STM32F4无人机动力旋翼拉力测试

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目的

了解无人机电调、电机转速、旋翼拉力与油门给定信号之间的关系，可以通过相关设备进行拉力测试。

实验原理

飞机旋翼绕旋翼旋转轴旋转时，每个叶片的工作类同与一个机翼。旋翼的截面形状是一个翼型，旋翼弦线与垂直于桨毂旋转轴平面之间的夹角称为桨距。叶片在高速旋转时，会产生升力，牛顿定律和伯努利定律都可以解释。被叶片推动的空气，必须遵守动量守恒定律。

最接近叶片的空气受附壁效应(Coanda Effect)而紧贴着叶片的上表面流动，受叶片的上表面的形状，以及叶片桨距的影响，叶片上方的空气会加速向下，于是反作用力将旋翼向上提升。根据伯努利定律-流体对周围的物质产生的压力与流体的相对速度成反比，因此上表面的空气施加给旋翼的力小于下表面空气施加给旋翼的力，所以合力向上，也就产生了升力。

旋翼开始旋转后，就产生升力，随着旋翼速度的增加，升力逐渐增大。当升力超过重力时，飞机即垂直上升，若升力与重力相等，则悬停在空中，若小于重力，则向下降落。

旋翼所产生的拉力不仅取决于旋翼的转速，而且取决于桨叶的桨距。从原理上讲，调节转速和桨距都可以调节拉力的大小。

一、拉力测量原理

在弹性限度以内，物体受外力的作用而产生的形变与所受的外力成正比。形变随力作用的方向不同而异，使物体延伸的力称“拉力”或“张力”。（推力、拉力、提力、压力、浮力统称为：拉力）

弹性体（弹性元件，敏感梁）在拉力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），再将电信号转化为拉力值。

二、转速测量原理

转速是用单位时间内的转数表示的,通常采用1min内的转数作为单位,符号为r/min。

测试转速的方法很多，根据其工作原理，可分为计数式、模拟式和同步式三大类。计数式方法是用某种方法读出一定时间内的总转数；模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量（如离心力、电机的输出电压）的变化；同步式方法是利用已知频率的闪光与旋转体的旋转同步来测试转速。根据转速转换方式的不同使用不同的方法。这里我们使用基于光电式的计数法来测量电机转速。

光电式开关它是利用桨叶对光束的遮挡或反射，由同步回路接通电路，从而检测桨叶对的有无。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱对桨叶的有无进行探测。通过光电式开关可以得到一段时T分钟内桨叶旋转的次数N，根据桨叶的页数Y，可以利用以下公式得出转速S 。

步骤

安装设备

将电调电源接口接到一个电源T插公头上，电源为T头（若要更换电调，需进行这一步）：

将电机（带桨叶）安装到夹具上，并将电机与电调连接（为确保电机转向正确，开始安装时电机与电调三根线可以随意连接，在进行实验时，若发现电机转向错误，交换其中任意两根线的连接即可）将电调信号线（白色信号线，黑色地线）与控制线相连：

将电池放进电池盒，与电流计相连：

测量数据

将设备背板的开关打开，将USB线从设备背板的USB端口连接到电脑的USB端口。打开工控机上对应的软件（地面站）：

点击拉力测量，进入拉力测量界面，波形选择切换为拉力：

选中端口，设置波特率为115200，点击连接，在开始测试前电机清零，将拉力值清零：

将油门拉倒1200的位置，看电机旋转方向是否有误，若有则将油门下拉到1000，断开电池与电调的连接，然后任意交换电机的三根线。

在电机旋转方向正确的情况下，点击自动测试：

自动测试过程大约需要一分钟，波形图会显示实时转速、油门、拉力数据波形：

等待测试结束，点击暂停按钮，将波形图切换到暂停绘制状态，调整转速波形图（在波形图上拖动鼠标查看更多波形数据，滚动滚轮缩放波形数据，双击鼠标左键查看所有波形数据，双击鼠标右键调整Y轴数据全部显示，单击坐标轴后滚动滚轮对单一轴缩放），将一个上升周期完整显示，然后点击保存数据按钮保存数据：

数据分析

点击数据选项卡。然后点击打开数据按钮。选择刚刚保存的文件（文件修改时间最近的文件）。

打开后再图表中会显示拉力数值，点击“拟合”生成拉力-转速的平方拟合曲线并输出拟合方程：

自由组合X、Y轴数据生成其它拟合曲线：

选择原始数据可查看当前打开的数据曲线波形: