速度；静平衡传感器底座安装在离心力轴套的外侧，且上面板套设在静平衡传感器底座外侧；静平衡应力传感器组设置在上面板与静平衡传感器底座之间，用于检测离心力轴套对所述上面板的水平应力；动平衡检测部，含有：动平衡应力传感器组和动平衡传感器底座；所述动平衡传感器底座安装在拉力定位轴套外侧，且位于上面板的下方；所述动平衡应力传感器组位于上面板和动平衡传感器底座之间，且安装在动平衡传感器底座上，用于检测动平衡传感器底座对所述上面板的垂向拉力；采集记录部，含有：数据处理单元和数据记录仪；所述数据处理单元与所述静平衡检测部和动平衡检测部相连，用于实时采集所述静平衡应力传感器组、动平衡应力传感器组和角位移传感器的数据，以获取应力、方位角和角速度形成的数据样本；所述数据处理单元还与所述数据记录仪相连，用于将所述数据样本实时记录在所述数据记录仪中，用于离线分析。...

【技术特征摘要】
1.一种无人机旋翼整体静平衡及单向动平衡测试系统，其特征在于：含有：框架底座部、总距调整部、旋翼驱动部、静平衡检测部、动平衡检测部和采集记录部，其中：框架底座部，含有：上面板、下面板，以及位于上面板和下面板之间起支撑作用的支撑柱组件；所述下面板含有固定装置，用于将整个系统固定；总距调整部，含有：舵机安装座、舵机、总距摇臂、支撑座、总距滑块以及变距拉杆；所述舵机一端以固定连接或转动连接的方式，通过舵机安装座安装在所述上面板上，另一端与总距摇臂转动连接；所述总距摇臂另一端与总距滑块连接，所述支撑座上端与所述总距摇臂中部转动连接，且连接处形成支点；所述支撑座下端连接在上面板上，用于支撑总距摇臂；所述总距滑块分上部和下部两部分，上部和下部通过轴承转动连接；其中，下部不绕旋翼轴旋转，且下部与总距摇臂连接，并可沿旋翼轴上下滑动；上部与旋翼轴同步旋转，上部依次与变距拉杆和旋翼桨毂连接，用于同步改变旋翼桨叶的桨距角；旋翼驱动部，含有：驱动电机、联轴器、旋翼轴、拉力定位轴套、离心力轴套以及旋翼桨毂；所述驱动电机底面固定在下面板上，且驱动电机的输出轴通过联轴器连接旋翼轴一端；所述旋翼轴另一端依次穿过所述拉力定位轴套和离心力轴套与所述旋翼桨毂相连；所述旋翼桨毂连接旋翼桨叶；所述拉力定位轴套通过内部的轴承与旋翼轴连接，所述拉力定位轴套能够在旋翼轴上保持固定的轴向位置，并承受旋翼桨毂的拉力，所述拉力定位轴套外部与动平衡传感器底座连接；所述离心力轴套内部通过轴承与旋翼轴连接，并能够承受旋翼轴的离心力，所述离心力轴套外部与静平衡传感器底座连接；静平衡检测部，含有：角位移传感器、静平衡应力传感器组和静平衡传感器底座；所述角位移传感器设置在旋翼轴上，用于检测所述旋翼桨毂的方位角和角速度；静平衡传感器底座安装在离心力轴套的外侧，且上面板套设在静平衡传感器底座外侧；静平衡应力传感器组设置在上面板与静平衡传感器底座之间，用于检测离心力轴套对所述上面板的水平应力；动平衡检测部，含有：动平衡应力传感器组和动平衡传感器底座；所述动平衡传感器底座安装在拉力定位轴套外侧，且位于上面板的下方；所述动平衡应力传感器组位于上面板和动平衡传感器底座之间，且安装在动平衡传感器底座上，用于检测动平衡传感器底座对所述上面板的垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宁，王宜东，
申请(专利权)人：山东智翼航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37