От инженерной команды EconoTest · Производитель испытательных стендов, Шанхай
Ключевые выводы
- Испытания силовых установок дронов и eVTOL охватывают три уровня: испытание на динамометрическом стенде только с двигателем, мотор + стенд испытания тяги винта, и комплексные испытания силового агрегата на выносливость — каждый отвечает на разные вопросы.
- Ключевым показателем качества многороторной двигательной установки является грамм тяги на ватт (г/Вт); небольшие различия в эффективности напрямую влияют на время полета.
- Программы сертификации eVTOL выводят испытания далеко за рамки любительских установок: Экологические профили DO-160, выносливость до тысяч часов, и полная характеристика крутящего момента, скорости и температуры с отслеживаемостью аэрокосмического уровня.
- Большое количество полюсов и скорость 3000–30 000+ об/мин требуют динамометров с низкая инерция, высокочастотное измерение крутящего момента, и высокое разрешение по скорости — промышленные стенды общего назначения часто не могут уследить за динамикой.
Бурно развивающаяся экономика малых высот нуждается в тестовых данных
Доставка дронов, сельскохозяйственные БПЛА, инспекционные платформы, и пассажирские eVTOL переходят от прототипов к сертифицированным продуктам — и каждый из них живет или умирает в зависимости от эффективности и надежности силовой установки.. Время полета — универсальный показатель клиента, и это напрямую связано с эффективностью двигателя и пропеллера.. Обоснования безопасности основаны на данных о выносливости и режимах отказа.. Оба получены в результате наземных испытаний, сделано задолго до и гораздо дешевле, чем летные испытания.
В этом руководстве описаны три уровня испытаний двигательной установки и указано, какое оборудование требуется для каждого из них..
Уровень 1 — Испытание на динамометрическом стенде только с двигателем
Прежде чем на сцену выйдет пропеллер, голый двигатель характеризуется на динамометрическом стенде:
- Кривая крутящий момент-скорость и константа крутящего момента (Кт): проверяет, что двигатель создает заданный крутящий момент во всем диапазоне скоростей и что Kt соответствует проекту, что имеет решающее значение для настройки контроллера полета..
- Карта эффективности: мультироторные двигатели проводят большую часть своего срока службы при открытии дроссельной заслонки 30–70%.; эффективность картографирования в реальном регионе эксплуатации (не просто пик) прогнозирует ток зависания и время полета.
- Противо-ЭДС и зубчатый момент: подтвердить качество и плавность намагничивания; излишний зубчатый крутящий момент проявляется в виде низкоскоростной вибрации и шероховатости управления.
- Термические испытания: Двигатели дронов используют промывку винта для охлаждения, чего не обеспечивает динамометрический стенд — тесты либо добавляют калиброванный принудительный воздух, либо явно отображают температурное снижение характеристик..
- Рейтинги перегрузки и взрывной нагрузки: мощность импульса в течение 3–10 секунд, используемая при наборе высоты и подавлении порывов ветра, должна быть определена количественно., наряду с поведением восстановления.
Примечания к оборудованию: это машины с постоянными магнитами и внешним ротором с большим количеством полюсов, работающие от регуляторов скорости на высоких электрических частотах.. На скамейке нужен малоинерционная нагрузочная машина или гистерезисный тормоз (крутящий момент только двигателя небольшой — обычно 0,1–50 Нм.), датчик крутящего момента, рассчитанный на нижний диапазон, с полосой пропускания для улавливания пульсаций, и анализатор мощности, который измеряет истинную мощность регулятора скорости на частотах ШИМ.. Это тот же класс приборов, что и наш системы тестирования двигателей настроен для небольших высокоскоростных машин; см. также стенд для испытания высокоскоростных двигателей для 30,000+ конец оборотов.
Уровень 2 — Тестирование упорного стенда (Мотор + Пропеллер)
Пропеллер – это половина двигательной установки., и его взаимодействие с мотором невозможно предсказать по отдельным даташитам. Упорная стойка монтирует весь двигатель + ЭКУ + Гребной блок на многоосной силовой рамке и записи:
| Измерение | Почему это важно |
|---|---|
| Статическая тяга против дроссельной заслонки | Размеры: Точка зависания должна находиться на уровне 45–55 % газа для обеспечения контроля. |
| Эффективность тяги (г/Вт) | Номер времени полета; напрямую сравнивает комбинации двигатель/винт |
| Реакция крутящего момента | Бюджет полномочий по рысканью и проверка нагрузки ESC |
| Обороты в зависимости от линейности дроссельной заслонки | Настройка контура управления; обнаруживает события рассинхронизации ESC |
| Спектр вибрации | Дисбаланс винта и проблемы с аэроупругостью, которые разрушают подвесы камеры и IMU |
| Шаговый отклик | Скорость нарастания тяги ограничивает полосу пропускания системы ориентации. |
| Акустическая подпись | Нормативные и миссионерские ограничения (городская доставка, защита) |
Для соосных и многороторных схем, стенды выдвигаются для измерения потерь от помех ротор-ротор — обычно 10–20% на коаксиальных парах., числовое моделирование все еще не позволяет надежно предсказать.
Уровень 3 — eVTOL и сертификационные испытания
Пассажирский eVTOL переносит испытания силовой установки в аэрокосмический режим. Программы, работающие над сертификацией EASA SC-VTOL или FAA, должны:
- Испытание на выносливость: тысячи часов по репрезентативным профилям миссий (тяжелый, высокий крутящий момент при низкой скорости полета), с непрерывной записью данных и периодической проверкой при разборке. Испытательные стенды работают 24/7 — вот где регенеративные динамометры платить за себя, с тех пор как 200 В противном случае двигательная установка, проходящая испытания на срок службы, сжигала бы мегаватт-часы еженедельно..
- Экологические испытания по DO-160: камеры температуры/высоты вокруг трансмиссии, профили вибрации, влажность и соленый туман для прибрежных операций.
- Внедрение отказа: однофазный открытый, отказ ESC, и случаи ударов по ППП, охарактеризованные на стенде для проверки анализа безопасности на уровне воздушного судна — данные, которые сертифицирующие органы все чаще ожидают от испытаний, не только симуляция.
- Мотор + редукторы: несколько архитектур eVTOL используют большие медленные несущие винты; этим силовым агрегатам нужна комбинированная электрическая + испытания на механическую эффективность и долговечность, ближе к нашему аэрокосмический испытательный стенд класс с полной отслеживаемостью в аэрокосмической отрасли и поддержкой свидетельских испытаний.
Выбор стенда для испытаний на движение дрона
Вопросы спецификации, определяющие архитектуру и стоимость стенда:
- Диапазон крутящего момента и скорости: а 2 кг мотор для квадрокоптера (0.5 Нм, 8,000 об/мин) и 500 кг подъемная установка eVTOL (500 Нм, 2,000 об/мин) это совершенно разные машины - укажите полный ассортимент включая пакет.
- Только двигатель, упорный стенд, или оба: объединенные объекты используют общую инфраструктуру сбора данных и безопасности; многие клиенты начинают с динамометрического стенда и добавляют упорную раму.
- Эмуляция источника постоянного тока: тестирование с помощью эмулятора батареи (программируемый источник/приемник постоянного тока) вместо реальных блоков обеспечивает повторяемость провалов напряжения и позволяет безопасно тестировать рекуперацию при подаче питания..
- Безопасность сдерживания: Для испытаний гребного винта требуется, чтобы лопасти были рассчитаны на освобождение наконечника.; даже элементы, работающие только на двигателе, нуждаются в сдерживании взрывов при энергиях eVTOL.
- Интеграция данных: ESC телеметрия (CAN/DShot), тепловые камеры, и акустические массивы вместе с каналами крутящего момента/скорости/мощности в одной синхронизированной по времени записи.
Часто задаваемые вопросы
Что такое хорошая тяговая эффективность для мультиротора?
Системы хобби-класса обычно достигают 6–9 г/Вт при наведении.; оптимизированный большой винт, конструкции с низкой загрузкой дисков (сельскохозяйственные и доставочные дроны) достигать 10–15 г/Вт; сильно загруженные гоночные квадроциклы могут двигаться ниже 4 г/Вт. Сравнение действительно только для одной и той же точки тяги — всегда сравнивайте с фактической тягой на висении., не на максимуме.
Могу ли я проверить двигатели дронов на обычном промышленном динамометре??
Часто плохо. Промышленные стенды рассчитаны на машины со скоростью 1500–3000 об/мин и диапазон крутящего момента, значительно превышающий показатели небольших двигателей БПЛА.; измерение 0.3 Нм на 50 Датчик Нм выдает бессмысленные данные, а высокая инерция скамьи маскирует быструю динамику, важную для управления полетом.. Подходящим инструментом являются стенды с малыми двигателями, датчиками подходящего размера и малоинерционной нагрузкой..
Почему номера в паспорте двигателя отличаются от результатов упорного стенда?
В технических характеристиках двигателя указаны характеристики двигателя без нагрузки при указанном напряжении., часто при нереальных условиях охлаждения. На самолете, модуляция ESC, провал напряжения под нагрузкой, характеристики нагрузки на винт, и реальный воздушный поток меняется каждое число — данные стенда по тяге комбинированной системы обычно на 10–25% ниже наивных прогнозов в технических характеристиках., именно поэтому существует интегрированное тестирование.
Чем тестирование двигателя eVTOL отличается от тестирования тягового двигателя EV?
Профиль нагрузки инвертируется: Электромобили проводят жизнь при частичной нагрузке с короткими пиками, в то время как подъемные двигатели вертикального взлета и посадки работают на максимальной постоянной мощности на протяжении всего сегмента миссии. (зависать), делая устойчивую тепловую производительность критическим рейтингом. Добавьте возможность отслеживания сертификации аэрокосмической отрасли, Среды ДО-160, и тестирование на случай отказа, и программа больше похожа на авиационную квалификацию, чем на автомобильную валидацию, хотя стендовое оборудование имеет ту же основу четырехквадрантного динамометра, что и скамейка с электронной осью.
Нужно ли мне тестировать каждый серийный двигатель дрона??
Крупные производители потребительских дронов используют быстрые экраны EOL (сопротивление, противо-ЭДС, подпись без нагрузки — см. нашу Руководство по тестированию EOL), в то время как программы для коммерческих и сертифицированных самолетов добавляют приемочные приемки для каждой загруженной единицы с архивными записями.. Основа сертификации обычно диктует ответ.
Поговорите с инженером
Нужна помощь в выборе испытательного оборудования?
Сообщите нам тип вашего двигателя, диапазон мощности и требования к испытаниям — мы порекомендуем правильную конфигурацию испытательного стенда в течение 24 часы.
