灵翼飞航

电动测试
LY-10KGF LY-30KGF LY-70KGF LY-30KGF共轴
发动机测试
WF-EN-15KW WF-EN-50KW
创客教育
职业实验教育 创客实验教育
定制开发
定制测试台 动拉力测试系统 风洞测试
服务与支持
资料下载 新闻中心 软件下载
关于我们
公司介绍 联系我们
简单、高效、低成本风洞测试解决方案
时间 : 2020-07-01
浏览次数 : 709次

 为什么要进行风洞测试?


 风洞作为进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一,是航空飞行器研发过程中必不可少的利器。随着我国民用无人机市场的逐渐成熟,航空专业人才的不断输入,各企业和研究机构更加关注民用无人机的气动性能,而风洞测试的需求也日渐增加。

 通过我们关于风洞测试的问卷调研,数据显示使用过风洞测试占比为38%;其中付费测试用户占比为59%;自有风洞占比为22%;依靠其他单位或者付费测试占比为78%;其中使用过风洞测试,测试三次以上的占比为81.82%,足以说明风洞对无人机研发的重要性。对测试项目关键词分析,可以发现大家更关注气动性能及抗风测试。(详细调研报告可加后方微信获取)


风洞难以普及测试的原因


 风洞测试对无人机研发至关重要,但是一些厂家还是选择放弃或者其他效果不佳的方案,主要有三个原因:

 1.风洞测试成本高

 2.难以找到合适的风洞测试资源

 3.测试复杂


简单、高效、低成本测试方案


 针对这些问题,灵翼飞航提出了一套简单、高效、低成本的风洞测试方案,既降低了风洞实验的测试成本,又使实验数据实时可查,对飞行状态了如指掌。

 我司通过与高校的深度合作,依托高校实验室大型风洞设备和灵翼飞航自主开发风洞专用动力试验台,可针对固定翼,旋翼等飞行器的动力系统进行全面的测试,同时可对各种仿真模拟测试进行专业定制。

 设备外形如图所示,其中试验段宽1.6米,高1.2米,试验段风速可达50m/s。


image.png


 风洞实验室装配有全国为数不多大型风洞实验室,设备面积占地617.4㎡,可提供0~180km/h的风速,内部具有电机、整流罩等设施,可保证实验端口风速可以平滑流过,不会出现气动分离、绕流、湍流现象发生。


image.png



测试方案—固定翼螺旋桨测试


 固定翼飞行器的风洞测试历来都是以全尺寸整机或者等缩比模型测试为主,但是整机实验往往成本较高,且测试方案设计复杂。

 灵翼飞航以动力系统为切入点,以螺旋桨转速为基准,提出一套以动力系统风洞测试为基础的半模拟全机性能测试方案。具体解决方案如下:


 1.飞行工况确定

 使用飞控和数据采集系统采集整个飞行器包线的转速和姿态数据,由此确定飞行器动力系统的所有工况;


 2.风洞测试

 使用风洞测试台模拟动力系统的所有飞行工况,测试出并拓宽工况以便观察变化规律,测试出动力系统的空速、转速、功率、拉力、扭矩参数,从而推导出系统效率,螺旋桨效率参数;


 3.实验对比

 将测试结果带入真实测试工况中反推实际飞行时的螺旋桨效率,动力系统效率,飞行器升阻比等参数。

 以上3步反复迭代不断的对飞行器进行升级,达到最终的优化目标。


image.png

 

 

测试方案—旋翼螺旋桨测试


 针对旋翼的风洞测试,主要是测试桨叶与气流在不同夹角时的拉力与力效。旋翼的航时一直是一个不好评估的参数,因为旋翼的工况相较于固定翼来说并不固定,而不同的航速对应的航时也大大不同,灵翼飞航从实用性角度出发,对不同航速下的力效做出全面的解析,方案如下:


 1.针对不同航速下不同倾角的动拉力测试,绘制无人机航速,倾角,力效曲线。

 对比以往的测试,无人机航时的最大值并不是悬停状态,而是以某一角度持续巡航的巡航态,有了这个关键指标,无人机在进行某些巡航作业时就可以找到效率最高的巡航速度和巡航时间,意义重大。


 2.针对侧风对悬停效率的影响(整机/动力系统,整机为方案定制)。

 该实验针对整机或独立的动力系统开发,主要是测试无人机在有风的情况下的能量损耗,因为在实际测试中,不论是风的扰动还是持续的抗风都是没有规律的,这样,风洞侧风测试就非常有必要了,我司可定制平衡球整机风洞测试,确保测试有效性。



image.png


 下图是我司测试的一组螺旋桨平面与来流夹角7度时的动力关系曲线图,该实验表明了在某一角度下,螺旋桨的拉力可以随气流的增大而增大,同时力效也随之增大。

 

image.png


测试实验案例分享-固定翼案例


 测试客户指定机型——“******”(起飞重量10kg)使用的配套桨——“HAWK18*10E木桨”的全工况空气动力性能(数据分享已获得客户同意)。

 动力系统工况(实验数据)

 1.巡航态:  4000-5000RPM,空速60km/h

 2.最大爬升态: MAX7500RPM,空速0-80km/h

 测试点设计:

 20km/h,转速2500-7000RPM,10个测试点(每500转)

 40km/h,转速2500-7000RPM,10个测试点(每500转)

 60km/h,转速2500-7000RPM,10个测试点(每500转)

 80km/h,转速2500-7000RPM,10个测试点(每500转)


image.png

测试报告-测试信息


image.png

测试报告-测试数据汇总



image.png

测试报告-转速-桨效率关系图


 由该图可以看出“HAWK-1810E”螺旋桨为一只典型的高速螺旋桨,在空速大于60km/h时,该桨的部分工况可超过70%,是商品桨里较优的属性。其实际工况的60km/h下4000-5000转效率也达到了70%,符合设计指标。


image.png

测试报告-转速-拉力关系图


 该图可看出“HAWK-1810E”螺旋桨各空速下性能稳定,不易失速,满足各种复杂工况。



测试报告-动力测试及优化意见


 根据客户提出的测试指定机型——“******”使用的配套桨——“HAWK18*10E木桨”的全工况空气动力性能,提出以下总结及意见:

 1.对起飞阶段来说,该动力系统可在20km/h时提供最大8kg的最大拉力,推重比达到0.8,该动力完全可以满足起飞阶段的高动力需求;

 2.根据客户提供的巡航态4000-5000转,60km/h的条件来看,该套动力系统在4000-5000转时拉力约为0.9-2kg左右,桨效率约为70%,对该工况下商品桨的动力及效率来说,70%的效率已经是较为优秀的动力表现,若想进一步提升效率,建议使用17*10及18*12,19*12螺旋桨进行对比分析,但是上升空间并不明显,最高效率约在75%以内,若想要桨效率高于80%,则需要对该工况下的螺旋桨进行特别设计才有可能。

 3.该动力系统的朗宇电机全工况下效率高达88%,表现优秀,发热量也在可控范围内,是国内的一线水平,且该款电机结构简单,重量较轻,综合考虑性价比很高。

 

总结

 “******”机型配套的动力系统表现较为优秀,是目前商品动力套装中较为合适的一种搭配,后续的测试飞行中可尝试使用17*10、18*12及19*12型号螺旋桨进行精细化对比测试,找到最合适该机型的螺旋桨,使得飞行功耗降到最低。