共轴双旋翼无人机动力测试解决方案

前言

与传统的多旋翼无人机架构相比，共轴式多旋翼无人机具有结构紧凑、上下旋翼反转扭矩相消和良好的操控性等优势，同时可以为整机提供更大的动力，尤其在直升机领域，共轴双旋翼的设计受到了越来越多军工设计领域与民用领域人士的重视，在无人整机整体平衡设计上无需尾桨来平衡主旋翼的扭矩，即可在空中保持悬停，因此具有更高的悬停效率。据卡莫夫设计局的研究资料，通常共轴双旋翼直升机的悬停效率要比单旋翼带尾桨的直升机高出17%~30%。

然而同样是由于共轴双旋翼的翼间布局紧凑的原因，下旋翼大部分区域处于上旋翼的下洗流和尾迹涡干扰中，在上下旋翼之间存在非对称干扰，造成流场内部的气动干扰更加复杂。为了充分发挥共轴双旋翼的动力性能，减少不必要的功率损耗，因此对共轴双旋翼无人机的动力测试显得尤为关键。

一、系统概述

本文尝试从无人机生产制造商的角度来阐述全新一代的共轴双旋翼无人机动力测试系统，如何更全面、更精准和更高效地优化共轴双旋翼无人机的整机设计。系统主要由全固态高精度的无人机动力测试台和模块化、开放式的数值风洞系统两部分组成。上述硬件部分均支持基于python脚本的自定义软件控制，其重新定义了无人机的动力测试项目，极大地增强了生产厂商对无人机全生命周期的综合态势感知能力。

1、全固态高精度Tyto共轴双旋翼无人机动力测试台

测试台支持对共轴电机和共轴螺旋桨的推力，扭矩，转速，电流，电压，温度，空速，螺旋桨效率和电机效率的测量帮助您精准地描述和评估其性能参数。其中测试台两个动力系统共轴测试有以下几种结构形式:背靠背，面对面，或偏置测试。

与常规的无人机单电机+单旋翼测试台相比，共轴双旋翼电机测试方案引入了一些新的参数变量：

• 轴向距离：两个螺旋桨在轴向上的物理偏移量Z；
• 径向偏移：两个螺旋桨之间在径向上的物理偏移；
• 直径差异：两个螺旋桨可能有不同的直径；
• 螺距差异：两个螺旋桨可能有不同的螺距；

当同时控制两个电机和电调时，还需要一些额外的参数设置：两个螺旋桨之间的转速差，以及上游螺旋桨产生的空气速度和压力。仅使用单电机测试对上述所有这些参数进行建模非常复杂，所以我们建议首先确定测试需要的初始目标设置量。