无人机拉力测试台研制&测试过程中的9个关键技术点

随着近年来无人机行业的飞速迭代发展，越来越多的相关从业人员选择使用拉力测试台来测试并优化无人机的动力系统，本文尝试从无人机拉力测试台的研制和使用角度来阐述无人机拉力测试中的9个关键技术点。

1、电磁干扰方面的考虑

测试过程中电机会产生大量的电磁干扰，继而会增加很大的测量噪音，并极有可能致使USB数据记录器崩溃（正如我们在大量的研发测试实验中所发现的一样）。上述问题很难被量化识别，所以早期对电器件联接的精心设计和模拟尤为重要。同时结合电力电子、电磁干扰和接地等方面专业知识并预留时间来诊断上述电磁干扰问题。

2、选定最优的力传感器

我们通过研究发现，市面上常见的商业多轴力传感器（同时测量扭矩和推力）通常很难获得合适的推力/扭矩比，这意味着上述两个测量项中的一项通常不会覆盖力传感器的全部测量量程，从而导致较低的测量精度。此外，为了更精准地测试无人机共轴动力系统，我们精巧设计的力传感器可以使得电机间具备极小的厚度，同时将螺旋桨间的气动效应降至最低，上述力传感器的专业化水平是市面上可买到的常规力传感器所无法比拟的。

3、力传感器的校准和验证

选定合适的力传感器只是开始，接下来设计一种方法来校准它们并对校准结果进行验证又是一项随之而来的挑战。对于无人机动力测试系统来说，拉力和扭矩从来不是单独存在的。校准力传感器时，需要尽可能接近其真实的运行状态，这意味着我们要同时校准拉力和扭矩，并在生成多项式测量结果时考虑串扰带来的影响。如果没有专业的校准设备，在测试设备使用数小时后是无法进行重新校准的。这就是为什么我们根据ASTM标准校准我们所有的力传感器，并为我们的客户提供每年重新校准他们的传感测试单元的服务。

4、开发一款功能强大的软件

当我们研发新一代的测试设备时，重新设计软件所花的时间和重新设计硬件所花的时间基本上是一样久的。软件的复杂性取决于您需要的功能特性，但控制测试台和数据记录是您需要的最低要求。Flight Stand软件（下图所示）通过手动或自动测试控制试验台，在可定制的绘图图表中实时显示测量数据，存储和显示保存的数据，为导出准备数据，并有许多额外的数据处理功能（见第5部分）。此外，它在1000hz的高采样率下同时完成上述所有的这些工作。

5、测量数据的处理

除了记录数据之外，极致便捷的数据处理功能也会极大的减轻您的工作负担。我们在软件中增加了几个数据处理功能，使数据处理和分析变得更容易：

• 添加低通滤波器功能选项获取平滑的测量数据曲线
• 多次不同采样频率下的数据采样
• 动力系统测试的实时图表绘制功能

这些特性需要花费大量的时间进行编程，但它们为用户节省了宝贵的时间，并且最终证明是非常实用的。

6、测试安全和机械结构试验

在设计试验台时，常常会遇到一些意想不到的挑战，比如识别试验台的共振频率和寻找限制振动的方法。如果不知道共振频率，就极有可能损坏测试台和待测无人机的动力系统。所以对于测量过程中的振动而言，稳定性和测量精度之间总是需要权衡的，而找到其中的最佳平衡点是最具有挑战性的。

7、无人机共轴动力测试解决方案

当完成无人机单轴动力系统测试后，接下来您可能需要测试共轴或径向偏移配置的双动力系统。螺旋桨面对面的测试配置很容易实现，但是对于螺旋桨背对背的测试配置，就像在常见的四轴飞行器上真实的机械结构一样，将是一个非常大的挑战。使螺旋桨彼此合理地接近需要精细的设计和规划。使用我们的飞行测试台15/50（下图所示），共轴测试支架可以安全地背靠背运行并使得支架间轴向间隔只有9毫米，两台电机间的轴向间隔可以做到最小91毫米。

8、设计一个硬件高度集成的测试解决方案，最大限度的减少气动干扰

花费大量开发时间的另一个因素是设计一个硬件高度集成的测试解决方案。如果试验台本身与来自螺旋桨的气流过多地相互作用，就会影响测试结果的准确性。研发创建一个硬件高度集成并且测试结果高度稳定性的解决方案将是一个极为漫长的过程。

9、测量结果的不精确导致无人机的整个研制进程前功尽弃

这是所有无人机制造商最害怕的结果:你已经根据自认为可靠的数据建造了一台无人机，但是你将有可能面临的情况是，不精准的测量数据直接致使原型机的性能远低于你的设计预期，导致漫长无人机研制过程前功尽弃。

而我们的Flight Stand Pro系列测试台均采用国际上通用的ASTM标准程序进行拉力(ASTM E74)和扭矩(ASTM E2428)校准。因此，我们所有测量工具中的FMU均采用了211个点位的拉力校准和213个点位的扭矩校准。另外测试台所具备的全系统形变测量技术让外部负载全部直接作用于传感测量单元，多维度、多点位的校准和外观精巧&精准测量让您在空气动力学测试过程中完全没有了后顾之忧。