專利名稱：微小型飛行器實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及實驗測量技術領域，是一種用于微小型飛行器的各種飛行 模擬實驗，以獲得飛行器飛行特性與控制品質(zhì)的實驗裝置。
背景技術：
微小型飛行器指的是旋翼的直徑在1米到2米組左右，機體重量在20 千克以下的直升機。這里的飛行器指的都是直升機，微小型飛行器不適用 于固定翼飛機；微小型小型飛行器實驗裝置，是利用可運動的、專門設計 的機械裝置，將飛行器固定在裝置上，在人為可控制或可限制的范圍內(nèi)， 模擬飛行器自由飛行或某種特定飛行狀況下的飛行裝置，試驗裝置的目的 是在保證飛行器不被損壞的前提下，對可設計的飛行狀態(tài)施行檢測和測量 實驗，以獲得飛行器的靜態(tài)或動態(tài)參數(shù)，為進一步提高飛行器控制系統(tǒng)品 質(zhì)提供必要的數(shù)據(jù)。
目前微小型飛行器實驗裝置不具備通用性，實驗裝置的結(jié)構(gòu)千差萬
別，每個實驗裝置都是根據(jù)實驗的需要設計裝置的具體形式，增加了實驗 的成本和時間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在提供一種全新的微小型飛行器實驗裝置，針對微小型 直升機設計，充分考慮到了微小型直升機飛行實驗的要求，具備一定的通 用性。可對微小型飛行器進行模擬飛行和特定設計的飛行控制進行實驗， 以測試飛行器的飛行特性和飛行控制系統(tǒng)的性能。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是-
一種微小型飛行器實驗裝置，包括支架和旋轉(zhuǎn)托盤兩部分；其中，支 架包括垂直支架、橫梁和固定底座，固定底座用固定件固定在地面或其他 平面上；垂直支架底端與固定底座固接，橫梁中部設有支點，通過支點連接在垂直支架的頂端，橫梁通過支點在水平面內(nèi)和在垂直平面內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運 動；在橫梁的一側(cè)外周圓上設有陽螺紋，與至少一管狀配重砝碼內(nèi)壁的陰 螺紋相適配，通過螺紋連接；在橫梁的另一側(cè)端頭設有向上垂直伸出的垂 直軸；橫梁的兩側(cè)各設有一限位元件，限位元件一端固接在橫梁上，另一 端固接在固定底座上表面；
旋轉(zhuǎn)托盤通過中心的三自由度旋轉(zhuǎn)軸與橫梁的垂直軸頂端相連，旋轉(zhuǎn) 托盤以三自由度旋轉(zhuǎn)軸為中心，能夠分別繞著笛卡爾空間的三個垂直軸轉(zhuǎn) 動；
為了防止托盤過分傾斜，在三自由度旋轉(zhuǎn)軸的三個轉(zhuǎn)動方向上設有第 二限位元件。
所述的微小型飛行器實驗裝置，其所述橫梁兩側(cè)的限位元件，為條狀 彈性件，橫梁通過支點在水平面內(nèi)和在垂直平面內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動，是橫梁繞 著支點在水平面內(nèi)做360o旋轉(zhuǎn)，在垂直平面內(nèi)以限位元件控制做-60o 60o旋轉(zhuǎn)。
所述的微小型飛行器實驗裝置，其所述三自由度旋轉(zhuǎn)軸，包括外軸套， 連接桿，球面關節(jié)，兩鎖緊頂絲，其中，外軸套內(nèi)腔中可活動的接有球面 關節(jié)，在外軸套的側(cè)壁上設有兩鎖緊頂絲，兩鎖緊頂絲位于外軸套的中心 水平切面上，相互垂直；外軸套通過球面關節(jié)與橫梁的垂直軸頂端連接， 以繞橫梁的垂直軸旋轉(zhuǎn)，第二鎖緊頂絲用以鎖定外軸套的旋轉(zhuǎn)運動；球面 關節(jié)上設有連接桿，連接桿內(nèi)端與球面關節(jié)固接，連接桿外端與旋轉(zhuǎn)托盤 中心固接，旋轉(zhuǎn)托盤經(jīng)連接桿以球面關節(jié)相對外軸套作俯仰和橫滾兩個方 向的旋轉(zhuǎn)運動，第一鎖緊頂絲以鎖定球面關節(jié)相對外軸套的旋轉(zhuǎn)運動。
所述的微小型飛行器實驗裝置，其所述第二限位元件，為三自由度旋 轉(zhuǎn)軸的外軸套，分別將旋轉(zhuǎn)托盤的三個方向旋轉(zhuǎn)角度限制在-60o 60o。
所述的微小型飛行器實驗裝置，其所述微小型飛行器為直升機。
本發(fā)明的微小型飛行器實驗裝置，降低了實驗風險，增加了實驗的安 全性，而且結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉，能夠?qū)Ω鞣N小型飛行器實行 室內(nèi)安全實驗，滿足飛行器性能估計和參數(shù)設定。
圖1為本發(fā)明的微小型飛行器實驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的旋狀托盤球關節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；其中 圖2 (a)為三自由度旋轉(zhuǎn)軸6側(cè)視圖2 (b)為為三自由度旋轉(zhuǎn)軸6 (去掉旋轉(zhuǎn)托盤5后的)俯視圖;
圖3為本發(fā)明的支點結(jié)構(gòu)示意圖，其中
圖3(a)為支點沿橫梁方向的剖面圖3(b)為支點沿橫梁垂直方向的剖面圖4(a)為本發(fā)明的橫梁與垂直軸的螺栓連接的側(cè)視圖4(b)為橫梁與垂直軸的螺栓連接的俯視圖。
具體實施例方式
請參閱圖1，是本發(fā)明的微小型飛行器實驗裝置，由兩部分組成支 架和旋轉(zhuǎn)托盤。其中，支架由垂直支架l、橫梁2和固定底座7組成。固 定底座7使用螺栓固定在地面或其他平面上。垂直支架1底端與固定底座 7固接，橫梁2中部設有支點4，通過支點4連接在垂直支架1的頂端， 橫梁2可通過支點4在水平面內(nèi)和在垂直平面內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動。如圖3所示， 其中，圖3(a)為支點4沿橫梁2方向的剖面圖；圖3(b)為支點4沿橫 梁2垂直方向的剖面圖，圖中垂直支架l，橫梁2，螺栓41，螺栓42。
在橫梁2的一側(cè)外周圓上設有陽螺紋，與管狀配重砝碼3內(nèi)壁的陰螺 紋相適配，兩者通過螺紋連接，可通過旋轉(zhuǎn)配重砝碼3調(diào)節(jié)配重砝碼3與 支點4的距離，確定配重砝碼3在橫梁2上的位置，以滿足不同的配重需 求；在橫梁2的另一側(cè)端頭設有向上垂直伸出的垂直軸8，垂直軸8與橫 梁2之間通過螺栓固接。如圖4所示，圖4(a)為橫梁2與垂直軸8的螺栓 連接的側(cè)視圖，圖4(b)為橫梁2與垂直軸8的螺栓連接的俯視圖。圖中， 橫梁2，垂直軸8，螺栓81，螺栓82。
橫梁2的兩側(cè)各設有一限位元件9，限位元件9 一端固接在橫梁2上， 另一端固接在固定底座7上表面。三自由度旋轉(zhuǎn)軸6與垂直軸8頂端通過 滾動軸承相連，旋轉(zhuǎn)托盤5與三自由度旋轉(zhuǎn)軸6連接，旋轉(zhuǎn)托盤5以三自 由度旋轉(zhuǎn)軸6為中心，能夠在笛卡爾空間中轉(zhuǎn)動。三自由度旋轉(zhuǎn)軸與橫梁 2的垂直軸8之間的連接，以及與旋轉(zhuǎn)托盤5的連接關系請參閱圖2 。實
6驗時，微型飛行器10固定在旋轉(zhuǎn)托盤5上。
三自由度旋轉(zhuǎn)軸6的結(jié)構(gòu)請參閱圖2,圖2(a)為三自由度旋轉(zhuǎn)軸6 側(cè)視圖，圖2(b)為去掉旋轉(zhuǎn)托盤5后的三自由度旋轉(zhuǎn)軸6俯視圖，圖中， 旋轉(zhuǎn)托盤5，外軸套61，連接桿62，球面關節(jié)63，鎖緊頂絲64，鎖緊頂 絲65,滾動軸承66，螺栓67。
三自由度旋轉(zhuǎn)軸6由外軸套61，連接桿62，球面關節(jié)63，鎖緊頂絲 64，鎖緊頂絲65，滾動軸承66，螺栓67組成。其中，外軸套61內(nèi)腔中 可活動的接有球面關節(jié)63，連接桿62的內(nèi)端固接在球面關節(jié)63上，連接 桿62可以通過球面關節(jié)63相對外軸套61作俯仰和橫滾兩個方向的旋轉(zhuǎn) 運動，在外軸套61的側(cè)壁上設有相互垂直的鎖緊頂絲64和鎖緊頂絲65， 兩鎖緊頂絲64、 65位于外軸套61的中心水平切面上。鎖緊頂絲64可以 鎖定球面關節(jié)63相對外軸套61的旋轉(zhuǎn)運動。連接桿62的外端通過螺栓 與旋轉(zhuǎn)托盤5固接，這樣旋轉(zhuǎn)托盤5就能間接通過球面關節(jié)63做俯仰和 橫滾運動，同時外軸套61限制連接桿62在錐角為60度的圓錐空間中運 動，這樣間接地限制旋轉(zhuǎn)托盤5的俯仰和橫滾運動在-60° 60°，構(gòu)成限制 旋轉(zhuǎn)托盤5運動的第二限位元件。外軸套61通過滾動軸承66與橫梁2的 垂直軸8頂端連接，可以繞橫梁2的垂直軸8旋轉(zhuǎn)，鎖緊頂絲65可以鎖 定外軸套61的旋轉(zhuǎn)運動。
本發(fā)明的實驗裝置，其鎖緊頂絲64、 65構(gòu)成旋轉(zhuǎn)托盤5的鎖定元件， 能夠分別鎖定旋轉(zhuǎn)托盤5旋轉(zhuǎn)方向，使旋轉(zhuǎn)托盤5在該方向上不能旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的實驗裝置，其三自由度旋轉(zhuǎn)軸，包括外軸套，連接桿，球面 關節(jié)，兩鎖緊頂絲，其中球面關節(jié)放置在外軸套的內(nèi)腔中，球面關節(jié)可相 對外軸套轉(zhuǎn)動；在外軸套的側(cè)壁上設有兩鎖緊頂絲，鎖緊頂絲為螺絲。
本發(fā)明的微小型飛行器實驗裝置，使用時，將被實驗的飛行器10固 定在旋轉(zhuǎn)托盤5上，飛行器10啟動后帶動旋轉(zhuǎn)托盤5繞三自由度旋轉(zhuǎn)軸6 在空間做旋轉(zhuǎn)，同時帶動橫梁2繞著垂直支架1上的支點4轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明的突出特點是利用微小型飛行器10的動力，帶動旋轉(zhuǎn)平臺和 橫梁裝置同時運動，在保證飛行器10運動不受到限制的情況下，產(chǎn)生模 擬飛行器自由飛行的狀態(tài)，當飛行器10的某個或某幾個控制通道受到限 制時，通過飛行器10上安裝的傳感器，如速率陀螺，能夠測量得到飛行器控制通道之間的耦合關系；也能夠通過實驗裝置提供的配種砝碼3，以 及砝碼3在衡量上的位置，計算得到飛行器10施加的提升力，這些測量 和計算得到的參數(shù)提供給控制器設計、優(yōu)化等任務使用。由于飛行器10 是固定在實驗儀器上的，所以對操作手的操作技術要求降低了，甚至可以 由非專業(yè)航模操作手經(jīng)過簡單的培訓后操作實驗。在模擬實驗中，避免了 飛行器10操作不當?shù)膲嫐ｋU，增加了實驗的安全性，降低了實驗風險， 而且該實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，具有通用性，使用方便，價格低廉，適合于非 專業(yè)實驗室使用。
權(quán)利要求
1、一種微小型飛行器實驗裝置，包括支架和旋轉(zhuǎn)托盤兩部分；其特征在于，其中，支架包括垂直支架、橫梁和固定底座，固定底座用固定件固定在地面或其他平面上；垂直支架底端與固定底座固接，橫梁中部設有支點，通過支點連接在垂直支架的頂端，橫梁通過支點在水平面內(nèi)和在垂直平面內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動；在橫梁的一側(cè)外周圓上設有陽螺紋，與至少一管狀配重砝碼內(nèi)壁的陰螺紋相適配，通過螺紋連接；在橫梁的另一側(cè)端頭設有向上垂直伸出的垂直軸；橫梁的兩側(cè)各設有一限位元件，限位元件一端固接在橫梁上，另一端固接在固定底座上表面；旋轉(zhuǎn)托盤通過中心的三自由度旋轉(zhuǎn)軸與橫梁的垂直軸頂端相連，旋轉(zhuǎn)托盤以三自由度旋轉(zhuǎn)軸為中心，能夠分別繞著笛卡爾空間的三個垂直軸轉(zhuǎn)動；為了防止托盤過分傾斜，在三自由度旋轉(zhuǎn)軸的三個轉(zhuǎn)動方向上設有第二限位元件。
2、 如權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于所述橫梁兩側(cè)的限 位元件，為條狀彈性件，橫梁通過支點在水平面內(nèi)和在垂直平面內(nèi)做旋轉(zhuǎn) 運動，是橫梁繞著支點在水平面內(nèi)做360。旋轉(zhuǎn)，在垂直平面內(nèi)以限位元件 控制做-60° 60°旋轉(zhuǎn)。
3、 如權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于所述三自由度旋轉(zhuǎn) 軸，包括外軸套，連接桿，球面關節(jié)，兩鎖緊頂絲，其中，外軸套內(nèi)腔中 可活動的接有球面關節(jié)，在外軸套的側(cè)壁上設有兩鎖緊頂絲，兩鎖緊頂絲 位于外軸套的中心水平切面上，相互垂直；外軸套通過滾動軸承與橫梁的 垂直軸頂端連接，以繞橫梁的垂直軸旋轉(zhuǎn)，第二鎖緊頂絲用以鎖定外軸套 的旋轉(zhuǎn)運動；球面關節(jié)上設有連接桿，連接桿內(nèi)端與球面關節(jié)固接，連接 桿外端與旋轉(zhuǎn)托盤中心固接，旋轉(zhuǎn)托盤經(jīng)連接桿以球面關節(jié)相對外軸套作 俯仰和橫滾兩個方向的旋轉(zhuǎn)運動，第一鎖緊頂絲以鎖定球面關節(jié)相對外軸 套的旋轉(zhuǎn)運動。
4、 如權(quán)利要求1或3所述的實驗裝置，其特征在于所述第二限位 元件，為三自由度旋轉(zhuǎn)軸的外軸套，分別將旋轉(zhuǎn)托盤的三個方向旋轉(zhuǎn)角度限制在-60o 60o。 一
5、如權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于所述微小型飛行器 為直升機。
全文摘要
本發(fā)明一種微小型飛行器實驗裝置，涉及實驗測量技術，用于飛行器實驗與參數(shù)測量，由支架、一個能夠三維旋轉(zhuǎn)的托盤、可移動的配重砝碼和安全限位元件組成。支架由橫梁和支撐桿組成，橫梁和支架帶有固定孔和固定螺栓，能夠固定在水平面上，以保證實驗裝置的穩(wěn)定性。旋轉(zhuǎn)托盤用來盛載被實驗的飛行器，飛行器可通過螺釘固定在托盤上，托盤和飛行器在一個球面關節(jié)的帶動下，能夠在空間繞著三個垂直軸做旋轉(zhuǎn)運動。本發(fā)明的實驗裝置，針對飛行器空間飛行的特點，設計了飛行器本體三維空間的姿態(tài)運動和位置運動自由度，在確保飛行器安全的條件下，實現(xiàn)飛行實驗并測量飛行器靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)。
文檔編號G01M99/00GK101620033SQ20081011603
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者侯增廣, 超 周, 猛 柏, 梁自澤, 王曉東, 民 譚, 趙曉光, 鄧海波 申請人:中國科學院自動化研究所