[发明专利]一种小型涵道飞行器飞行参数的测量方法

摘要

本发明公开了一种小型涵道飞行器飞行参数的测量方法，该方法能够达到提高测量便捷性以及测量数据准确性的目的；该方法依照机体坐标系正交布置传感器：将扭矩传感器沿横向机体的轴线方向设置；在竖直平面内，将两个拉压测量装置一端分别连接横向机体的固定轴，另一端连接水平工作台，并使得这两个装置为竖直方向；在水平面内，将拉压测量装置一端分别连接在横向机体的左右两侧的轴线，另一端连接至水平工作台的垂直钢杆的铰链上，并使得这两个装置为水平方向，扭矩传感器通过万向节联轴器与飞行器相连接，拉压传感器通过关节轴承与飞行器相连；实现对小型涵道飞行器的质量和质心位置、发动机的推力、俯仰力矩、滚转力矩和偏航力矩的测量。

主权项

一种小型涵道飞行器飞行参数的测量方法，所述飞行参数包括小型涵道飞行器的质量和质心位置、发动机的推力、俯仰力矩、滚转力矩和偏航力矩；该飞行器内设有发动机、反扭矩舵、俯仰控制舵和滚转控制舵；其特征在于，该方法基于的测量系统包括测试平台座（1）、直线导轨（2）、扭矩传感器（3）、万向节联轴器（4）、拉压测量装置（51~55）、小型涵道飞行器（6）、工作台（7）、第一关节轴承（8）、铰链（9）、滑动轴承（10）、光轴支承座（11）、第一轴向限位环（12）、固定轴（13）、光轴（14）、钢杆（15~17）、第二关节轴承（18）和第二轴向限位环（19）；所述拉压测量装置由两侧各连接有刚性轴的拉压传感器构成，且两个刚性轴同轴；该系统各组成部分之间的连接关系为：在地面上设置有两个互相平行的直线导轨（2），且沿横向分布，两个直线导轨（2）上设置有工作台（7），工作台（7）的两侧底部通过滑轨与相应的直线导轨（2）卡合；工作台（7）的右侧上表面边沿的中点处设有滑动轴承（10），工作台（7）右侧的墙壁上安装有测试平台座（1），滑动轴承（10）通过第五拉压测量装置（55）连接至测试平台座（1），并使得第五拉压测量装置（55）呈水平方向；在工作台（7）的上表面横向中心线上从左到右依次设有第一钢杆（15）和两个铰链（9），两个铰链（9）之间的距离大于小型涵道飞行器（6）的高度，第一钢杆（15）垂直放置且靠近工作台（7）的左侧边沿，第一钢杆（15）的长度大于小型涵道飞行器（6）的1/2宽度，第一钢杆（15）的上端分为两端，一端固连扭矩传感器（3）的左端，另一端固连光轴支承座（11）底部，扭矩传感器（3）的右端连接水平光轴（14），光轴支承座（11）被设置在光轴（14）上，光轴（14）的右端安装有万向节联轴器（4）；工作台（7）的后侧上表面边沿从左到右依次设有第二钢杆（16）和第三钢杆（17），二者均与第一钢杆（15）等长，第二钢杆（16）和第三钢杆（17）之间的距离大于小型涵道飞行器（6）的高度，且二者上端各设有铰链（9）；所述万向节联轴器（4）的右端连接固定轴（13），小型涵道飞行器（6）沿横向轴向且被安装在固定轴（13）上，并使得小型涵道飞行器（6）的顶部朝左，在万向节联轴器（4）与小型涵道飞行器（6）的顶部之间的固定轴（13）上依 次设有第一轴向限位环（12）和两个第一关节轴承（8），第一轴向限位环（12）用于固定第一关节轴承（8）的位置，两个第一关节轴承（8）贴合分布，其中一个第一关节轴承（8）通过第四拉压测量装置（54）连接至工作台（7）上较近的铰链（9），并使得第四拉压测量装置（54）的刚性轴垂直于工作台（7），另一个第一关节轴承（8）通过第一拉压测量装置（51）连接至第二钢杆（16）上端的铰链（9），并使得第一拉压测量装置（51）的刚性轴垂直于第二钢杆（16）；在靠近小型涵道飞行器（6）底部的固定轴（13）上依次设有两个第二关节轴承（18）和第二轴向限位环（19），第二轴向限位环（19）用于固定第二关节轴承（18）的位置，两个第二关节轴承（18）贴合分布，其中一个第二关节轴承（18）通过第三拉压测量装置（53）连接至工作台（7）上较近的铰链（9），并使得第三拉压测量装置（53）的刚性轴垂直于工作台（7），另一个第二关节轴承（18）通过第二拉压测量装置（52）连接至第三钢杆（17）上端的铰链（9），并使得第二拉压测量装置（52）的刚性轴垂直于第三钢杆（17），最终使得固定轴（13）平行于工作台（7）的横向中心线。该方法的具体过程如下：1）测量飞行器的质量和质心；当所述系统未安装小型涵道飞行器（6）时，第四拉压测量装置（54）的拉压传感器测量值为F1，第三拉压测量装置（53）的拉压传感器测量值为F2，当需要进行测试时，将小型涵道飞行器（6）按照上述方式安装，此时第四拉压测量装置（54）的拉压传感器测量值为F′1，第三拉压测量装置（53）的拉压传感器测量值为F＇2，同时测得小型涵道飞行器（6）的高度为L，第四拉压测量装置（54）的刚性轴与相应第一关节轴承（8）的连接点距小型涵道飞行器（6）顶部为l1，第三拉压测量装置（53）的刚性轴与相应第二关节轴承（18）的连接点距小型涵道飞行器（6）底部为l2，则有：ΔF1+ΔF2＝Mg                                    （1）ΔF1＝F1‑F′1                                    （2）ΔF2＝F2‑F＇2                                             （3）其中，M为小型涵道飞行器（6）的整器重量；由式（1）~（3），计算得到M；假设小型涵道飞行器（6）的质心距该飞行器底部的距离为x，在竖直平面内，由力矩平衡，则有：F＇1×(l1+x)＝F′2×(l2+L‑x)                              （4）由式（4），确定小型涵道飞行器（6）的质心位置；2）测量发动机推力；在所述系统内安装小型涵道飞行器（6）后，开启其发动机，使发动机以某一转速转动，此时产生水平向左的推力FT，同时FT的大小由第五拉压测量装置（55）的拉压传感器测量得到；3）测量偏航力矩；在所述系统内安装小型涵道飞行器（6）后，将该飞行器的反扭矩舵调整到零位置，并使发动机以某一转速转动，此时，扭矩传感器（3）测得发动机的输出扭矩为Mp，开启反扭矩舵，此时，扭矩传感器（3）测得扭矩Mcp，则在该转速下，该飞行器的偏航力矩Mc为：Mc=Mcp‑Mp                                                  （5）4）测量俯仰力矩和滚转力矩；在所述系统内安装小型涵道飞行器（6）后：①开启飞行器内的发动机和俯仰控制舵，并使得俯仰控制舵的俯仰力矩为顺时针方向，记为M俯仰，此时第四拉压测量装置（54）的拉压传感器测量值为FA，第三拉压测量装置（53）的拉压传感器测量值为FD。由力矩平衡原理得到：M俯仰+ΔFA×(l1+x)＝ΔFD×(l2+L‑x)                          （6）ΔFA＝F′A‑FA                                               （7）ΔFD＝F＇D‑FD                                               （8）由式（6）~（8），计算得到M俯仰；同样地，当俯仰控制舵的俯仰力矩为逆时针方向时，可计算得到相应的俯仰力矩；②在水平面内，开启发动机和滚转控制舵，并使得滚转控制舵的滚转力矩为顺时针方向，记为M滚转，此时，第一拉压测量装置（51）的拉压传感器测量值为FB，第二拉压测量装置（52）的拉压传感器测量值为FC，由力矩平衡原理得到：M滚转+FB×(l1+x)＝FC×(l2+L‑x)                            （9）由式（9），计算得到M滚转；同样地，当滚转控制舵的滚转力矩为逆时针方向时，可计算得到相应的滚转力矩。