אווירודינמיקה רב-תכליתית: אפיון דחף על הקסאקופטר

פרוטוקול זה מאפיין דחף הקסקופטר ואווירודינמיקה. לניסוי זה, השתמשנו ברכיבים זמינים מסחרית, מחוץ למדף עבור ההקסקופטר, והפרטים מסופקים בטבלה 2. עבור בקר הטיסה, בחרנו טייס אוטומטי בקוד פתוח, Librepilot, 9 מכיוון שהוא סיפק^גמישות לשלוט בפקודות מנוע בודדות שהונפקו להקסקופטר.

דוכן הבדיקות להרכבה של תא העומס וההקסאקופטר היה מפוברק בתוך הבית באמצעות דיקט למינציה ומוצג באיור 2. בעת תכנון עמדת הבדיקה, שים לב כי עליו לאפשר התאמה מדויקת של זווית ההתקפה של המולטי-קופטר ולהיות נוקשה מספיק כדי לעמוד בכוחות כיפוף ותנודות שנוצרו בעת הפעלת המנועים.

תא עומס בן 6 צירים נטען על עמדת הבדיקה ומחובר ללוח רכישת הנתונים, כפי שמוצג באיור 3. כוחות אווירודינמיים ודחוף חשים במסגרת הגוף של ההקסקופטר על ידי תא העומס. נתוני מד המתח עוברים דרך מרכך אותות. לוח רכישת הנתונים (DAQ) רוכש את רכיבי הכוח המומנט האנלוגיים באמצעות הליך כיול המסופק על-ידי יצרן תאי העומס. לוח DAQ מאחסן ערכים אלה במאגר במהירות גבוהה ומאוחר יותר לדיסק קבוע.

עבור פרוטוקול זה, ראשית, לקבוע את הכוחות שנוצרו על ידי המנועים בודדים. לאחר מכן לקבוע את הכוחות הפועלים על מסגרת האוויר חשוף, ואחריו קביעת הכוחות שנוצרו על ידי הקסאקופטר כולו כפונקציה של פקודות סל"ד מוטורי. הנפיק את אותן פקודות סל"ד לכל המנועים עבור כל בדיקה.

1. ניסוי דינמומטר

הדינמומטר מאפשר מדידה ישירה של פרמטרים, כולל דחף, מופך, סל"ד, מתח סוללה וזרם. לאחר מכן ניתן לגזור פרמטרים כגון חשמל, כוח מכני ויעילות מוטורית משוואות (3), (4) ו- (5).

1. חבר את הדינמומטר למחשב DAQ באמצעות מחבר USB.
2. הפעל את ממשק המשתמש הגרפי (GUI) שסופק עם הדינמומטר.
3. כייל את הדינמומטר על-ידי ביצוע ההוראות המופיעות על המסך. השתמש משקולות וזרוע ידית ידועה כאשר תתבקש.
4. הר את המנוע על עמדת הבדיקה של הדינמומטר.
5. חברו את המדחף לתצורת משיכה (טרקטור), כפי שמוצג באיור 4.
6. חבר את הסוללה לדינמומטר.
7. אבטחו היטב את הדינמומטר לדבך העבודה באמצעות מהדקי C.
8. הפעל את תוכנית קלט השלב ורשום את הפרמטרים הנמדדים, כולל דחף, מומנט, סל"ד מנוע, זרם מנוע, ופקודת "מצערת" של רוחב פעימה (PWM).

2. מבחן דחף סטטי

1. הדק את ההקסאקופטר בדוכן בדיקת תא העומס באמצעות ברגים הרכבה.
2. פתח את מערכת רכישת הנתונים (DAQ) והפעל את תוכנית הטיית מד עומס התאים.
3. חבר את בקר הטיסה של הקסאקופטר למחשב באמצעות כבל מיקרו USB ופתח את תוכנת תחנת בקר הקרקע (GCS).
4. חבר את ספק הכוח להקסאקופטר.
5. בחר בכרטיסיה תצורה -> פלט ב- GCS. קשר את כל המנועים, ובדוק את הבדיקה החיה של הפלטים.
6. הגדר את פקודת המצערת הרצויה ל- 1300 ms. ודא שבאפשרותך להפעיל את כל המנועים באמצעות אותה פקודת מצערת (PWM).
7. תן למערכת להתייצב למשך מספר שניות ולאחר מכן הפעל את תוכנית DAQ כדי לאסוף נתונים מתא העומס.
8. לאחר השלמת איסוף הנתונים, עצור את המנועים.
9. חזור על שלבים 3. 6 עד 3.8 לפקודות מצערת 1500 ms ו 1700 ms.
10. העבר נתונים המאוחסנים במערכת DAQ למחשב עיבוד נתונים ואחסון לטווח ארוך.

3. מבחן דחף דינמי

לערוך סדרה של בדיקות מנהרת רוח כדי לאפיין ולנתח את הכוחות האווירודינמיים הליניאריים של ההקסקופטר, בעיקר להרים ולגרור, על פני מגוון של מידות אוויר וזוויות שכיחות. במהלך ניסויי מנהרת הרוח, ההקסקופטר הוא הניח להיות בתנאי טיסה קבועים. לכן, הגודל של וקטור מהירות ההקסאקופטר זהה למהירות האוויר והניחו אופקית במסגרת העולם. כוחות הרמה וגרירה נובעים בעיקר מזרימת האוויר סביב ההקסאקופטר. שים לב כי כוחות הרמה וגרירה מניחים לאפיין את המעלית הכוללת וגרירה מוחלטת על hexacopter; כוחות הצד זניחים.

ההליך הניסיוני המבוצע בניסוי זה דומה לאלו שדווחו בפוסטר¹⁰ וראסל¹¹. במהלך בדיקות מנהרת הרוח, ההקסאקופטר הונע על ידי ממיר כוח המחובר לחשמל בניין (AC) כדי להבטיח רמות הספק ומתח עקביות לאורך כל הבדיקות. שים לב כי מנועים ב- RPMs גבוהים יכולים לצרוך זרם ניכר; השתמש במד נמוך בחוט אורך קצר כדי למנוע ירידת מתח ניכרת על פני החוט במהלך הפעולה.

1. הרכב את ההקסאקופטר בדוכן בדיקת תא העומס
2. חבר את תא העומס למחשב DAQ וחבר את ההקסאקופטר ל- GCS באמצעות ההליך המתואר עבור בדיקת הדחף הסטטי.
3. אבטחו את עמדת הבדיקה לבסיס מנהרת הרוח עם מהדקי C.
4. ודא שהמולטי-קופטר נקי היטב מקירות מנהרת הרוח, הרצפה והתקרה כדי למזער הפרעות והשתקפות של זרימת הנחל החופשי.
5. הר פיטו צינורות כמה מטרים מן hexacopter לדגום זרימת אוויר ללא הפרעה. חבר את חיישני הלחץ של הפיתות למערכת DAQ.
6. הגדר את זווית הצליל עבור ההקסאקופטר ל- 0° על-ידי התאמת מפרק הציר של מעמד הבדיקה. במנהרת הרוח, זווית גובה ההקסאקופטר וזווית ההתקפה זהות.
7. הפעל את תוכנית ההטיה כדי ליצור הטיות מתח תא עומס.
8. אתחל את מנהרת הרוח למהירות הרוח של 2.2 מ'/ש'.
9. לאחר שמהירות זרימת הזרם החופשית מתיישבת לערך הרצוי, אסוף קריאות FT בסיסיות מתא העומס עם מנועי hexacopter כבויים.
10. אתחל את פקודת המצערת ל- 1300 ms, תן למנוסה במנהרת הרוח להתיישב לפני איסוף נתוני FT ו- pitot.
11. חזור על שלבים 3.7 - 3.9 עבור פקודות מצערת של 1500 אלפיות שני ו- 1700 אלפיות שני.
12. חזור על שלבים 3.5 - 3.10 עבור זוויות גובה שונות של hexacopter וערכי במהירות אווירית של מנהרת הרוח, כפי שציין בטבלה 1.