[发明专利]一种分布式电推进无人机的推力实时测试系统及方法

说明书

本发明公开了一种分布式电推进无人机的推力实时测试系统及方法，包括电推进器地面测试系统和机载电信号实时采集系统；首先设计电推进器地面测试系统的地面实验台，通过进行地面测试获取推力曲线，再通过曲线拟合获得所测推进器的力效函数关系；然后设计机载电信号实时采集系统，对每个推进单元的电参数进行实时的采集；最后设计实时推力估算方法，用所采集到的数据对无人机飞行时各个推进器所产生的实时推力进行估算。本发明的实时推力测试系统及估算方法具有较高的测试精度，能够在地面站实时获得分布式电推进无人机各个推进单元的实时推力数据。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种无人机的推力实时测试系统及方法。

背景技术

随着空中交通的快速发展，航空货运、城市通航等航空运输业带来的环境问题也亟待解决，人们正努力寻找替代传统化石燃料的解决方案。美国和欧盟也纷纷对下一代商用飞机在燃料消耗，噪声控制污染物排放等方面提出了新的要求，并制定了发展目标。在多/全电飞机技术发展的基础上，电推进技术成为飞机动力系统电气化的重要发展方向，有望进一步提高飞机动力系统的飞行气动效率和燃料经济性，以及减少噪声和污染物的排放。

相较于传统的集中式推进方式，分布式电推进将集中式的单个大功率发动机或电机系统分解为总功率相同的数个小功率电机分布式推进系统后，整个动力系统的功率密度和效率基本不变，这种方式能够有效地提升推进系统的涵道比，同时系统的能量管理控制更为灵活、容错性能更好，能够有效提升动力装置性能，改善燃油消耗率。此外分布式推进系统的各个涵道风扇能够更为方便地融入机身，使得飞机的气动效率更高。考虑到分布式电推进飞机在飞行过程中完成飞行姿态变化需要通过分布在机身不同位置的推进器产生不同的推力来完成，因此在飞行过程中推进器产生推力的实时测试技术就显得非常重要。目前在航空领域国际上对推力测试的方法主要有以下几种：

车载测试平台测试方法：将涵道风扇和调速器等电推进系统的组件安装在车载移动测试平台上，移动的车载测试平台可以模拟气流特性。同时电推进系统的测试装置采用高频数据采集系统以及传感器来完成对推力的测试工作。这种方法虽然能够替代风洞实验，但是无法得到飞行过程中的实时推力数据。

使用铰链或是线性轴承和应变测力传感器的推力测试方法：将推进单元安装在第一块板子上，第二块板子则安装在机身上。通过铰链与第二块板子的底部相连，并在两块板子的上沿安装应变测力传感器，以测量铰链的力矩，从而测量推进单元产生的推力。这种方法可以实时测试推力，但铰链的感应力矩会使测量结果出现一定误差。将铰链用线性轴承替代则可以解决感应力矩带来的问题，但仍然存在轴承中摩擦力、测力传感器的线性度与准确性对测量结果的影响。

对喷管矢量推力的测试：主要是在风洞试验中对喷管的推力特性进行测试研究，其目的主要是测量出喷管的推力大小和推力偏转角度。利用嵌入喷流模拟器内的喷管天平开展了喷流推力特性测量的技术方法研究。采用空气桥技术设计了专用的天平校准架，结合外置校准天平，提出了组合式的喷管天平推力修正方法。但此种方法对于涵道风扇作为推进单元的推进系统不适用。

还有一种导向平台侧推力装置：通过在测试平台上设置导向结构，使安装在导向结构上的涵道风扇可以沿导向结构自由移动在测试平台上一端设置测力装置，将涵道风扇与测力装置通过连接件连载，在涵道风扇移动时测力装置即可测出当前的推力。但这种测力平台无法在飞机实际飞行时进行实时的推力测量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种分布式电推进无人机的推力实时测试系统及方法，包括电推进器地面测试系统和机载电信号实时采集系统；首先设计电推进器地面测试系统的地面实验台，通过进行地面测试获取推力曲线，再通过曲线拟合获得所测推进器的力效函数关系；然后设计机载电信号实时采集系统，对每个推进单元的电参数进行实时的采集；最后设计实时推力估算方法，用所采集到的数据对无人机飞行时各个推进器所产生的实时推力进行估算。本发明的实时推力测试系统及估算方法具有较高的测试精度，能够在地面站实时获得分布式电推进无人机各个推进单元的实时推力数据。