[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

说明书

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，它涉及无人机单旋翼系统气动特性测试技术领域。本发明解决了现有的旋翼升阻特性测试装置存在难以实现模拟火星大气环境并测量旋翼系统的小升力、低扭矩测量，适用性差且测量误差大，只能用于地球无人机旋翼系统的升阻特性评估的问题。本发明的真空罐的外形为圆柱状的罐状空心结构，真空罐的外壁设有舱口，所述真空罐的舱口处安装舱门，真空泵组和二氧化碳瓶分别与真空罐的外壁连接，多组冷凝脂模块均布于火星大气环境模拟装置的真空罐的内壁，旋翼运动模块与升阻特性测试模块连接布置于火星大气环境模拟装置的真空罐的中心。本发明用于实现模拟火星大气环境并对旋翼系统的升力与扭矩进行测量。

技术领域

本发明涉及无人机单旋翼系统气动特性测试技术领域,具体涉及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。

背景技术

在人类的深空探测发展历程中，从未停止对可能存在原始生命、水源、适宜人类生存的近地星球的探索。在太阳系中，火星与地球位置相邻并存在相似的物理体积、稀薄的大气层、昼夜交替变化、四季变迁等特征，被认为是较可能存在原始生命并可能适宜人类生存的地外星球。目前，对火星的研究扔处于探测阶段，主要采用向火星发射环绕卫星、火星漫游车等方式进行火星环境探测，然而火星表面复杂的地形结构、错综复杂的环形山极大地限制了火星车的工作范围。研制一种用火星车释放的小型火星无人机，用于协助火星车探测周围环境、进行远距离火星土壤样本采集等任被认为是一种必要的手段。旋翼式火星无人机具有垂直起降、低速稳定飞行、姿态易控制等优势，成为了火星无人机的研究重点。然而，火星的压力、温度、气体成分与地球截然不同，旋翼在低雷诺数、高马赫数环境的升阻特性研究存在大量空白。目前的旋翼特性测试装置工作环境为大气，难以实现低压、低温条件下测量对旋翼的低升力、小扭矩特性进行测量。

综上所述，现有的旋翼升阻特性测试装置存在难以实现模拟火星大气环境并测量旋翼系统的小升力、低扭矩测量，适用性差且测量误差大，只能用于地球无人机旋翼系统的升阻特性评估的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的旋翼升阻特性测试装置存在难以实现模拟火星大气环境并测量旋翼系统的小升力、低扭矩测量，适用性差且测量误差大，只能用于地球无人机旋翼系统的升阻特性评估的问题，进而提供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。

本发明的技术方案是：

一种旋翼式火星无人机单旋翼系统气动特性测试装置，它包括火星大气环境模拟装置、多组冷凝脂模块、旋翼运动模块和升阻特性测试模块，火星大气环境模拟装置包括真空泵组、工业计算机、真空罐、二氧化碳瓶和舱门，真空罐的外形为圆柱状的罐状空心结构，真空罐的外壁设有舱口，所述真空罐的舱口处安装舱门，真空泵组和二氧化碳瓶分别与真空罐的外壁连接，工业计算机通过线缆与所述气动特性测试装置的各元器件连接，多组冷凝脂模块均布于火星大气环境模拟装置的真空罐的内壁，旋翼运动模块与升阻特性测试模块连接布置于火星大气环境模拟装置的真空罐的中心。

进一步地，火星大气环境模拟装置还包括两组真空规，两组真空规均安装在真空罐的外壁上。

进一步地，火星大气环境模拟装置的二氧化碳瓶与真空罐之间设有比例阀。

进一步地，冷凝脂模块的数量为三组，三组冷凝脂模块均布于火星大气环境模拟装置的真空罐的内壁，每组冷凝脂模块包括冷凝脂和冷凝脂电机，冷凝脂的下端与冷凝脂电机连接，冷凝脂电机与火星大气环境模拟装置的真空罐内壁固接。

进一步地，旋翼运动模块包括测试旋翼、外置高速无刷电机和电机底座，测试旋翼、外置高速无刷电机和电机底座由上至下顺次排布，测试旋翼转动安装在外置高速无刷电机的上端输出轴上，外置高速无刷电机的下端通过螺钉与电机底座固接。

进一步地，旋翼运动模块还包括光电传感器和光电传感器座，光电传感器、电传感器座和电机底座由上至下顺次排布，光电传感器通过螺钉与电传感器座固接，电传感器座通过螺钉与电机底座固接。