早期的试验台设计理念之一包括将设备安装在轨道上并测量位移以获得推力,同时将力矩臂连接到应变计上以确定扭矩。由于轨道和力矩臂的摩擦损失,确定这种方法不是最准确和最有效的设计。因此,使用多轴传感器同时进行测量。该传感器必须能够分别测量由电机和螺旋桨施加的整个扭矩和推力负载范围。在对适用的传感器技术进行广泛研究并使用已发布的电机和螺旋桨数据确定负载范围后,从 FUTEK Advanced Sensor Technology, Inc. 购买了扭矩和推力双轴传感器。该传感器安装在轴的末端并输出放大的模拟信号,然后使用数模转换器将其转换为数字信号,这将在后面讨论。它可以分别测量高达 500 磅和 500 英寸磅的推力和扭矩,覆盖所需范围,安全系数为 2。传感器如图 7 所示。
分布在重心周围。纵向稳定性和控制力来自水平尾翼和升降舵,它们具有非常有用的力矩臂。垂直尾翼提供方向稳定性,使用方向舵进行方向控制。机翼/机身/起落架设置允许机翼在重心附近提供升力,并将起落架定位在飞机可以以起飞速度旋转的位置,同时提供足够的旋转而不会刮擦尾部。这种布置还可以降低修剪阻力。发动机位于机翼下方的吊架上。这种布置允许发动机重量抵消机翼升力,减少翼根弯矩,从而减轻机翼重量。这种发动机位置还可以设计成基本上没有不利的空气动力学干扰。
波音 747 的布局如图 4-1 所示。它符合上述标准。有效载荷分布在重心周围。纵向稳定性和控制力来自水平尾翼和升降舵,它们具有非常有用的力矩臂。垂直尾翼提供方向稳定性,使用方向舵进行方向控制。机翼/机身/起落架设置允许机翼在重心附近提供升力,并将起落架定位在飞机可以以起飞速度旋转的位置,同时提供足够的旋转而不会刮到尾部。这种布置还可以降低修剪阻力。发动机位于机翼下方的吊架上。这种布置允许发动机重量抵消机翼升力,从而减少翼根弯矩,从而使机翼更轻。这种发动机位置还可以设计成基本上没有不利的气动干扰。
K t = 电机扭矩系数,单位为 N m/amp K e = 电机反电动势系数,单位为 V/(rad/s) V batt = 电池电压,伏特 R tt = 电机电阻(端子到端子),欧姆 J m = 电机和螺旋桨惯性,单位为 kg m2 D r = 转子(螺旋桨)直径,单位为 m ρ = 空气密度,单位为 kg/m3 T = 螺旋桨推力,NQ = 螺旋桨扭矩,单位为 N m CT = 螺旋桨推力常数 CP = 螺旋桨功率常数 Ixx 、I yy 、Izz = 无人机惯性矩,单位为 kg m2 m = 无人机质量,单位为 kg L x 、L y = 从 CG 到电机的力矩臂,单位为 m ω x 、ω y 、ω z = 机身轴旋转速度,单位为 rad/s ψ、θ、φ = 惯性轴到机身的欧拉角,单位为 rad ux 、uy 、uz =感知位置处的体轴速度 ux cg , uy cg , uz cg = 重心处的体轴速度 ω m = 电机速度,rad/s T d = 硬件更新延迟,惯性测量单元 (IMU) T d 2 = 硬件更新延迟,OptiTrack 反馈 CG = 重心 z cg = OptiTrack 传感器测量点下方的垂直重心距离 G 输出输入 = 从输入到输出的传递函数