[发明专利]一种旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置及其测试方法

权利要求书

1.一种旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置，它包括旋翼运动模块(3)和升阻特性测试模块(4)，

旋翼运动模块(3)包括测试旋翼(3-1)、外置高速无刷电机(3-2)和电机底座(3-4)，测试旋翼(3-1)、外置高速无刷电机(3-2)和电机底座(3-4)由上至下顺次排布，测试旋翼(3-1)转动安装在外置高速无刷电机(3-2)的上端输出轴上，外置高速无刷电机(3-2)的下端通过螺钉与电机底座(3-4)固接；

旋翼运动模块(3)还包括光电传感器(3-3)和光电传感器座(3-5)，光电传感器(3-3)、光 电传感器座(3-5)和电机底座(3-4)由上至下顺次排布，光电传感器(3-3)通过螺钉与光电传感器座(3-5)固接，光 电传感器座(3-5)通过螺钉与电机底座(3-4)固接；

升阻特性测试模块(4)包括支撑立柱(4-1)、拉力传感器(4-2)和扭矩传感器(4-3)，支撑立柱(4-1)、拉力传感器(4-2)、扭矩传感器(4-3)由上至下顺次连接，支撑立柱(4-1)的上端用于支撑旋翼运动模块(3)；

其特征在于：它还包括火星大气环境模拟装置(1)和多组冷凝脂模块(2)，火星大气环境模拟装置(1)包括真空泵组(1-1)、工业计算机(1-2)、真空罐(1-4)、二氧化碳瓶(1-6)和舱门(1-7)，真空罐(1-4)的外形为圆柱状的罐状空心结构，真空罐(1-4)的外壁设有舱口，所述真空罐(1-4)的舱口处安装舱门(1-7)，真空泵组(1-1)和二氧化碳瓶(1-6)分别与真空罐(1-4)的外壁连接，工业计算机(1-2)通过线缆与所述气动特性测试装置的各元器件连接，多组冷凝脂模块(2)均布于火星大气环境模拟装置(1)的真空罐(1-4)的内壁，旋翼运动模块(3)与升阻特性测试模块(4)连接布置于火星大气环境模拟装置(1)的真空罐(1-4)的中心，升阻特性测试模块(4)的扭矩传感器(4-3)与火星大气环境模拟装置(1)的真空罐(1-4)的底面连接；

每组冷凝脂模块(2)包括冷凝脂(2-1)和冷凝脂电机(2-2)，冷凝脂(2-1)的下端与冷凝脂电机(2-2)连接，冷凝脂电机(2-2)与火星大气环境模拟装置(1)的真空罐(1-4)内壁固接；

冷却时，多组冷凝脂模块(2)的冷凝脂电机(2-2)驱动冷凝脂(2-1)旋转并与旋翼运动模块(3)的测试旋翼(3-1)平行，冷凝脂(2-1)对测试旋翼(3-1)周围气体环境进行冷却，直至真空罐(1-4)内气体温度与目标温度在误差范围内一致，冷却后，冷却温度值为–60℃，冷凝脂电机(2-2)驱动冷凝脂(2-1)恢复至起始位置。

2.根据权利要求1所述的一种旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置，其特征在于：火星大气环境模拟装置(1)还包括两组真空规(1-3)，两组真空规(1-3)均安装在真空罐(1-4)的外壁上。

3.根据权利要求1或2所述的一种旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置，其特征在于：火星大气环境模拟装置(1)的二氧化碳瓶(1-6)与真空罐(1-4)之间设有比例阀(1-5)。

4.根据权利要求1所述的一种旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置，其特征在于：冷凝脂模块(2)的数量为三组，三组冷凝脂模块(2)均布于火星大气环境模拟装置(1)的真空罐(1-4)的内壁。

5.一种旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置的测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一、火星大气环境模拟装置(1)的真空处理：

首先，通过真空泵组(1-1)对真空罐(1-4)进行抽真空处理，当真空罐(1-4)内压力降低至10^-2Pa时，真空泵组(1-1)停止工作；

步骤二、火星大气环境模拟装置(1)的二氧化碳气体注入：

开启比例阀(1-5)，二氧化碳瓶(1-6)通过比例阀(1-5)向真空罐(1-4)内加入二氧化碳气体，直到真空罐(1-4)内压力升高至600Pa，关闭比例阀(1-5)，此时真空罐(1-4)内气体为二氧化碳气体；

步骤三、调整火星大气环境模拟装置（ 1） 内的气压值：

通过真空泵组(1-1)与比例阀(1-5)相互配合，调整真空罐(1-4)内气压值，直到真空罐(1-4)内气体压力与目标压力在误差范围内一致；

步骤四、冷却处理：

三组冷凝脂模块(2)的冷凝脂电机(2-2)驱动冷凝脂(2-1)旋转并与旋翼运动模块(3)的测试旋翼(3-1)平行，冷凝脂(2-1)对测试旋翼(3-1)周围气体环境进行冷却，直至真空罐(1-4)内气体温度与目标温度在误差范围内一致，冷却温度值为–60℃，冷凝脂电机(2-2)驱动冷凝脂(2-1)恢复至起始位置；至此，火星大气环境模拟装置(1)完成了气体环境的模拟，火星大气环境模拟的整个过程中，两组真空规(1-3)对真空罐(1-4)内压力进行实时监控；

步骤五、驱动测试旋翼(3-1)：

当火星大气环境模拟装置(1)完成气体环境模拟后，旋翼运动模块(3)的外置高速无刷电机(3-2)驱动测试旋翼(3-1)高速旋转，测试旋翼(3-1)产生沿竖直方向的升力与扭矩；

步骤六、升阻特性测试模块(4)的测试：

位于旋翼运动模块(3)底端的升阻特性测试模块(4)的拉力传感器(4-2)、扭矩传感器(4-3)分别对升力与扭矩进行测量，从而获得测试旋翼(3-1)的升阻特性。