[發(fā)明專利]無人機(jī)微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控臺(tái)及測(cè)控方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210322081.1
• 申請(qǐng)日: 2022-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN114923696B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安斯奇;遆政憲;彭旭;楊國(guó)龍;齊元;張啟悅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)民用航空飛行學(xué)院
• 主分類號(hào): G01M15/14
• 分類號(hào): G01M15/14;G01M15/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 江亞平

1.一種無人機(jī)微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控臺(tái)，其特征在于：包括發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)與控制終端兩部分，分別安置于主、副設(shè)備車上；

所述發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)由防靜電工作臺(tái)形成，被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)為微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，通過水平型材支架設(shè)置在所述防靜電工作臺(tái)上；所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)主體、尾噴管和進(jìn)氣道；所述進(jìn)氣道的周向設(shè)置多個(gè)進(jìn)氣壓力采集管；所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)附帶發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元ECU、Arduino?mega2560單片機(jī)控制器以及用于測(cè)量被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)和外界環(huán)境數(shù)據(jù)的多個(gè)傳感器組；所述防靜電工作臺(tái)上從所述尾噴管向外依次設(shè)置有推力指示盤、測(cè)試盒和航空插座；所述防靜電工作臺(tái)底部設(shè)置有多個(gè)支腿，每個(gè)支腿底部均設(shè)置有滑輪以使得所述發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)可移動(dòng)；所述防靜電工作臺(tái)連接有微小流量計(jì)和燃油伺服閥；所述多個(gè)傳感器組包括高精度超聲波液位傳感器、拉壓力傳感器、微差壓傳感器、霍爾流量傳感器、BOSCHBMP180氣溫氣壓監(jiān)測(cè)模塊和搭載MPU6050模塊的加速度計(jì)電子陀螺儀；所述主設(shè)備車靠近所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)主體的一側(cè)設(shè)置有防傾覆側(cè)向支撐臂；所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的上部和側(cè)向安置防爆亞克力板；所述微小流量計(jì)為所述霍爾流量傳感器；

所述控制終端包括工作臺(tái)，其上設(shè)置有電腦主機(jī)、顯示器和指令盒，底部的隔板上設(shè)置有戶外電源；所述指令盒內(nèi)部設(shè)置有起動(dòng)桿和油門桿；

所述高精度超聲波液位傳感器，設(shè)置在燃油箱中，用于測(cè)量燃油箱頂部到油液的距離從而計(jì)算燃油箱中的剩余油量；所述拉壓力傳感器設(shè)置在所述水平型材支架底部，用于測(cè)量所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的推力；所述微差壓傳感器設(shè)置在所述防靜電工作臺(tái)的靠近所述進(jìn)氣道的一端，用于測(cè)量所述進(jìn)氣道的空氣壓力并換算為空氣質(zhì)量流量；所述霍爾流量傳感器，串聯(lián)在向所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃油的燃油管路中，用于測(cè)量燃油流量；所述BOSCHBMP180氣溫氣壓監(jiān)測(cè)模塊安置在所述測(cè)試盒內(nèi)部并與Arduino?mega2560單片機(jī)控制器相連，用于監(jiān)測(cè)大氣溫度和壓強(qiáng)；所述搭載MPU6050模塊的加速度計(jì)電子陀螺儀，安置并固定在所述水平型材支架上，用于測(cè)量所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的三軸振動(dòng)信號(hào)；

所述防傾覆側(cè)向支撐臂由鋁合金支撐柱和支撐梁組成，在所述防靜電工作臺(tái)長(zhǎng)邊縱向相鄰兩支腿上，每根支腿上設(shè)置兩個(gè)金屬卡環(huán)，兩個(gè)金屬卡環(huán)與所述防傾覆側(cè)向支撐臂的一端固定并鎖緊，所述防傾覆側(cè)向支撐臂為可收折式的。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控臺(tái)，其特征在于：所述微小流量計(jì)與燃油伺服閥同時(shí)串聯(lián)在燃油管路中，燃油從燃油箱內(nèi)通過抗靜電油路軟管流入所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)，途中依次流經(jīng)所述燃油伺服閥和微小流量計(jì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控臺(tái)，其特征在于：通過3D打印技術(shù)制作所述測(cè)試盒、起動(dòng)桿和油門桿、進(jìn)氣道和推力指示盤；所述測(cè)試盒的內(nèi)部集成所述Arduino?mega2560單片機(jī)控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元ECU。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控臺(tái)，其特征在于：所述BOSCHBMP180氣溫氣壓監(jiān)測(cè)模塊通過IIC總線與所述Arduino?mega2560單片機(jī)控制器相連，測(cè)量的溫度和壓強(qiáng)數(shù)據(jù)在所述測(cè)試盒上的LCD顯示屏中顯示。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控臺(tái)，其特征在于：所述防爆亞克力板的厚度為30mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控臺(tái)，其特征在于：所述進(jìn)氣道的垂直方向采用透明軟管與所述微差壓傳感器連通，所述微差壓傳感器安置于所述防爆亞克力板的外側(cè)，與大氣相連且不受所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)周圍氣流影響，利用所述微差壓傳感器測(cè)量的動(dòng)壓與靜壓信號(hào)輸入至所述Arduino?mega2560單片機(jī)控制器，從而計(jì)算出所述進(jìn)氣道處的空氣質(zhì)量流量。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一的所述的無人機(jī)微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控臺(tái)的測(cè)控方法，其特征在于：包括人為操作方式和自動(dòng)操作方式；所述自動(dòng)操作方式以所述人為操作方式為基礎(chǔ)，根據(jù)所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)功率需求的大小手動(dòng)操縱所述油門桿，所述油門桿的位置一經(jīng)確定，所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)地在對(duì)應(yīng)的功率下運(yùn)轉(zhuǎn)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)控方法，其特征在于：

在人為操作方式中，所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制分為三部分：起動(dòng)、加減速以及停車；對(duì)所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制通過手動(dòng)控制所述油門桿來實(shí)現(xiàn)；安裝在所述指令盒內(nèi)部的角度傳感器與指令盒上的油門桿機(jī)械連接，角度傳感器根據(jù)油門桿與之的線性位置關(guān)系讀取所述油門桿做半圓運(yùn)動(dòng)操作的位置，再將位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)讀取所述電壓數(shù)據(jù)后，向步進(jìn)電機(jī)輸出對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)，使步進(jìn)電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下精確控制燃油齒輪泵，進(jìn)而改變?nèi)加土髁縼砜刂扑霰粶y(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)；所述油門桿向所述Arduino?mega2560單片機(jī)控制器傳輸PWM信號(hào)，所述Arduino?mega2560單片機(jī)控制器通過發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元ECU中的Thr-ch端傳輸數(shù)據(jù)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元ECU通過內(nèi)部算法控制所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；多個(gè)所述傳感器組將所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)中所采集的信號(hào)傳輸給所述Arduino?mega2560單片機(jī)控制器；所述Arduino?mega2560單片機(jī)控制器一方面由串口通信將部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸至所述指令盒上的LCD顯示屏和推力指示盤中；另一方面，所述Arduino?mega2560單片機(jī)控制器將發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元ECU的通信數(shù)據(jù)上傳至電腦主機(jī)，經(jīng)信號(hào)處理后完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集；

在自動(dòng)操作方式中，所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和加減速由所述起動(dòng)桿執(zhí)行氣動(dòng)控制邏輯來完成，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元ECU中輸入起動(dòng)控制程序，將所述指令盒上的起動(dòng)桿和油門桿按照起動(dòng)控制程序的邏輯執(zhí)行；試驗(yàn)結(jié)束后，將多個(gè)所述傳感器組通過所述Arduinomega2560單片機(jī)控制器記錄到的有效數(shù)據(jù)或經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)在電腦主機(jī)導(dǎo)出；所述Arduinomega2560單片機(jī)控制器通過IIC協(xié)議將計(jì)算出的參數(shù)在LCD顯示屏或電腦主機(jī)的顯示器上顯示；最終將所述被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)工作階段的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)與統(tǒng)一的發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元ECU和Arduino?mega2560單片機(jī)控制器串口數(shù)據(jù)的時(shí)鐘輸入并進(jìn)行處理。