[發明專利]無人機微型渦輪噴氣發動機測控臺及測控方法

有效

• 申請號: 202210322081.1
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114923696B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 安斯奇;遆政憲;彭旭;楊國龍;齊元;張啟悅
• 申請（專利權）人: 中國民用航空飛行學院
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14;G01M15/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

本發明提供一種無人機微型渦輪噴氣發動機測控臺及測控方法，其包括發動機測試臺與控制終端兩部分，被測發動機為微型渦輪噴氣發動機，包括發動機主體、尾噴管和進氣道，并附帶發動機電子控制單元ECU、Arduinomega2560單片機控制器以及用于測量被測發動機和外界環境數據的多個傳感器組；所述發動機測試臺可移動；所述主設備車靠近所述被測發動機的一側設置有防傾覆側向支撐臂；所述被測發動機的上部和側向安置防爆亞克力板。所述控制終端包括電腦主機、顯示器和指令盒。本發明能夠測試和采集無人機微型渦輪噴氣發動機工作時的重要性能參數，評估微型渦輪噴氣發動機在各個工況運轉時的性能特性和功率輸出指標。

技術領域

本發明屬于微型渦輪噴氣式發動機的測試與控制領域，具體涉及一種無人機微型渦輪噴氣發動機測控臺及測控方法。

背景技術

隨著無人機愈加廣泛地應用在軍事活動和經濟社會中，無人機的使用環境和適用場景更加具有多樣性。由此，各個領域對無人機動力系統的性能正逐步有著多元化的需求。渦輪噴氣式發動機具有推重比高、高空高速性能優良和結構緊湊等優點，普遍搭載在具有較強機動性的無人機上，例如：美國特里達因·瑞安飛機公司研制的BQM-34火蜂無人機，該型無人機搭載的J-69-41A渦輪噴氣發動機于1951年交付使用。這種以渦輪噴氣作為動力形式的無人機往往是滿足高負荷、高速飛行性能要求下的極佳選擇。

1983年，也是在全球首臺渦輪噴氣發動機誕生后的第45年，英國技術團隊研制出了一款微型航空渦輪噴氣式發動機，但由于這款發動機制造、使用成本過于高昂且消費市場的需求規模較小，因此微型航空渦輪噴氣式發動機并未得到商業化普及。雖然渦輪噴氣發動機是一種較為理想的無人機動力裝置，但采用該類型的無人機同時也具有燃油消耗率過高的缺點。特別是在無人機的續航能力、作業強度和燃料補給裝置方面，往往會因渦輪噴氣發動機較高的燃油消耗率，使無人機往往會在工作效率上受到制約。19世紀80年代，Jerry?Jackman和他的科研團隊研制出了世界首臺微型渦輪噴氣發動機測試臺。此后，國外微型渦輪噴氣發動機的研制變得更加成熟。在國內，西北工業大學于上世紀九十年代研制出的微型渦輪發動機。2001年，南京航空航天大學在國防科工委的支持下，研制了直徑為6cm的微型渦輪噴氣發動機。近年來，北京航空航天大學建立了微小型航空發動機實驗室和分布式能源實驗室，在微小型航空渦輪噴氣發動機方面有所突破。我國目前對微型渦輪發動機的研究水平較高，以直徑5至20cm、推力30至500N的微型渦輪噴氣發動機為主。

發動機試驗臺對研制微型渦輪噴氣式發動機發揮著重要作用。航空發動機試驗臺的成功研發與航空發動機研制技術的進步相輔相成，息息相關。航空發動機試驗臺為航空發動機在研制、生產、綜合性能的測試與評估等各個階段，提供了極為重要的試車平臺，因為試驗臺可實現：發動機驗證先進技術的普及和應用、優化制造工藝、協助工程師完成發動機狀態監控和故障診斷等任務，所以當渦輪噴氣發動機真正地在無人機上搭載時，才能給使用者提供真正穩定、可靠且出色的性能的無人機作有力保障。基于渦輪噴氣式發動機的工作特性，為探究搭載渦輪噴氣發動機無人機的續航能力、驗證無人機飛行時的動力性能以及對無人機所搭載渦輪噴氣發動機的重要性能進行有效參數采集與測試是非常有必要的。

目前，進行航空渦輪噴氣發動機試驗具有諸多局限性：首先，大型固定式航空發動機測試臺規模龐大，對工作環境要求苛刻以及造價過高，不適用于對無人機所搭載的渦輪噴氣發動機進行試驗；其次，無人機使用人員往往需要查閱來自無人機或發動機制造商的技術資料手冊，這種方法不具備對單臺渦輪噴氣發動機在各個工況下的性能參數進行實時測量，而且缺乏時效性；最后，交由第三方機構外包測試渦輪噴氣發動機的性能，在進行批量性能測試時會使試驗成本過于高昂，不具有經濟性、便利性、可操作性和展示性。

清華大學自動化系李穎杰等在試驗平臺上對微型渦輪噴氣發動機進行了測試。通過在臺架上布局了六分量測力天平，即形變傳感器片測量X、Y和Z軸三個方向的力和力矩得到測力信號，由電腦主機控制油門，使發動機產生的推力隨著油門開度的大小而變化，再將轉速、油門和測力傳感器輸出的信號進行處理，得到該渦輪噴氣發動機在各個轉速區間的推力等數據。