專利名稱：測試小型無人直升機飛行性能的試驗平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測試小型無人直升機飛行性能的試驗平臺。
背景技術(shù)：
小型無人直升機(以下簡稱無人直升機)是指由無線電地面遙控飛行或自主控制飛行的可垂直起降(VTOL)不載人飛行器，在構(gòu)造形式上屬于旋翼飛行器，在功能上屬于垂直起降飛行器。近十幾年來，隨著復(fù)合材料、動力系統(tǒng)、傳感器、尤其是飛行控制等技術(shù)的研究進展，無人直升機得到了迅速的發(fā)展，正日益成為人們關(guān)注的焦點。無人直升機具有獨特的飛行性能及使用價值。與有人直升機相比，無人直升機由于無人員傷亡、體積小、造價低、戰(zhàn)場生存力強等特點，在許多方面具有無法比擬的優(yōu)越性。與固定翼無人機相比，無人直升機可垂直起降、空中懸停，起飛著陸場地小，不必配備象固定翼無人機那樣復(fù)雜、大體積的發(fā)射回收系統(tǒng)；且它可以朝任意方向飛行，能以橫飛、倒飛等飛行方式穿梭于建筑物之間，完成航拍，搶險救災(zāi)，地形測量等諸如此類的任務(wù)。無人直升機還在大氣監(jiān)測、交通監(jiān)控、資源勘探、電力線路檢測、森林防火等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。在軍用方面，無人直升機既能執(zhí)行各種非殺傷性任務(wù)，又能執(zhí)行各種軟硬殺傷性任務(wù)，包括偵察、監(jiān)視、目標(biāo)截獲、誘餌、攻擊、通信中繼等。
但是，目前無人直升機的功能還十分有限，飛行主要由操作手在地面遙控完成，大多還不具備自主飛行能力。未來的無人直升機最有前景的應(yīng)用就是超視距自主飛行，其機載飛行控制系統(tǒng)對于自主飛行就顯得尤為重要。目前，無人直升機的自主飛行研究在國際上也是非常前沿的課題。國內(nèi)的設(shè)計方法，多數(shù)是通過大量的飛行試驗來調(diào)整飛行控制參數(shù)，最終找到合適的控制律。但是飛行試驗一旦失敗，無人直升機有墜機的危險，很容易遭到毀滅性的損壞，將造成試驗成本大幅度增加和研制周期的加長。因此，研制飛行控制試驗平臺成為無人直升機飛行控制系統(tǒng)設(shè)計的一個重要步驟。
此外，當(dāng)前國內(nèi)的航模運動發(fā)展如火如荼，有大量航模愛好者選用模型直升機。而模型直升機的操縱對于初學(xué)者是非常困難的，由于操縱失誤，經(jīng)常會發(fā)生墜機事故，不僅造成經(jīng)濟損失，甚至威脅人身安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在一定范圍內(nèi)可以按實際飛行姿態(tài)自由飛行，在出現(xiàn)故障時，能保證無人直升機安全著陸，結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)、成本低的測試小型無人直升機飛行性能的試驗平臺。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是測試小型無人直升機飛行性能的試驗平臺主要包括機架，萬向轉(zhuǎn)動機構(gòu)和配重機構(gòu)，機架包括由上基座，下基座和立桿構(gòu)成的柱形支架以及平臺，上基座具有軸向通孔，平臺具有中心孔，平臺的下表面固定有與中心孔同軸線的定位圓筒，定位圓筒置于上基座的軸向通孔中，并與上基座固定，萬向轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括由上軸承座和下軸承座構(gòu)成的軸承座腔體，固定在軸承座腔體中的滾動球軸承和支撐桿，軸承座腔體的下端呈喇叭開口狀，支撐桿穿越平臺的中心孔及定位圓筒，與定位圓筒形成滑動副，支撐桿上端與滾動球軸承的內(nèi)圈緊固，下端與水平橫桿相連，在上軸承座的上表面固定有平板，配重機構(gòu)包括兩組對稱固定在平臺下表面中心孔兩側(cè)的定滑輪組，兩根柔性鋼絲繩和重物，每組定滑輪至少包含兩個定滑輪，兩根鋼絲繩分別繞過兩組定滑輪，每根鋼絲繩的一端懸掛重物，另一端與水平橫桿相連成垂線。
本發(fā)明的工作原理當(dāng)進行試驗時，把無人直升機固定在試驗平臺的平板上，無人直升機連帶萬向轉(zhuǎn)動機構(gòu)及支撐桿起飛后，能以支撐桿頂端為球心，做一個受限的球面運動，實現(xiàn)傾斜、偏航、滾轉(zhuǎn)等各種姿態(tài)，在一定范圍內(nèi)滿足直升機自由飛行。在飛行過程中，直升機的飛行高度由支撐桿的長度和支架的高度決定。支撐桿隨直升機上升，支撐桿下端的水平橫桿既限制直升機的上升高度，又可保證直升機不會飛離試驗平臺。當(dāng)支撐桿上升時，栓在水平橫桿的鋼絲繩也會隨之上升，鋼絲繩另一端懸掛的重物則會下降，從而平衡直升機飛行時的多余負(fù)載。當(dāng)飛行控制失效或試驗失敗時，由于軸承座腔體下部喇叭狀開口的限位作用，可以保證直升機不會出現(xiàn)翻滾，使直升機可以安全著陸。
本發(fā)明的有益效果該發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)、成本低、易于移動等優(yōu)點，適用于小型無人直升機的各種飛行試驗，它提供給無人直升機飛行所需要的傾斜、偏航、滾轉(zhuǎn)等姿態(tài)，保證無人直升機在一定范圍內(nèi)可以自由飛行。利用本發(fā)明，可以在實驗室條件下復(fù)現(xiàn)無人直升機的實際飛行情況，很方便的進行姿態(tài)控制、飛行控制、導(dǎo)航等科學(xué)研究，保證了無人直升機飛行試驗的安全性。另外本發(fā)明還為廣大的航模愛好者提供了一個熟悉模型直升機飛行性能的平臺。尤其是初學(xué)者，可以先在試驗平臺上熟悉和操縱模型直升機，待熟練后再進行實際飛行，對于減小模型直升機損傷和提高操縱技術(shù)有很大的幫助。


圖1是本發(fā)明的測試小型無人直升機飛行性能的試驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是萬向轉(zhuǎn)動機構(gòu)放大圖；圖3是上基座放大圖；圖4是圖3的俯視圖。
具體實施例方式
參照圖1，測試小型無人直升機飛行性能的試驗平臺主要包括機架，萬向轉(zhuǎn)動機構(gòu)和配重機構(gòu)，機架包括由上基座13，下基座20和立桿17構(gòu)成的柱形支架以及平臺7，上基座具有軸向通孔9，平臺具有中心孔8，平臺的下表面固定有與中心孔8同軸線的定位圓筒15，定位圓筒15置于上基座的軸向通孔9中，并與上基座13固定。圖示具體實例中，柱形支架是三角支架，上基座13如圖3和圖4所示，它是軸向具有通孔的圓柱體，圓柱體中部設(shè)有固定支架立桿17的正三棱柱18，圓柱體的徑向設(shè)有螺紋孔14，定位圓筒15通過擰接在螺紋孔的緊定螺釘與上基座13固定，或者也可以與上基座13焊接。三角支架通過螺栓與下基座20固定，也可以與下基座20焊接。下基座20的四邊設(shè)有把手19，方便搬運和移動。
萬向轉(zhuǎn)動機構(gòu)，其放大圖如圖2所示，包括由上軸承座2和下軸承座3構(gòu)成的軸承座腔體，固定在軸承座腔體中的滾動球軸承5和支撐桿6，軸承座腔體的下端呈喇叭開口狀，以便使無人直升機具有更大的轉(zhuǎn)動角度。在上軸承座2的上表面固定有平板1，支撐桿6穿越平臺7的中心孔8及定位圓筒15，與定位圓筒15形成滑動副，支撐桿6上端與滾動球軸承5的內(nèi)圈緊固，下端與水平橫桿16相連。支撐桿6可以是實心桿，也可以是空心桿，為便于安裝固定并減輕直升機的負(fù)載，支撐桿6一般由空心管和連接在空心管上端的圓柱體4組成。平板、上、下軸承座、圓柱體可以鋁制，空心管可以采用不銹鋼管。滾動球軸承的大小根據(jù)無人直升機的大小選擇。
配重機構(gòu)包括兩組對稱固定在平臺下表面中心孔兩側(cè)的定滑輪組10，兩根柔性鋼絲繩12和重物11，每組定滑輪至少包含兩個定滑輪，圖例中，每組定滑輪含有兩個定滑輪，每根鋼絲繩分別繞過兩個定滑輪，它的一端懸掛重物11，另一端與水平橫桿16相連成垂線，避免了鋼絲繩在上升過程中由于傾斜導(dǎo)致角度變化而引起平衡力的變化。重物的重量與隨無人直升機起飛的多余負(fù)載相等。利用配重機構(gòu)，可以抵消試驗平臺帶給無人直升機的多余負(fù)載，保證了飛行試驗的真實性。
權(quán)利要求
1.測試小型無人直升機飛行性能的試驗平臺，其特征是主要包括機架，萬向轉(zhuǎn)動機構(gòu)和配重機構(gòu)，機架包括由上基座(13)，下基座(20)和立桿(17)構(gòu)成的柱形支架以及平臺(7)，上基座具有軸向通孔(9)，平臺具有中心孔(8)，平臺的下表面固定有與中心孔(8)同軸線的定位圓筒(15)，定位圓筒(15)置于上基座的軸向通孔(9)中，并與上基座(13)固定，萬向轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括由上軸承座(2)和下軸承座(3)構(gòu)成的軸承座腔體，固定在軸承座腔體中的滾動球軸承(5)和支撐桿(6)，軸承座腔體的下端呈喇叭開口狀，支撐桿(6)穿越平臺的中心孔(8)及定位圓筒(15)，與定位圓筒(15)形成滑動副，支撐桿(6)上端與滾動球軸承(5)的內(nèi)圈緊固，下端與水平橫桿(16)相連，在上軸承座(2)的上表面固定有平板(1)，配重機構(gòu)包括兩組對稱固定在平臺下表面中心孔兩側(cè)的定滑輪組(10)，兩根柔性鋼絲繩(12)和重物(11)，每組定滑輪至少包含兩個定滑輪，兩根鋼絲繩分別繞過兩組定滑輪，每根鋼絲繩的一端懸掛重物(11)，另一端與水平橫桿(16)相連成垂線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試小型無人直升機飛行性能的試驗平臺，其特征是支撐桿(6)是由空心管和連接在空心管上端的圓柱體(4)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試小型無人直升機飛行性能的試驗平臺，其特征是所說的柱形支架是三角支架，上基座(13)是軸向具有通孔的圓柱體，圓柱體中部設(shè)有固定支架立桿(17)的正三棱柱(18)，圓柱體的徑向有用于固定定位圓筒(15)的螺紋孔(14)。
全文摘要
本發(fā)明公開的測試小型無人直升機飛行性能的試驗平臺主要包括機架，萬向轉(zhuǎn)動機構(gòu)和配重機構(gòu)，無人直升機固定在試驗平臺的平板上，無人直升機連帶萬向轉(zhuǎn)動機構(gòu)及支撐桿起飛，能以支撐桿頂端為球心，做一個受限的球面運動，實現(xiàn)傾斜、偏航、滾轉(zhuǎn)等各種姿態(tài)，在一定范圍內(nèi)滿足直升機自由飛行。配重機構(gòu)抵消了試驗平臺帶給無人直升機的多余負(fù)載。當(dāng)飛行控制失效或試驗失敗時，可以保證直升機不會出現(xiàn)翻滾或飛離試驗平臺，使直升機可以安全著陸。該發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)、成本低、易于移動等優(yōu)點，能夠很方便的進行姿態(tài)控制、飛行控制、導(dǎo)航等科學(xué)研究，保證了飛行試驗的安全性。另外本發(fā)明還為廣大的航模愛好者提供一個熟悉模型直升機飛行性能的平臺。
文檔編號G01M99/00GK1731124SQ20051005055
公開日2006年2月8日 申請日期2005年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月4日
發(fā)明者吳建德, 李平, 韓波, 方舟, 周濤 申請人:浙江大學(xué)