CN110082060A - 一种植保无人飞机抗风性能测试装备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植保无人飞机抗风性能测试装备，由三组造风装备和一套测风***组成，所述造风装备由动叶可调轴流风机、导风机构、升降平台、供电柜、变频控制柜组成，所述动叶可调轴流风机安装在升降平台上，所述导风机构安装在动叶可调轴流风机的出风口和进风口，所述动叶可调轴流风机与升降平台均由供电柜供电，所述动叶可调轴流风机由变频控制柜控制；所述测风***由捕风网和风速仪组成。本发明是基于变频控制技术的植保无人飞机抗风性能检测***，通过变频，调整轴流风机的转速，得到试验所需的理想风场，建立风场模型，得到满足测试需要风场区域，实现植保无人飞机抗风性能快速经济地测试。

Description

一种植保无人飞机抗风性能测试装备及方法

技术领域

本发明涉及一种植保无人飞机抗风性能测试装备及方法，属于农业航空技术领域。

背景技术

无人机的抗风性能测试要求是基于飞机在不同等级风的环境中位置控制和姿态控制的思路。目前，测试方法有单边挂重物试验、风场模拟试验和风洞试验等。单边挂重物试验是在飞机的某一侧机臂挂上相应的重物进行飞行试验，模拟飞机在受到阵风干扰的情况下飞行场景。此种测试方法比较粗糙，测试结果极不准确且容易坠机。风场模拟试验是仿真手段，在飞机的航程及航线推算中引入风场数据进行试验，通过比较有风和无风两种环境下飞机位置和航线偏差，评估被测无人机的抗风性能的好坏。风场模拟试验是目前无人机抗风性能研究中一种应用较多的方法，但由于风场种类复杂，模拟风场与实际风场有很大的区别，抗风性能测试结果精度并不高。风洞试验也是其中一个非常重要的手段，虽然其测试精度高，但风洞试验设备建设成本和运行成本过高，对于植保无人飞机性能检验来讲性价比太低，不符合农业行业应用的需要；也有用风扇形成一道风幕，但风扇形成的风场不够稳定均匀，特别是在室外，易受自然风的干扰，形成乱流；也有借用自然条件大风天气进行测试的，这种受自然条件的限制，不符合常规性能试验的需求。综上所述，这些测试手段不是结果不准确，就是运行成本过高，不符合产品常规性能检验的需求。为此，需要设计相应的技术方案给予解决。

发明内容

本发明是基于变频控制技术的植保无人飞机抗风性能检测***，通过变频控制调整轴流风机的转速，得到试验所需的理想风场，建立风场模型，得到满足测试需要风场区域，实现植保无人飞机抗风性能快速经济地测试，满足实际使用要求。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种植保无人飞机抗风性能测试装备，由三组造风设备、一套测风***和起飞台组成，所述造风设备由动叶可调轴流风机、进出口导风筒、液压升降平台、供电柜、变频控制柜组成。所述动叶可调轴流风机设置在液压升降平台上；所述导风筒设置在动叶可调轴流风机的进风口与出风口处；所述动叶可调轴流风机、液压升降平台与变频控制柜均由供电柜供电；所述动叶可调轴流风机转速由变频控制柜控制；

所述测风***由捕风网、热线式风速仪和三轴风速仪组成；所述起飞台为铝型材搭建的长方体台桌；所述液压升降平台由底座、液压油箱、液压泵、液压泵控制器、液压泵电箱、升降台支杆、液压缸、液压缸安装架、接近开关传感器、液压升降台台面等组成。

作为上述技术方案的改进，所述动叶可调轴流风机主要包括：集流器、进风口整流网、风机叶片、电机、电机支架、导风栅格、出风口整流栅格、风机底座组成。

作为上述技术方案的改进，所述集流器为喇叭状结构，且其中心与风机叶片旋转中心同轴；所述进风口整流网呈螺旋状分布于风机进口处，并通过焊接或螺栓连接固定于集流器边缘。

作为上述技术方案的改进，所述电机支架由两块相互平行的竖直放置钢板与一块水平横置钢板焊接而成，三块钢板边缘均与风机内壁焊接连接；所述电机设置于电机支架上；风机叶片与电机输出轴通过螺栓固定连接。

作为上述技术方案的改进，所述导风栅格由渐缩型导风件与导风叶片组成；所述导风叶片与渐缩型导风件和风机内壁焊接连接，且在内机内壁圆周上呈均匀分布。

作为上述技术方案的改进，所述出风口整流方形栅格由均匀分布的横置钢板与竖置钢板相互连接而成，且钢板与风机内壁连接。

作为上述技术方案的改进，所述风机底座由不锈钢方管首尾焊接连接，并通过L型钢板、螺栓与风机连接。

作为上述技术方案的改进，所述风速仪包括：多个三轴风速传感器、无线数据传输和数据采集处理终端。

具体地，植保无人飞机抗风性能测试方法如下：

S1：用热线式风速仪测试捕风网各个节点的风速数据；

S1：用三轴风速仪监测自然风速；

S2：根据已有的风场模型，找出试验需要的风场风速区域；

S3：将起飞平台放置于试验区域；

S4：将被测植保无人飞机放置在起飞平台上；

S5：开启动叶可调轴流风机并调至相应频率，测试试验区域的风速，确认风速符合试验需要；

S6：操作植保无人飞机起飞；

S7：保持植保无人飞机悬停，且将动叶可调轴流风机升高至测试需要的高度；

S8：操作植保无人飞机飞至相应的高度，并停于试验风场区域内；

S9：操作植保无人飞机在该区域风前进、后退、左飞、右飞、上升、下降等动作；

S10：保持植保无人飞机悬停，将动叶可调轴流风机降至最低点；

S11：操作植保无人飞机，使植保无人飞机降落至起飞平台。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

本发明能准确地测试飞机的抗风等级，降低了测试成本，经济、安全、方便、准确。

附图说明

图1为本发明所述植保无人飞机抗风性能测试装备立体结构示意图。

图2为本发明所述测风***示意图。

图3为本发明动叶可调轴流风机结构示意图。

图4为本发明进风口整流网、导风栅格与出风口整流栅格示意图。

图5为本发明液压升降台结构示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

如图1至图5所示：为本发明所述植保无人飞机抗风性能测试装备整体结构与关键部件示意图。

实施例：所述植保无人飞机抗风性能测试装备，由三组造风装备、起飞台组成。

造风装备由动叶可调轴流风机1、进出口导风筒2、液压升降平台3、供电柜4、变频控制柜5组成；动叶可调轴流风机1设置在液压升降平台3上；进出口导风筒2设置在动叶可调轴流风机1的进风口与出风口处；动叶可调轴流风机1、液压升降平台3与变频控制柜5均由供电柜4供电；动叶可调轴流风机1转速由变频控制柜5控制；起飞台为铝型材搭建的长方体台桌；液压升降平台3由底座31、液压油箱32、液压泵33、液压泵控制器34、液压泵电箱35、升降台支杆36、液压缸37、液压缸安装架38、接近开关传感器39、液压升降台台面310等组成。

动叶可调轴流风机1主要包括：集流器11进风口整流网12、风机叶片13、电机14、电机支架141、导风栅格15、出风口整流方形栅格16、风机底座17组成。

具体地，其中，集流器11为喇叭状结构，且其中心与风机叶片13旋转中心同轴；进风口整流网12呈螺旋状分布于风机进口处，并通过焊接或螺栓连接固定于集流器11边缘。而电机支架141由两块相互平行的竖直放置钢板与一块水平横置钢板焊接而成，三块钢板边缘均与风机内壁焊接连接，电机14设置于电机支架141上，风机叶片13与电机输出轴142通过螺栓固定连接。导风栅格15由渐缩型导风件151与导风叶片152组成；导风叶片152与渐缩型导风件151和风机内壁焊接连接，且在内机内壁圆周上呈均匀分布。出风口整流方形栅格16由均匀分布的横置钢板与竖置钢板相互连接而成，且钢板与风机内壁连接。

更具体地，风机底座17由不锈钢方管首尾焊接连接，并通过L型钢板、螺栓与风机连接。风速仪包括：多个三轴风速传感器81、无线数据传输和数据采集处理终端82。

动叶可调轴流风机通过叶轮旋转制造风场，通过改变变频控制柜5输出频率，调整动叶可调轴流风机1转速；动叶可调轴流风机1安装在液压升降平台3上，动叶可调轴流风机1制造的风速带能随升降平台上下移动调整高度。本发明提供的抗风性能测试***，利用变频器调整动叶可调轴流风机1的叶轮转速，制造的风场风向稳定，风速带高度可调，风速均匀、可调，本发明提供的测试方法能准确地测试飞机的抗风等级，降低了测试成本，经济、方便、准确。

更具体地，植保无人飞机抗风性能测试***的总体结构示意图如图1所示：采用“变频调速+动叶可调轴流风机”的运行结构，通过调整叶片角度将风机始终稳定在最高效率点，实现风机性能曲线的平移，为风机***提供一种风机调整过程中始终保持高效运行的手段；动叶可调轴流风机1可实现在固定转速条件下，通过改变动叶可调轴流风机1机械能向流体动能转化的能力，而不改变***管道阻力，避免了作无用功，其风量大，风向固定，转速低，效率高，出风口风速衰减较慢，节省能源；利用变频控制技术调整风机的转速，不仅能制造可变风速的模拟风场，还可以抵消自然风场对模拟风场的耦合效应；利用液压升降平台3带动动叶可调轴流风机1上下移动，达到风速带随植保无人飞机正常作业高度调整的目的。

如图2所示：本发明所述测风***示意图。

实施例：测风***由捕风网、热线式风速仪和三轴风速仪组成；风速仪包括：多个三轴风速传感器、无线数据传输和数据采集处理终端。利用捕风网和热线式风速仪测量风机风场各个节点的风速分布，通过三轴式风速仪实时检测自然环境风速变化，找到风机风场分布规律随自然风速变化的规律，得到试验所需的理想风场，建立风场模型。测试时利用捕风网和风速仪快速找到自然环境下满足试验要求的区域，将起飞平台放置在相应的位置，测试相应风速下飞机的起飞、侧飞、前进、后退、降落等飞行动作能否正常完成，观察飞行姿态，测试其定位精度，从而判定飞机抗风等级。

具体地，所述植保无人飞机抗风性能测试方法如下：

S1：用风速仪测试自然风速；

S2：根据已有的风场模型，找出试验需要的风场风速区域；

S3：将起飞平台放置于试验区域；

S4：将被测植保无人飞机放置在起飞平台上；

S5：开启动叶可调轴流风机并调至相应频率，测试试验区域的风速，确认风速符合试验需要；

S6：操作植保无人飞机起飞；

S7：保持植保无人飞机悬停，且将动叶可调轴流风机升高至测试需要的高度；

S8：操作植保无人飞机飞至相应的高度，并停于试验风场区域内；

S9：操作植保无人飞机在该区域风前进、后退、左飞、右飞、上升、下降等动作；

S10：保持植保无人飞机悬停，将动叶可调轴流风机降至最低点；

S11：操作植保无人飞机，使植保无人飞机降落至起飞平台。

综上所述：本发明是基于变频控制技术的植保无人飞机抗风性能检测***，通过变频，调整轴流风机的转速，得到试验所需的理想风场，建立风场模型，得到满足测试需要风场区域，实现植保无人飞机抗风性能快速经济地测试，满足实际使用要求。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种植保无人飞机抗风性能测试装备，其特征在于：由三组造风设备、一套测风***和起飞台组成；所述造风设备由动叶可调轴流风机(1)、进出口导风筒(2)、液压升降平台(3)、供电柜(4)、变频控制柜(5)组成；所述动叶可调轴流风机(1)设置在液压升降平台(3)上；所述导风筒设置在动叶可调轴流风机(1)的进风口与出风口处；所述动叶可调轴流风机(1)、液压升降平台(3)与变频控制柜(5)均由供电柜(4)供电；所述动叶可调轴流风机(1)转速由变频控制柜(5)控制；

所述测风***由捕风网(6)、热线式风速仪(7)和三轴风速仪(8)组成，所述起飞台为铝型材搭建的长方体台桌；

所述液压升降平台(3)由底座(31)、液压油箱(32)、液压泵(33)、液压泵控制器(34)、液压泵电箱(35)、升降台支杆(36)、液压缸(37)、液压缸安装架(38)、接近开关传感器(39)、液压升降台台面(310)等组成。

2.根据权利要求1所述植保无人飞机抗风性能测试装备，其特征在于：所述动叶可调轴流风机主要由：集流器(11)进风口整流网(12)、风机叶片(13)、电机(14)、电机支架(141)、导风栅格(15)、出风口整流方形栅格(16)、风机底座(17)组成。

3.根据权利要求2所述植保无人飞机抗风性能测试装备，其特征在于：所述集流器(11)为喇叭状结构，且其中心与风机叶片(13)旋转中心同轴；所述进风口整流网(12)呈螺旋状分布于风机进口处，并通过焊接或螺栓连接固定于集流器(11)边缘。

4.根据权利要求2所述植保无人飞机抗风性能测试装备，其特征在于：所述电机支架(141)由两块相互平行的竖直放置钢板与一块水平横置钢板焊接而成，三块钢板边缘均与风机内壁焊接连接；所述电机(14)设置于电机支架(141)上；所述风机叶片(13)与电机输出轴(142)通过螺栓固定连接。

5.根据权利要求2所述植保无人飞机抗风性能测试装备，其特征在于：所述导风栅格(15)由渐缩型导风件(151)与导风叶片(152)组成；所述导风叶片(152)与渐缩型导风件(151)和风机内壁焊接连接，且在内机内壁圆周上呈均匀分布。

6.根据权利要求2所述植保无人飞机抗风性能测试装备，其特征在于：所述出风口整流方形栅格(16)由均匀分布的横置钢板与竖置钢板相互连接而成，且钢板与风机内壁连接。

7.根据权利要求2所述植保无人飞机抗风性能测试装备，其特征在于：所述风机底座(17)由不锈钢方管首尾焊接连接，并通过L型钢板、螺栓与风机连接。

8.根据权利要求1所述植保无人飞机抗风性能测试装备，其特征在于：所述风速仪包括：多个三轴风速传感器(81)、无线数据传输和数据采集处理终端(82)。

9.根据权利要求1-8所述植保无人飞机抗风性能测试方法，其特征在于：所述测试方法如下：

S1：用热线式风速仪测试捕风网各个节点的风速数据；

S1：用三轴风速仪监测自然风速；

S2：根据已有的风场模型，找出试验需要的风场风速区域；

S3：将起飞平台(9)放置于试验区域；

S4：将被测植保无人飞机(10)放置在起飞平台上；

S5：开启动叶可调轴流风机并调至相应频率，测试试验区域的风速，确认风速符合试验需要；

S6：操作植保无人飞机起飞；

S7：保持植保无人飞机悬停，且将动叶可调轴流风机升高至测试需要的高度；

S8：操作植保无人飞机飞至相应的高度，并停于试验风场区域内；

S9：操作植保无人飞机在该区域风前进、后退、左飞、右飞、上升、下降等动作；

S10：保持植保无人飞机悬停，将动叶可调轴流风机降至最低点；

S11：操作植保无人飞机，使植保无人飞机降落至起飞平台。