一种寻找固定翼无人机升力中心的简易方法与流程

本发明涉及一种寻找无人机升力中心的方法，具体涉及一种寻找固定翼无人机升力中心的简易方法。

背景技术：

在固定翼无人机的使用过程中，经常需要对原装出厂的无人机进行改装，从而能够更加适应所需要的使用场合，以更好地解决实际问题。在固定翼无人机飞行过程中，通常要求无人机升力中心与重力中心重合，这样能保证无人机平稳地飞行。在飞行过程中，当升力的中心与重力中心出现微小偏差时，能够通过飞控在一定程度上进行自身的飞行姿态调整，从而克服在飞行上升过程中前后倾斜的问题。但是，当改装后的固定翼无人机的结构变化较大，其升力中心与原来的相比发生了较大的位置变化时，超出自行调整的范围，会导致无人机的坠毁。因此对改装后的固定翼无人机确定新的升力中心非常重要，能确保固定翼无人机的飞行安全。

针对固定翼无人机升力中心确定方法，现有技术中一般先对升力中心发生改变的固定翼无人机在进行户外测试飞行，并根据无人机在飞行时的上升姿态，在停止飞行降落后进行重力中心调整，从而使得无人机的重力中心与升力中心重合。但是，在无人机进行测试飞行时，由于改装后的无人机的升力中心仍未确定，因此在升力中心与重力中心偏差较大时，会容易发生坠机情况，严重损坏无人机；并且在户外测试飞行时，无人机的飞行姿态受外界环境因素影响，升力中心的确定精度低。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种寻找固定翼无人机升力中心的简易方法，通过该方法寻找出改装后的固定翼无人机的升力中心，以提高飞行过程中无人机的升力中心与重力中心相对位置的重合度，确保无人机飞行安全。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种寻找固定翼无人机升力中心的简易方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过绳子将待测试的无人机系住并悬挂在风洞的测试空间中，其中，使用常用的固定翼无人机重心判断方法，确定无人机重心位置，让绳子的系点连接在与无人机的重力中心重合的位置处，确保在静止状态下无人机水平悬挂在风洞的测试空间中；

(2)通过吹风设备向风洞的测试空间的无人机吹风，形成从前往后吹向无人机的气流，该气流对无人机产生向上的升力和水平向后的推力，且在所述升力的作用下，无人机逐渐向上升起；

(3)观察无人机在上升过程中的整体姿态；若无人机发生俯仰运动，则吹风设备停止吹风，根据无人机的俯仰情况，移动无人机舱内可移动的配重物的位置以调整无人机的重力中心，使无人机的重力中心向能够抑制无人机俯仰趋势的方向移动，并返回步骤(1)；若在吹风过程中，无人机以水平的姿态向上升起，不出现俯仰情况，则升力中心、重力中心和绳子系点三点重合，此时绳子的系点即为无人机的升力中心。

本发明的一个优选方案，其中，在待调整的无人机上设有调节器，该调节器固定在无人机上，所述调节器上设有多个用于与绳子连接的连接孔，所述多个连接孔沿着无人机机体中线的长度方向排列设置，且多个连接孔排列所形成的连线与无人机的重力中心调整移动时所在的水平线重合。通过调节器的设置，便于绳子与无人机的连接，同时便于绳子与不同位置的连接孔固定，从而改变绳子与无人机的系点，实现位置调整，方便测试。

优选地，所述调节器由水平设置的横板构成，该横板固定设置在无人机舱内，所述多个连接孔排列设置在横板上。通过设置水平设置的横板与绳子连接，有利于让横板与无人机的机身更加贴合，与无人机形成一个整体，从而有利于提高测试精度。

优选地，所述调节器包括连接杆和多个环扣，所述连接杆水平设置在无人机舱内，所述多个环扣排列设置在所述连接杆上，所述环扣构成所述连接孔。通过设置这样的调节器，便于调节器的安装，并且占用空间小。

优选地，所述调节器包括水平板和竖直板，所述竖直板设置在水平板上，所述水平板和竖直板形成倒“t”型结构，所述多个连接孔设置在所述竖直板上，所述水平板固定设置在无人机舱内。通过设置这样的调节器，方便绳子的连接和减少风阻，有利于提高测试精度。

优选地，所述调节器由三角架构成，该三角架包括底板、两个分别设置在底板两端部的三角板以及设置在两个三角板之间的连接板，所述连接板竖直设置，所述多个连接孔设置在所述连接板上。通过设置这样的调节器，有利于提高调节器的稳定性与耐用性。

本发明的一个优选方案，在步骤(3)中，当无人机在上升过程中的俯仰情况为“抬头”时，将无人机舱内中可移动的配重物往前移动，使得无人机的重力中心往前移动；当无人机在上升过程中的俯仰情况为“低头”时，将无人机舱内中可移动的配重物往后移动，使得无人机的重力中心往后移动。

优选地，在步骤(3)中，所述可移动的配重物为无人机的电池模块。

本发明的一个优选方案，无人机的两个机翼与风洞的测试空间之间均设有平衡绳，该平衡绳的一端与无人机的机翼端部连接，另一端可竖向滑动连接在风洞的测试空间内。通过平衡绳将无人机的两侧的机翼系住，避免无人机在上升过程中发生左右两侧大幅度的晃动，从而提高测试的精度。

本发明的一个优选方案，在步骤(2)中，通过设定吹风设备，以恒定的速度向风洞中的无人机吹风，形成从前往后吹向无人机的稳定气流；同时启动无人机，让无人机向前飞行；通过控制无人机飞行的动力大小，让吹风设备提供的气流对无人机产生向后的推力与无人机自身运行向前的动力相互抵消，同时在吹风设备提供的气流作用下对无人机产生向上的升力，该升力克服无人机的重力后驱动无人机逐渐上升。以动态的方式来观察无人机的上升姿态，提高了无人机在测试过程中的测量准确度，从而可测试整个无人机的空气动力状况，提高升力中心与重力中心重合的可靠性和真实性。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明采用地面风洞测试的方式，实现在无需启动固定翼无人机的情况下寻找升力中心，操作简单，并且安全可靠。

2、本发明提出的寻找固定翼无人机升力中心的简易方法中，利用绳子悬挂的方式在地面进行静态测试，利用风洞测试使固定翼无人机产生升力，通过判断无人机俯仰运动姿态来判断当前状态下无人机重力中心与升力中心之间的位置关系，进而通过调整无人机中可移动的配重物的方式调节重力中心，最终使升力中心、重力中心和绳子系点三点重合，确定升力中心的位置；不但寻找到无人机的升力中心位置，还通过对重力中心的有效调整实现了对改装后固定翼无人机升力中心和重力中心的配平；对于无人机的进一步改装和控制等有很大帮助，从根本上保障改装后的固定翼无人机的安全性能。

3、本发明提出的寻找固定翼无人机升力中心的简易方法均在室内固定场所即可实现，将无人机在室外正常飞行时才会展现的特性在室内便可呈现出来，操作简单，安全，可靠；相对地，让改装后的固定翼无人机在室外进行实际飞行将面临坠机的风险，如果改装后升力中心与重力中心偏差过大，则完全不能飞行，或起飞后完全无法控制而坠机；另外，在空中进行测试，无法进行定量的测量，无法测量出升力中心，不具有可操作性和安全性。

4、本发明提出的寻找固定翼无人机升力中心的简易方法，使用的关键器材为绳子，不需要复杂的精密仪器，测试成本低。

5、本发明提出的寻找固定翼无人机升力中心的简易方法中，通过绳子的作用实现初始状态时的无人机的重力中心确认，同时在测试过程中又能够通过绳子拉力的分力抵消吹风设备提供的气流对无人机的推力，并且能够避免在测试过程中无人机的坠落，结构简单，并且测试效果好，操作方便。

附图说明

图1为本发明的寻找固定翼无人机升力中心的简易方法在初始状态时设置调节器的俯视结构示意图。

图2-图3为本发明的寻找固定翼无人机升力中心的简易方法的第一个具体实施方式的示意简图，其中，图2为测试时无人机的状态示意图，图3为测试时无人机的受力示意图。

图4-图5为本发明的寻找固定翼无人机升力中心的简易方法的第二个具体实施方式的示意简图，其中，图4为测试时无人机的状态示意图，图5为测试时无人机的受力示意图。

图6为横板的俯视图。

图7为连接杆的立体结构示意图。

图8-图9为水平板和竖直板构成的调节器的结构示意图，图8为主视图，图9为侧视图。

图10为三角架的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例1

参见图1-3，本实施例的寻找固定翼无人机升力中心的简易方法，包括以下步骤：

(1)通过绳子3将待测试的固定翼无人机系住并悬挂在风洞的测试空间中，其中，绳子3与无人机的调节器连接，使用常用固定翼无人机重心判断方法，粗略确定无人机重心位置，使绳子3的系点始终与重力中心重合，确保在静止状态下无人机水平悬挂在风洞的测试空间中；

(2)通过吹风设备向风洞内的无人机吹风，形成从前往后吹向无人机的气流，该气流使得绳子3向后倾斜，无人机向后移动；此状态下，吹风设备产生的气流始终对无人机产生一个向后的推力12，绳子3则始终对无人机产生一个向前倾斜且向上的拉力10，绳子3的拉力10中的水平分力就会与气流的推力12相互抵消，使得无人机在水平方向保持平衡；与此同时，气流对无人机产生向上的升力11，在所述升力11以及拉力10的竖直分力的合力克服无人机的重力13后，无人机逐渐向上升起。(需要注意的是，在无人机上升过程中，无人机的上升轨迹应该是向后倾斜且向上的方向移动，因为在上升过程中在吹风设备产生的气流的作用下绳子3会保持绷紧，并且需要绳子的拉力10的水平分力来抵消气流的推力12；但是，只要无人机的重力13与升力11以及绳子3的竖直分力位于同一竖直线上，无人机即可以整体水平的姿态上升；同时，测试过程中也即观察无人机上升时的俯仰运动姿态，与上升轨迹无关。)

(3)观察无人机在上升过程中的整体姿态；若无人机发生俯仰运动，则吹风设备停止吹风，这表明无人机的重心中心与升力中心不重合。根据无人机产生的俯仰情况，移动无人机舱内可移动的配重物的位置以调整无人机的重力中心，使无人机的重力中心向能够抑制无人机俯仰趋势的方向移动。或是判断升力中心的可能位置，将重力中心靠近升力中心。调整完无人机舱内可移动的配重物的位置后，返回步骤(1)；若在吹风过程中，固定翼无人机以水平的姿态向上升起，不出现俯仰情况，则升力中心、重力中心和绳子系点三点重合。停止吹风以后，此时绳的系点或重力中心的位置即为升力中心的位置，从而找到无人机的升力中心。具体地：本实施例中，在对无人机的重力中心调整过程中，只对无人机的电池模块进行移动，从而避免频繁地改变无人机内部的多个小物件，由于无人机的电池模块相对其他可移动部件来说对无人机的性能影响较小，并无人机的电池模块重量较大，因此采用改变无人机的电池模块位置的方式，能够降低对无人机性能的影响；当无人机在上升过程中的俯仰情况为“抬头”时，将无人机舱内中可移动的配重物往前移动，使得无人机的重力中心往前移动；当无人机在上升过程中的俯仰情况为“低头”时，将无人机舱内中可移动的配重物往后移动，使得无人机的重力中心往后移动。其中，所述无人机的俯仰情况为“抬头”，即无人机的姿态为前端高，后端低；所述无人机的俯仰情况为“低头”，即无人机的姿态为前端低，后端高。此外，也可以改变无人机中位置可变而不影响无人机基本性能的其他部件的位置，例如作业模块、挂载模块等。

参见图6-图10，在待调整的无人机上设有调节器19，该调节器19固定在无人机上，所述调节器19上设有多个用于与绳子3连接的连接孔6，所述多个连接孔6沿着无人机机体中线的长度方向排列设置，且多个连接孔6排列所形成的连线与无人机的重力中心调整移动时所在的水平线重合。通过调节器19的设置，便于绳子3与无人机的连接，同时便于绳子3与不同位置的连接孔6固定，从而改变绳子3与无人机的系点，实现位置调整以及系点与重力中心的重合，同时方便测试。其中，无人机的重力中心调整移动时所在的水平线1，是指沿着无人机的机舱长度方向延伸的水平直线。

参见图6，所述调节器19由水平设置的横板4构成，该横板4固定设置在无人机上，所述多个连接孔6排列设置在横板4的长度方向的中线位置处。通过设置水平设置的横板4与绳子3连接，有利于让横板4与无人机的机身更加贴合，与无人机形成一个整体，从而有利于提高测试精度。

参见图7，所述调节器19包括连接杆20和和多个环扣21，所述连接杆20水平设置在无人机舱内，所述多个环扣21排列设置在所述连接杆20上，所述环扣21构成所述连接孔6。通过设置这样的调节器19，有利于调节器19的安装，并且占用空间小。

参见图8-图9，所述调节器19包括水平板9和竖直板7，所述竖直板7设置在水平板9上，所述竖直板7和水平板9形成倒“t”型结构，所述多个连接孔6设置在所述竖直板7上，所述水平板9固定设置在无人机舱内。通过设置这样的调节器19，能够方便绳子3的连接和减少风阻，有利于提高测试精度。

参见图10，所述调节器19由三角架构成，该三角架包括底板5、两个分别设置在底板5两端部的三角板18以及设置在两个三角板18之间的连接板8，所述连接板8竖直设置，所述多个连接孔6设置在所述连接板8上。通过设置这样的调节器19，有利于提高调节器19的稳定性与耐用性。

在测试过程中，无人机的两个机翼与风洞的测试空间之间还可设置平衡绳，该平衡绳的一端与无人机的机翼端部连接，另一端可竖向滑动连接在风洞的测试空间内。通过平衡绳将无人机的两侧的机翼系住，避免无人机在上升过程中发生左右两侧大幅度的晃动，从而提高测试的精度。

参见图1，在步骤(1)中，先确定无人机的重力中心位置，再根据无人机的重力中心位置对调节器19进行安装，确保调节器19上的连接孔6与无人机的重力中心调整移动时所在的水平线1的重合度。

在吹风测试过程中，绳子3也会在气流的作用下发生倾斜，从而导致绳子3会对无人机形成一个倾斜向上的拉力10，若无人机的重力13和绳子3的拉力10的作用点不重合，则会产生多种影响无人机上升的因数，因为在绳子3倾斜的情况下，绳子3的拉力10和无人机的重力13产生的力矩同样会使无人机倾斜，从而影响对无人机上升过程中的姿态的观察和后期的电池模块调整，影响配平结果。由于在对无人机的电池模块进行位置调整从而改变无人机的重力中心位置时，一般均会让电池模块沿着无人机的机舱长度方向前后移动，因此，在初始设置时将调节器19上的连接孔6设置在无人机的重力中心调整移动时所在的水平线1上，能够使得在每次改变绳子3与无人机的系点时，缩小与无人机的重力中心的位置差异，并且便于调整，能够减少测试时对无人机上升的姿态影响，从而得到更加精确的测试结果。

在测试前寻找无人机的重力中心，具体操作如下：两只手指支撑无人机的机翼前端三分之一处2附近，找到平衡状态后，将两手指支撑在机翼上的两点连线的中点作为无人机的重力中心。

实施例2

参见图4和图5，本实施例的寻找固定翼无人机升力中心的简易方法，包括以下步骤：

(1)通过绳子3将待测试的固定翼无人机系住并悬挂在风洞的测试空间中，其中，绳子3与无人机的调节器19连接，使用常用固定翼无人机重心判断方法，粗略确定无人机重心位置，使绳子3的系点始终与重力中心重合，确保在静止状态下无人机水平悬挂在风洞的测试空间中；

(2)通过设定吹风设备，以恒定的速度(20m/s以上)向风洞中的无人机吹风，形成从前往后吹向无人机的稳定气流；同时启动无人机，让无人机动力浆工作，模拟真实的向前飞行；通过控制无人机飞行的动力大小，让吹风设备提供的气流对无人机产生向后的推力17与无人机自身运行向前的动力15相互抵消，同时在吹风设备提供的气流以及无人机的自身动力作用下对无人机产生向上的升力14，该升力14克服无人机的重力16后驱动无人机逐渐上升，此时绳子3处于松驰状态；

(3)观察无人机在上升过程中的整体姿态；若无人机发生俯仰运动，则吹风设备停止吹风，这表明无人机的重心中心与升力中心不重合。根据无人机产生的俯仰情况，移动无人机舱内可移动的配重物的位置以调整无人机的重力中心，使无人机的重力中心向能够抑制无人机俯仰趋势的方向移动。或是判断升力中心的可能位置，将重力中心靠近升力中心。调整完无人机舱内可移动的配重物的位置后，返回步骤(1)；若在吹风过程中，固定翼无人机以水平的姿态向上升起，不出现俯仰情况，则升力中心、重力中心和绳子系点三点重合。停止吹风以后，此时绳的系点或重力中心的位置即为升力中心的位置，从而找到无人机的升力中心。具体地：本实施例中，在对无人机的重力中心调整过程中，只对无人机的电池模块进行移动，从而避免频繁地改变无人机内部的多个小物件，由于无人机的电池模块相对其他可移动部件来说对无人机的性能影响较小，因此采用改变无人机的电池模块位置的方式，能够降低对无人机性能的影响；当无人机在上升过程中的俯仰情况为“抬头”时，将无人机舱内中可移动的配重物往前移动，使得无人机的重力中心往前移动；当无人机在上升过程中的俯仰情况为“低头”时，将无人机舱内中可移动的配重物往后移动，使得无人机的重力中心往后移动。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。