[发明专利]旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置及扭矩测试方法和升力测试方法

说明书

旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置及扭矩测试方法和升力测试方法，属于单旋翼无人机技术领域，本发明为解决现有的旋翼系统气动特性测试装置难以实现火星无人机旋翼系统的小升力、低扭矩指标要求，适用性差、测量误差大的问题。本发明包括运动模块、扭矩测量模块和升力测量模块；运动模块下端面与扭矩测量模块上端连接，运动模块与扭矩测量模块置于升力测量模块平衡杆一端的上端面；运动模块用于产生旋转运动，进而产生扭矩和升力；扭矩测量模块用于测量运动模块产生的扭矩；升力测量模块用于测量运动模块产生的升力。本发明用于火星探测的无人机单旋翼系统。

技术领域

本发明涉及一种火星无人机单旋翼系统的气动特性测试装置，属于单旋翼无人机技术领域。

背景技术

探寻近地行星的演变历程、生命的起源、水源的存在一直以来都是国内外科学家进行深空探测探究的关注点之一。火星与地球具有相似的物理体积，同样具有稀薄的大气层，具备同样的四季交替和昼夜变化，存在较适宜的温度，因而火星探测成为了深空探测任务的重要目标。目前，火星探测的主要手段包括发射卫星、火星漫游车等，然而这些手段受到探测精度与效率的限制。研制一种用于协助火星漫游车完成火星探测任务的火星无人机成为了目前火星探测的新途径。相比固定翼式、浮空气球等无人机，旋翼式火星无人机具有高飞行速率、广泛的探测范围、垂直起降、定点着陆能等优势，成为了火星无人机的研究重点。然而，火星大气压力、温度远低于地球环境，独特的低雷诺数、高马赫数飞行环境对人类研制无人机的旋翼系统提出了巨大挑战。目前的旋翼特性测试装置主要针对地球无人机旋翼系统，难以满足火星无人机旋翼的小升力、低扭矩的指标要求，研制一种旋翼式火星无人机单旋翼系统力学特性测试装置对我国未来深空探测意义重大。

现有气动特性测试装置只能用于地球无人机旋翼系统的气动特性评估，适用性差且测量误差大，难以实现在火星环境下旋翼系统的小升力、低扭矩测量。

发明内容

本发明目的是为了解决现有的旋翼系统气动特性测试装置难以实现火星无人机旋翼系统的小升力、低扭矩指标要求，适用性差、测量误差大的问题，提供了一种旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置及扭矩测试方法和升力测试方法。

本发明所述旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置，它包括运动模块、扭矩测量模块和升力测量模块；

运动模块下端面与扭矩测量模块上端连接，运动模块与扭矩测量模块置于升力测量模块平衡杆一端的上端面；

运动模块用于产生旋转运动，进而产生扭矩和升力；

扭矩测量模块用于测量运动模块产生的扭矩；

升力测量模块用于测量运动模块产生的升力。

本发明所述基于旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置的扭矩测试方法，扭矩测试方法的具体过程为：

步骤9-1、外置高速无刷电机带动测试旋翼高速旋转，并产生顺时针的扭矩；

步骤9-2、步骤9-1产生的扭矩依次通过一号转接杆和二号转接杆传递至上光栅尺，在上光栅尺上产生微小的旋转；

步骤9-3、上光栅尺和下光栅尺之间产生夹角变化；

步骤9-4、步骤9-3产生的夹角变化引起激光发射器和激光接受器的压力变化；

步骤9-5、根据步骤9-4产生的压力变化获取测试旋翼的扭矩值。

本发明所述基于旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置的升力测试方法，升力测试方法的具体过程为：

步骤10-1、通过增加配重块托盘中配重块的质量平衡置于平衡杆一端的运动模块和扭矩测量模块；

步骤10-2、外置高速无刷电机带动测试旋翼高速旋转，并产生竖直向上的升力；当平衡杆处于平衡位置时，压力应变片与平衡杆接触不挤压；