【正文】 試結(jié)果如圖 48 所示： 圖 48 旋翼特性測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集程序運行測試情況 從圖中我們不難發(fā)現(xiàn)，該數(shù)據(jù)采集程序運行正常，能夠很好地同時采集兩個模擬量以及一個數(shù)字脈沖計數(shù)，可以用于采集旋翼的三個旋轉(zhuǎn)特性。 西安交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 5 旋翼動態(tài)特性測試 通過加工與組裝，最終成型的實驗臺如下圖所示： 圖 51 旋翼特性測試系統(tǒng)實驗臺 圖中左側(cè)分別為扭矩傳感器和拉壓力傳感器的信號變送器，由于兩個傳感器的輸出量都是 mV 級，因此需要通過變送器來進行信號的調(diào)理放大，兩個變送器輸出均為 +/5V，變送器和接近傳感器所接電源均為 12V。接近傳感器固定于旋翼一側(cè)，考慮金屬塊在旋翼高速旋轉(zhuǎn)時易飛出，因此于旋翼一槳葉下側(cè)粘貼固定一片錫箔紙，質(zhì)輕易固定，利用接近開關(guān)對 錫箔紙的感應(yīng)脈沖輸出來計算旋翼旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。傳感器和變送器連接右側(cè)的數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊通過 USB 接口連接電腦進行數(shù)據(jù)采集，旋翼連接轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，通過改變電機占空比，來改變旋翼轉(zhuǎn)速，進而達到數(shù)據(jù)測試采集的目的。 原始數(shù)據(jù)的采集與處理 本測試通過改變占空比來改變旋翼轉(zhuǎn)速， 占空比又 被稱為 占空度、占空因數(shù) ，所謂占空比是指直流電機在一個通電與斷電 周期中其通電時間所占的比例 。本次5 旋翼動態(tài)特性測試 27 試驗當(dāng)中，占空比越大，旋翼轉(zhuǎn)速越小，但占空比最大不能超過 97%，否則電機將停止旋轉(zhuǎn)，而占空比最小又不能超過 91%，否則電機將因轉(zhuǎn)速過快而被燒壞。 因此， 本次測試實驗，通過分別控制占空比為 92%、 %、 93%、 %、94%、 %、 95%、 %、 96%、 %控制轉(zhuǎn)速，包括靜止?fàn)顟B(tài)分別測試 11種狀態(tài)時旋翼的轉(zhuǎn)速、扭矩及升力情況，采集到的原始數(shù)據(jù)分別記錄在 EXCEL文件當(dāng)中便于數(shù)據(jù)的初步分析。 針對采集到的原始數(shù)據(jù)，扭矩和升力進行取均值、轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)圈數(shù)除以時間的處理，所得的數(shù)據(jù)情況表 51 所示： 表 51 測試原始數(shù)據(jù)的初步處理 占空比 轉(zhuǎn)速 (r/s) 扭矩 (V) 升力 (V) 靜止?fàn)顟B(tài) 0 92 173 163 93 150 140 94 118 113 95 101 80 96 61 34 扭矩傳感器的測量范圍為 5N?m，輸出為 +/5V，因此測量的扭矩計算 系數(shù)為1N?m/V，拉壓力傳感器的測量范圍為 1kg，即 ，輸出為 +/5V，因此測量的升力計算系數(shù)為 。將各占空比下的扭矩和轉(zhuǎn)速分別與靜止?fàn)顟B(tài)的扭矩和轉(zhuǎn)速求差值并取絕對值，再乘以計算系數(shù)，即可得到各轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的扭矩和升力。 通過計算分析，得到的轉(zhuǎn)速、扭矩、升力數(shù)據(jù)如表 52 所示： 表 52 旋翼轉(zhuǎn)速、扭矩、升力數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)速 (r/s) 扭矩 (N?m) 升力 (N) 173 163 150 140 118 113 101 80 61 34 西安交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 通過繪制圖表，所得轉(zhuǎn)速與扭矩的關(guān)系如圖 52 所示： 圖 52 轉(zhuǎn)速扭矩散點圖 所得轉(zhuǎn)速與升力的關(guān)系如圖 53 所示： 圖 53 轉(zhuǎn)速升力散點圖 通過觀察圖 52 與圖 53，不難發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速與扭矩、轉(zhuǎn)速與升力之間，均大致呈二次函數(shù)關(guān)系，扭矩和升力隨著轉(zhuǎn)速的升高而不斷增大，且轉(zhuǎn)速越高，扭矩和升力增加約明顯 。 曲線方程擬合 所謂擬合是指已知某函數(shù)的若干離散函數(shù)值 {f1,f2,…,fn} ，通過調(diào)整該函數(shù)中若干待定系數(shù) f(λ1, λ2,…,λn) ，使得該函數(shù)與已知點集的差別 （ 最小二乘意義 ）最小。如果待定函數(shù)是線性，就叫線性擬合或者線性回歸 （ 主要在統(tǒng)計中 ） ，否則叫作非線性擬合或者非線性回歸。表達式也可以是分段函數(shù)，這種情況下叫作樣條擬合。 一組觀測結(jié)果的數(shù)字統(tǒng)計與相應(yīng)數(shù)值組的吻合。形象的說 ,擬合就是把平面上一系列的點 ,用一條光滑的曲線連接起來。因為這條曲線有無數(shù)種可能 ,從而有5 旋翼動態(tài)特性測試 29 各種擬合方法。擬合的曲線一般可以用函數(shù)表 示。根據(jù)這個函數(shù)的不同有不同的擬合名字。 在 MATLAB 中可以用 polyfit 函數(shù) 來擬合多項式。 擬合以及插值還有逼近是數(shù)值分析的三大基礎(chǔ)工具，通俗意義上它們的區(qū)別在于：擬合是已知點列，從整體上靠近它們，插值是已知點列并且完全經(jīng)過點列；逼近是已知曲線，或者點列，通過逼近使得構(gòu)造的函數(shù)無限靠近它們。 該實驗最終的目的是為了擬合出轉(zhuǎn)速與扭矩、轉(zhuǎn)速與升力之間的函數(shù)關(guān)系，通過利用 MATLAB 編寫曲線方程擬合程序，對各參數(shù)之間的函數(shù)方程式進行擬合，曲線方程擬合程序見附錄 3。 通過 MATLAB 曲線擬合，所得的轉(zhuǎn)速與扭矩 的二次曲線圖如圖 54 所示： 圖 54 轉(zhuǎn)速扭矩擬合二次曲線 擬合出的轉(zhuǎn)速扭矩二次函數(shù)方程式為： 6 2 5 10 10 10T ???? ? ? ? ? （ 51） 式中： T —— 旋翼扭矩 / mN? ； ? —— 旋翼轉(zhuǎn)速 / 1??sr 。 轉(zhuǎn)速與升力的二次曲線圖如圖 55 所示： 西安交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 圖 55 轉(zhuǎn)速升力擬合二次曲線 擬合出的轉(zhuǎn)速升力二次曲線方程為： 4 2 10 10 ???? ? ? ? （ 52） 式中： F —— 旋翼升力 /N ； ? —— 旋翼轉(zhuǎn)速 / 1??sr 。 由圖 54 和圖 55 不難發(fā)現(xiàn)，利用 MATLAB 所擬合出的方程曲線足夠平滑，且各散點均勻臨近地分布于曲線兩側(cè)，說明式 51 及式 52 能夠很好地分別表達旋翼轉(zhuǎn)速與扭矩、轉(zhuǎn)速與升力之間的關(guān)系，可以作為最后的實驗結(jié)果。 同時實驗結(jié)果也證明了該實驗系統(tǒng)能夠很好地采集并 記錄轉(zhuǎn)速、扭矩及升力各參數(shù)值，且裝卸簡單易行，實驗數(shù)據(jù)較接近真實情況，此次測試系統(tǒng)設(shè)計較為成功。 6 結(jié)論與展望 31 6 結(jié)論與展望 結(jié)論 直升機的旋翼是為直升機在飛行當(dāng)中產(chǎn)生升力和操縱力的核心部件。旋翼的轉(zhuǎn)速、升力、扭矩是旋翼動態(tài)特性測量的重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到了旋翼在工作過程當(dāng)中的穩(wěn)定性以及安全性，也是直升機生產(chǎn)時重要檢查、維護的項目。旋翼轉(zhuǎn)速、升力、扭矩的測量是在旋翼動態(tài)旋轉(zhuǎn)工作過程當(dāng)中實施的，本文論證的旋翼動態(tài)測試系統(tǒng)采用了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)等來進行設(shè)計和組建，具有簡單、快速、精度高等特點。本文的 主要成果總結(jié)如下： 1) 詳細介紹了實驗所采用的各個器材設(shè)備以及其測量原理。 2) 設(shè)計出動態(tài)特性測試系統(tǒng)的機械裝置并繪制出裝配圖以及零件圖，同時列出所需標(biāo)準(zhǔn)件，詳細闡明了機械裝置的設(shè)計思路，并且利用三維繪圖軟件進行建模并檢查干涉和可裝配性。設(shè)計完成后通過指導(dǎo)老師的幫助找?guī)煾祵α慵M行加工，最后同待測試旋翼以及傳感器按照裝配圖完成裝配。 3) 通過學(xué)習(xí) LabVIEW 程序設(shè)計軟件，初步掌握了 LabVIEW 的程序構(gòu)建方法，并且針對所設(shè)計的測試系統(tǒng)機械裝置以及采用的數(shù)據(jù)采集模塊編寫出數(shù)據(jù)采集所需的 LabVIEW 程序并進行測試 ，程序運行正確且能準(zhǔn)確地采集傳感器發(fā)出的數(shù)據(jù)信號。 4) 最后采用本次設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對旋翼進行信號采集，并且利用數(shù)據(jù)分析軟件針對所采集到的數(shù)據(jù)進行一個初步的分析，找出旋翼轉(zhuǎn)速與扭矩、轉(zhuǎn)速與升力之間的大致關(guān)系，利用 MATLAB 擬合出旋翼轉(zhuǎn)速與扭矩、轉(zhuǎn)速與升力的二次曲線方程，獲得了一定的實驗成果。 在進行測試系統(tǒng)設(shè)計的過程當(dāng)中，遇到了許多的問題，例如如何有效固定旋翼和傳感器，如何將旋翼和傳感器穩(wěn)定地緊固在一個裝置中，如何避免機械干涉，如何同時采集兩個模擬量和一個數(shù)字脈沖計數(shù)并且有效進行記錄等，通過不斷的學(xué)習(xí)以及 與老師和學(xué)長進行討論，我逐步地克服并解決了這些問題，最終確保測試系統(tǒng)良好運行，這個不斷學(xué)習(xí)鉆研的過程，令我收貨頗深，大大提高了我的學(xué)習(xí)能力、獨立思考能力以及動手能力。 展望 當(dāng)然，此次設(shè)計的旋翼動態(tài)特性測試系統(tǒng)雖能夠正確運行，但仍然有一定的西安交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 不足之處，但由于時間問題以及個人在程序設(shè)計方面自身的不足，該系統(tǒng)的不足沒有得到很好的完善。 例如其采集到的數(shù)據(jù)信息，需要通過人為手動操作數(shù)據(jù)分析軟件才能夠分析各數(shù)據(jù)關(guān)系，可以針對該不足利用一些數(shù)據(jù)分析方法對于所設(shè)計的程序進行一定的修改和完善，使得程序能夠在數(shù)據(jù)采集的同時， 自動分析原始數(shù)據(jù)計算出轉(zhuǎn)速以及扭矩和升力的均值；另外，旋翼轉(zhuǎn)速過高時，接近開關(guān)采集的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)會存在著一些較不穩(wěn)定的情況，例如計數(shù)會偶爾發(fā)生突變，可以考慮更換精度更高、測試更穩(wěn)定的接近傳感器以避免這些情況。希望日后有時間的話，能夠繼續(xù)對該旋翼特性測試系統(tǒng)進行進一步的改進和完善。 參考文獻 33 參考文獻 [1] 張桐，陳國順， 王正林 ． 精通 LabVIEW 程序設(shè)計 [M]．北京 ： 電子工業(yè)出版社 ， 2022：177212． [2] 雷振山， 趙晨光， 魏麗等 ． LabVIEW [M]． 北京：中國鐵道出版社， 2022：2747． [3] Paul Pounds, Robert Mahony, Peter Corke. 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