微小型飛行器實驗裝置的製作方法

2023-05-17 19:40:51 2

專利名稱：微小型飛行器實驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及實驗測量技術領域，是一種用於微小型飛行器的各種飛行 模擬實驗，以獲得飛行器飛行特性與控制品質的實驗裝置。
背景技術：
微小型飛行器指的是旋翼的直徑在1米到2米組左右，機體重量在20 千克以下的直升機。這裡的飛行器指的都是直升機，微小型飛行器不適用 於固定翼飛機；微小型小型飛行器實驗裝置，是利用可運動的、專門設計 的機械裝置，將飛行器固定在裝置上，在人為可控制或可限制的範圍內， 模擬飛行器自由飛行或某種特定飛行狀況下的飛行裝置，試驗裝置的目的 是在保證飛行器不被損壞的前提下，對可設計的飛行狀態施行檢測和測量 實驗，以獲得飛行器的靜態或動態參數，為進一步提高飛行器控制系統品 質提供必要的數據。
目前微小型飛行器實驗裝置不具備通用性，實驗裝置的結構千差萬
別，每個實驗裝置都是根據實驗的需要設計裝置的具體形式，增加了實驗 的成本和時間。

發明內容
本發明的目的在提供一種全新的微小型飛行器實驗裝置，針對微小型 直升機設計，充分考慮到了微小型直升機飛行實驗的要求，具備一定的通 用性。可對微小型飛行器進行模擬飛行和特定設計的飛行控制進行實驗， 以測試飛行器的飛行特性和飛行控制系統的性能。
為達到上述目的，本發明的技術解決方案是-
一種微小型飛行器實驗裝置，包括支架和旋轉託盤兩部分；其中，支 架包括垂直支架、橫梁和固定底座，固定底座用固定件固定在地面或其他 平面上；垂直支架底端與固定底座固接，橫梁中部設有支點，通過支點連接在垂直支架的頂端，橫梁通過支點在水平面內和在垂直平面內做旋轉運 動；在橫梁的一側外周圓上設有陽螺紋，與至少一管狀配重砝碼內壁的陰 螺紋相適配，通過螺紋連接；在橫梁的另一側端頭設有向上垂直伸出的垂 直軸；橫梁的兩側各設有一限位元件，限位元件一端固接在橫梁上，另一 端固接在固定底座上表面；
旋轉託盤通過中心的三自由度旋轉軸與橫梁的垂直軸頂端相連，旋轉 託盤以三自由度旋轉軸為中心，能夠分別繞著笛卡爾空間的三個垂直軸轉 動；
為了防止託盤過分傾斜，在三自由度旋轉軸的三個轉動方向上設有第 二限位元件。
所述的微小型飛行器實驗裝置，其所述橫梁兩側的限位元件，為條狀 彈性件，橫梁通過支點在水平面內和在垂直平面內做旋轉運動，是橫梁繞 著支點在水平面內做360o旋轉，在垂直平面內以限位元件控制做-60o 60o旋轉。
所述的微小型飛行器實驗裝置，其所述三自由度旋轉軸，包括外軸套， 連接杆，球面關節，兩鎖緊頂絲，其中，外軸套內腔中可活動的接有球面 關節，在外軸套的側壁上設有兩鎖緊頂絲，兩鎖緊頂絲位於外軸套的中心 水平切面上，相互垂直；外軸套通過球面關節與橫梁的垂直軸頂端連接， 以繞橫梁的垂直軸旋轉，第二鎖緊頂絲用以鎖定外軸套的旋轉運動；球面 關節上設有連接杆，連接杆內端與球面關節固接，連接杆外端與旋轉託盤 中心固接，旋轉託盤經連接杆以球面關節相對外軸套作俯仰和橫滾兩個方 向的旋轉運動，第一鎖緊頂絲以鎖定球面關節相對外軸套的旋轉運動。
所述的微小型飛行器實驗裝置，其所述第二限位元件，為三自由度旋 轉軸的外軸套，分別將旋轉託盤的三個方向旋轉角度限制在-60o 60o。
所述的微小型飛行器實驗裝置，其所述微小型飛行器為直升機。
本發明的微小型飛行器實驗裝置，降低了實驗風險，增加了實驗的安 全性，而且結構簡單，使用方便，價格低廉，能夠對各種小型飛行器實行 室內安全實驗，滿足飛行器性能估計和參數設定。


圖1為本發明的微小型飛行器實驗裝置結構示意圖； 圖2為本發明的旋狀託盤球關節結構示意圖；其中 圖2 (a)為三自由度旋轉軸6側視圖2 (b)為為三自由度旋轉軸6 (去掉旋轉託盤5後的)俯視圖;
圖3為本發明的支點結構示意圖，其中
圖3(a)為支點沿橫梁方向的剖面圖3(b)為支點沿橫梁垂直方向的剖面圖4(a)為本發明的橫梁與垂直軸的螺栓連接的側視圖4(b)為橫梁與垂直軸的螺栓連接的俯視圖。
具體實施例方式
請參閱圖1，是本發明的微小型飛行器實驗裝置，由兩部分組成支 架和旋轉託盤。其中，支架由垂直支架l、橫梁2和固定底座7組成。固 定底座7使用螺栓固定在地面或其他平面上。垂直支架1底端與固定底座 7固接，橫梁2中部設有支點4，通過支點4連接在垂直支架1的頂端， 橫梁2可通過支點4在水平面內和在垂直平面內做旋轉運動。如圖3所示， 其中，圖3(a)為支點4沿橫梁2方向的剖面圖；圖3(b)為支點4沿橫 梁2垂直方向的剖面圖，圖中垂直支架l，橫梁2，螺栓41，螺栓42。
在橫梁2的一側外周圓上設有陽螺紋，與管狀配重砝碼3內壁的陰螺 紋相適配，兩者通過螺紋連接，可通過旋轉配重砝碼3調節配重砝碼3與 支點4的距離，確定配重砝碼3在橫梁2上的位置，以滿足不同的配重需 求；在橫梁2的另一側端頭設有向上垂直伸出的垂直軸8，垂直軸8與橫 梁2之間通過螺栓固接。如圖4所示，圖4(a)為橫梁2與垂直軸8的螺栓 連接的側視圖，圖4(b)為橫梁2與垂直軸8的螺栓連接的俯視圖。圖中， 橫梁2，垂直軸8，螺栓81，螺栓82。
橫梁2的兩側各設有一限位元件9，限位元件9 一端固接在橫梁2上， 另一端固接在固定底座7上表面。三自由度旋轉軸6與垂直軸8頂端通過 滾動軸承相連，旋轉託盤5與三自由度旋轉軸6連接，旋轉託盤5以三自 由度旋轉軸6為中心，能夠在笛卡爾空間中轉動。三自由度旋轉軸與橫梁 2的垂直軸8之間的連接，以及與旋轉託盤5的連接關係請參閱圖2 。實
6驗時，微型飛行器10固定在旋轉託盤5上。
三自由度旋轉軸6的結構請參閱圖2,圖2(a)為三自由度旋轉軸6 側視圖，圖2(b)為去掉旋轉託盤5後的三自由度旋轉軸6俯視圖，圖中， 旋轉託盤5，外軸套61，連接杆62，球面關節63，鎖緊頂絲64，鎖緊頂 絲65,滾動軸承66，螺栓67。
三自由度旋轉軸6由外軸套61，連接杆62，球面關節63，鎖緊頂絲 64，鎖緊頂絲65，滾動軸承66，螺栓67組成。其中，外軸套61內腔中 可活動的接有球面關節63，連接杆62的內端固接在球面關節63上，連接 杆62可以通過球面關節63相對外軸套61作俯仰和橫滾兩個方向的旋轉 運動，在外軸套61的側壁上設有相互垂直的鎖緊頂絲64和鎖緊頂絲65， 兩鎖緊頂絲64、 65位於外軸套61的中心水平切面上。鎖緊頂絲64可以 鎖定球面關節63相對外軸套61的旋轉運動。連接杆62的外端通過螺栓 與旋轉託盤5固接，這樣旋轉託盤5就能間接通過球面關節63做俯仰和 橫滾運動，同時外軸套61限制連接杆62在錐角為60度的圓錐空間中運 動，這樣間接地限制旋轉託盤5的俯仰和橫滾運動在-60° 60°，構成限制 旋轉託盤5運動的第二限位元件。外軸套61通過滾動軸承66與橫梁2的 垂直軸8頂端連接，可以繞橫梁2的垂直軸8旋轉，鎖緊頂絲65可以鎖 定外軸套61的旋轉運動。
本發明的實驗裝置，其鎖緊頂絲64、 65構成旋轉託盤5的鎖定元件， 能夠分別鎖定旋轉託盤5旋轉方向，使旋轉託盤5在該方向上不能旋轉。
本發明的實驗裝置，其三自由度旋轉軸，包括外軸套，連接杆，球面 關節，兩鎖緊頂絲，其中球面關節放置在外軸套的內腔中，球面關節可相 對外軸套轉動；在外軸套的側壁上設有兩鎖緊頂絲，鎖緊頂絲為螺絲。
本發明的微小型飛行器實驗裝置，使用時，將被實驗的飛行器10固 定在旋轉託盤5上，飛行器10啟動後帶動旋轉託盤5繞三自由度旋轉軸6 在空間做旋轉，同時帶動橫梁2繞著垂直支架1上的支點4轉動。
本發明的突出特點是利用微小型飛行器10的動力，帶動旋轉平臺和 橫梁裝置同時運動，在保證飛行器10運動不受到限制的情況下，產生模 擬飛行器自由飛行的狀態，當飛行器10的某個或某幾個控制通道受到限 制時，通過飛行器10上安裝的傳感器，如速率陀螺，能夠測量得到飛行器控制通道之間的耦合關係；也能夠通過實驗裝置提供的配種砝碼3，以 及砝碼3在衡量上的位置，計算得到飛行器10施加的提升力，這些測量 和計算得到的參數提供給控制器設計、優化等任務使用。由於飛行器10 是固定在實驗儀器上的，所以對操作手的操作技術要求降低了，甚至可以 由非專業航模操作手經過簡單的培訓後操作實驗。在模擬實驗中，避免了 飛行器10操作不當的墜毀危險，增加了實驗的安全性，降低了實驗風險， 而且該實驗裝置結構簡單，具有通用性，使用方便，價格低廉，適合於非 專業實驗室使用。
權利要求
1、一種微小型飛行器實驗裝置，包括支架和旋轉託盤兩部分；其特徵在於，其中，支架包括垂直支架、橫梁和固定底座，固定底座用固定件固定在地面或其他平面上；垂直支架底端與固定底座固接，橫梁中部設有支點，通過支點連接在垂直支架的頂端，橫梁通過支點在水平面內和在垂直平面內做旋轉運動；在橫梁的一側外周圓上設有陽螺紋，與至少一管狀配重砝碼內壁的陰螺紋相適配，通過螺紋連接；在橫梁的另一側端頭設有向上垂直伸出的垂直軸；橫梁的兩側各設有一限位元件，限位元件一端固接在橫梁上，另一端固接在固定底座上表面；旋轉託盤通過中心的三自由度旋轉軸與橫梁的垂直軸頂端相連，旋轉託盤以三自由度旋轉軸為中心，能夠分別繞著笛卡爾空間的三個垂直軸轉動；為了防止託盤過分傾斜，在三自由度旋轉軸的三個轉動方向上設有第二限位元件。
2、 如權利要求1所述的實驗裝置，其特徵在於所述橫梁兩側的限 位元件，為條狀彈性件，橫梁通過支點在水平面內和在垂直平面內做旋轉 運動，是橫梁繞著支點在水平面內做360。旋轉，在垂直平面內以限位元件 控制做-60° 60°旋轉。
3、 如權利要求1所述的實驗裝置，其特徵在於所述三自由度旋轉 軸，包括外軸套，連接杆，球面關節，兩鎖緊頂絲，其中，外軸套內腔中 可活動的接有球面關節，在外軸套的側壁上設有兩鎖緊頂絲，兩鎖緊頂絲 位於外軸套的中心水平切面上，相互垂直；外軸套通過滾動軸承與橫梁的 垂直軸頂端連接，以繞橫梁的垂直軸旋轉，第二鎖緊頂絲用以鎖定外軸套 的旋轉運動；球面關節上設有連接杆，連接杆內端與球面關節固接，連接 杆外端與旋轉託盤中心固接，旋轉託盤經連接杆以球面關節相對外軸套作 俯仰和橫滾兩個方向的旋轉運動，第一鎖緊頂絲以鎖定球面關節相對外軸 套的旋轉運動。
4、 如權利要求1或3所述的實驗裝置，其特徵在於所述第二限位 元件，為三自由度旋轉軸的外軸套，分別將旋轉託盤的三個方向旋轉角度限制在-60o 60o。 一
5、如權利要求1所述的實驗裝置，其特徵在於所述微小型飛行器 為直升機。
全文摘要
本發明一種微小型飛行器實驗裝置，涉及實驗測量技術，用於飛行器實驗與參數測量，由支架、一個能夠三維旋轉的託盤、可移動的配重砝碼和安全限位元件組成。支架由橫梁和支撐杆組成，橫梁和支架帶有固定孔和固定螺栓，能夠固定在水平面上，以保證實驗裝置的穩定性。旋轉託盤用來盛載被實驗的飛行器，飛行器可通過螺釘固定在託盤上，託盤和飛行器在一個球面關節的帶動下，能夠在空間繞著三個垂直軸做旋轉運動。本發明的實驗裝置，針對飛行器空間飛行的特點，設計了飛行器本體三維空間的姿態運動和位置運動自由度，在確保飛行器安全的條件下，實現飛行實驗並測量飛行器靜態和動態參數。
文檔編號G01M99/00GK101620033SQ20081011603
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月2日 優先權日2008年7月2日
發明者侯增廣, 超 周, 猛 柏, 梁自澤, 王曉東, 民 譚, 趙曉光, 鄧海波 申請人:中國科學院自動化研究所