Стенд для комплексного тестирования модулей беспилотного воздушного судна мультироторного типа

Полезная модель относится к средствам испытания авиационной техники, а именно к стендам для комплексного тестирования модулей беспилотного воздушного судна мультироторного типа (далее БВС) вертикального взлета и посадки максимальной взлетной массой до 1 кг.
Известен стенд пилотирования беспилотных летательных аппаратов [1], имеющий простую конструкцию, обеспечивающую вращение беспилотного летательного аппарата на 360 градусов в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, имитирующую все режимы полета. Для этого стенд пилотирования беспилотных летательных аппаратов содержит пространственную раму куба, уголки, механизм вращения в плоскостях, люльку, соединенные между собой с помощью подшипниковых узлов и винтов, при этом в пространственную раму включены вибродемпферы, которые соединены с нижней частью вертикальных профилей, прикрепленных к горизонтальным профилям, соединенных с нижним осевым профилем в нижней плоскости и верхним осевым профилем в верхней плоскости, соединенные подшипниковыми узлами с механизмом вращения в плоскостях, состоящей из кольцевой рамы большого диаметра, которая соединена с помощью подшипниковых узлов с кольцевой рамой меньшего диаметра, которая соединена с люлькой, состоящей из трех пластин, подшипниковыми узлами, обеспечивающих вращение в каждой из трех взаимно перпендикулярных плоскостей на 360 градусов. Недостатком известного стенда по отношению к заявляемому техническому решению является то, что она имеет ограниченные степени подвижности, в частности не предусматривает возможность тестирования БЛА в режиме висения.
Известен стенд для испытаний квадрокоптеров [2] упрощенной конструкции. Стенд для испытаний квадрокоптеров, включающий в себя опорную раму, поворотную платформу, устройство нагружения крутящим моментом и систему управления нагружающим моментом, включает также поворотную платформу, закрепленную неподвижно на вертикальном валу, устройство нагружения выполнено в виде электромагнитной муфты, а стенд дополнительно содержит два приводных электродвигателя для поворота платформы в двух плоскостях, а также электромагнитную муфту-тормоз, которая используется в качестве измерителя крутящего момента. Недостатком известного стенда по отношению к заявляемому техническому решению является то, что он имеет ограниченные степени подвижности. Помимо этого, подвижность тестирующего оборудования (частей и элементов стенда) на высоких скоростях не делает его безопасным для тестирующего квадрокоптер оператора, а жесткое соединение тестируемого объекта с платформой стенда снижает достоверность измеряемых параметров.
Известна испытательная установка многороторного беспилотного летательного аппарата [3], целью которой является создание испытательного устройства для многороторного беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Для этого многороторное испытательное устройство БПЛА включает в себя нижнюю плиту, множество компонентов вертикальной колонны и источник энергии вибрации. Множество компонентов вертикальной колонны соединены с нижней пластиной, а верхние концы нескольких компонентов вертикальной колонны соединены для и без компонента углового вращения, соединенного с рычагом человека-машины, источник энергии вибрации размещен на дрон. Недостатком известного технического решения, по отношению к заявляемому техническому решению является то, что устройство осуществляет движение только по высоте и измеряет взлетную массу БПЛА.
Известен стенд для испытаний беспилотного летательного аппарата (БЛА) вертикального взлета и посадки на режиме висения и взлета [4], который относится к средствам испытания авиационной техники, а именно к стендам для испытаний беспилотных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки, и может быть использован для настройки системы автоматической стабилизации БЛА. Стенд для испытаний беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки на режиме висения и взлета включает основание, стойку, жестко соединенную с основанием, вертикальный полый вал, который установлен с возможностью перемещения вдоль своей оси, при этом основание выполнено в виде массивного сварного соединения, например, из стали, введена балка прямоугольной формы, закрепленная на верхнем конце вала, два подвижных дугообразных рельса для наклона беспилотного аппарата по углу крена, две пары пластин, например, трапециевидной формы, которые расположены по бокам балки, по две с каждой стороны и закрепленных с помощью болтов, ролики для перемещения по ним рельсов, которые расположены по три штуки между каждой парой пластин, пара вилок, расположенных на концах рельсов и скрепляющие их между собой с помощью болтов и гаек, подвижная разборная люлька, которая соединена с вилками двумя осями, для обеспечения наклона беспилотного аппарата по углу тангажа. Недостатком такого решения по отношению к заявляемому техническому решению является сложность его конструкции и ограничение по степеням подвижности (взлета, посадки и висения).
Также известна механическая система научно-исследовательского и учебно-испытательного стенда четырехвинтового беспилотного летательного аппарата [5], которая относится к области беспилотных летательных аппаратов, в частности к испытательному стенду четырехроторного беспилотного летательного аппарата (БПЛА) для научных исследований и обучения. Известная система выполнена в виде испытательного стенда с четырехроторным БПЛА и компьютера. Стенд представляет собой сборную конструкцию, состоящую из основания со стойками и механизмом, обеспечивающим движение макета БВС. Механизм, обеспечивающий движение макета четырехроторного БПЛА выполнен в виде вала, размещенного между стойками и энкодера, позволяющего с необходимой точностью измерить различные параметры вращения вала.
К недостаткам известного стенда относится то, что его конструкция не позволяет имитировать все режимы полета БПЛА, перемещение осуществляется только по одной оси.
Задачей полезной модели является разработка нового стенда, простой конструкции обеспечивающего возможность перемещения макета БВС по четырем степеням свободы: осей качение по осям α и β, вращение по оси γ и линейное перемещение по оси z, имитируя все режимы полета.
Для решения указанной задачи стенд для комплексного тестирования модулей беспилотного воздушного судна мультироторного типа, выполнен в виде основания со стойками и механизмом, обеспечивающим движение макета БВС, который в соответствии с заявляемым техническим решением размещен между стойками основания и выполнен в виде сферического подшипника со штоком, установленным в его внутреннее кольцо.
Для размещения механизма, обеспечивающего движение макета БВС между стойками, стенд для комплексного тестирования модулей БВС может иметь корпус подшипника. При этом корпус подшипника может быть соединён со стойками винтовыми креплениями.
Стенд для комплексного тестирования модулей беспилотного воздушного судна мультироторного типа может быть снабжен механизмом самовыравнивания штока, выполненным в виде конуса. Механизм самовыравнивания штока может быть размещен соосно с механизмом, обеспечивающим движение макета БВС, на ребре жесткости, закрепленном в нижней части стенда между стоек основания параллельно корпусу подшипника
На рисунке представлен стенд для комплексного тестирования модулей беспилотного воздушного судна мультироторного типа в соответствии с заявляемым техническим решением.
Для тестирования модули беспилотного воздушного судна мультироторного типа установлены на раму, образуя макет БВС мультироторного типа.
Режимы полетов макета БВС мультироторного типа включают качение по осям α и β, вращение по оси γ и линейное перемещение по оси z, соответственно для выполнения задачи стенд для комплексного тестирования модулей БВС должен обеспечивать движение макета БВС по этим четырем степеням свободы.
Для решения поставленной задачи стенд для комплексного тестирования модулей беспилотного воздушного судна мультироторного типа, выполнен в виде основания со стойками, например сборной конструкции из алюминиевых профилей с винтовыми соединениями усиленными уголками.
Основание 1 позволяет надежно закрепить стенд на рабочей поверхности (на фиг. не указана). Стойки 2 основания 1 служат для размещения механизма, обеспечивающего движение макета БВС. Для размещения механизма, обеспечивающего движение макета БВС между стойками 2, стенд для комплексного тестирования модулей БВС может иметь корпус подшипника 3. При этом корпус подшипника 3 может быть соединён со стойками 2 винтовыми креплениями, как показано на фигуре, например, соединением «болт-гайка».
Механизм, обеспечивающий движение макета БВС, выполнен в виде сферического подшипника 4 со штоком 5, установленным в его внутреннее кольцо.
В сферических подшипниках соприкасающиеся между собой поверхности скольжения имеют сферическую форму, за счет чего его внутреннее и внешнее кольца могут не только вращаться друг относительно друга, но и наклоняться набок. Схема установки сферического подшипника 4 следующая: его наружное кольцо вставляется в корпус подшипника 3, а во внутреннее кольцо устанавливается шток 5, на котором размещен макет БВС 6, образуя подвижный узел для перемещения макета БВС по осям α и β в режиме качения.
Помимо этого, такой узел не препятствует свободному вращению макета БВС 6, установленного на штоке 5, в режиме вращения по оси γ и в режиме линейного перемещения по оси z.
Для обеспечения безопасности перемещения штока 5 по всем осям его движение должно быть ограничено, для этого в нижней части шток имеет ограничитель 7, препятствующий его полному выходу из внутреннего кольца сферического подшипника 4.
Стенд для комплексного тестирования модулей БВС может быть снабжен механизмом самовыравнивания штока, например, выполненным в виде конуса 8, куда шток 5 «падает» после прохождения теста.
Предпочтительно, когда механизм самовыравнивания штока размещен соосно с механизмом, обеспечивающим движение макета БВС. Для этого основание 1 стенда для комплексного тестирования модулей БВС может иметь ребро жесткости 9, закрепленное в нижней части стенда между стоек 2 параллельно корпусу подшипника 3. Таким образом, располагая механизм самовыравнивания штока на ребре жесткости 9, возможно обеспечить его соосное положение с механизмом, обеспечивающим движение макета БВС.
Тестирование происходит за счет проверки возможности бортовых систем перемещать макет БВС в пространстве по заданным углам вращения и линейного перемещения. Тест реализуется за счёт запуска программы тестового облета на установленном в панели оператора микрокомпьютере. Взаимодействие макета БВС с микрокомпьютером реализовано беспроводным общением, построенным вокруг радиоканала. Питание происходит от источника питания постоянного тока.
Для этого, на шток 5, установленный в сферический подшипник 4, помещенный в корпус подшипника 3 между стойками 2 основания 1 стенда, закрепляется макет БВС 6.
При выполнении теста производится запуск бортовых систем макета БВС 6 для «облета» на стенде с целью проверки возможности бортовых систем перемещать БВС в пространстве по заданным углам и линейно за одну установку бортовых систем на стенд.
Если шток 5 стенда переместился по всем осям, то тест считается пройденным.
Результат тестирования выводится на экран панели оператора, а для предотвращения внештатных ситуаций панель оборудована кнопкой аварийной остановки системы.
Для обеспечения безопасности перемещения штока 5 по всем осям механически ограничены за счет ограничителя 7, а после испытания шток 5 само выравнивается «падая» при отключении питания в конус 8 установленный на ребре жесткости 9 основания 1.
Список использованных источников:
1. Патент RU 203805 U1 на полезную модель «Стенд пилотирования беспилотных летательных аппаратов». МПК: G09B 9/08; Заявка: 2020135387 от 27.10.2020; Патентообладатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева».
2. Патент RU 163054 U1 на полезную модель «Стенд для испытаний квадрокоптеров». МПК: B64C 27/12, G01M 9/06; Заявка: 2015114614/11 от 20.04.2015; Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Юго-Западный государственный университет».
3. Патент CN 210761369 U на полезную модель «Испытательная установка многороторного беспилотного летательного аппарата». МПК: B64F 5/60; Заявка: CN 201921653751 U от 29.09.2019; Патентообладатель: Shenzhen Sunwin intelligent Co LTD.
4. Патент RU 187871 U1 на полезную модель «Стенд для испытаний беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки на режиме висения и взлета». МПК: B64C 27/08, G01M 9/06; Заявка: 2018131645 от 12.11.2018; Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ».
5. Патент CN 108932892 A на изобретение «Механическая система научно-исследовательского и учебно-испытательного стенда четырехвинтового беспилотного летательного аппарата». МПК: G09B 25/00; Заявка: CN 201710407254 A от 24.05.2017; Патентообладатель: Univ northwest A&F.