10、空中水下两用机器人AquaMAV的风洞与水洞测试及性能评估（上）

空中水下两用机器人AquaMAV的风洞与水洞测试及性能评估（上）

在航空航天和水下机器人领域，对飞行器和水下航行器的性能测试至关重要。本文将详细介绍一款名为AquaMAV的空中 - 水下两用机器人的风洞与水洞测试过程、结果以及性能评估。

1. 风洞测试设置

风洞测试是在一个封闭回路风洞中进行的，其工作截面为0.95×0.95m。风速通过皮托管进行测量和控制，并对环境条件的变化进行补偿。在测试过程中，空速保持在要求速度的±0.5%以内。

AquaMAV通过一个0.5m的流线型钢质尾撑安装在多轴力平衡仪（ATI Gamma IP68）上，使得机身中心在攻角为0°时位于风洞地板上方0.45m处。力平衡仪连接到一个定制的蜗轮驱动系统，用于改变飞行器的攻角α。驱动蜗轮的200步/转步进电机在蜗轮驱动1:150减速后，每步精度为7.5×10⁻⁴°。

力平衡仪每个轴的校准范围为100N力和10 Nm扭矩，力和扭矩分辨率分别为25mN和1.25mNm。传感器数据以10 kHz的频率采样，每次记录读数平均1000个样本。在测试期间，在风洞运行前后各记录60s的零读数并取平均值，以考虑传感器漂移。当风洞达到要求速度后，也记录60s的气动力数据。

风洞、力平衡仪和蜗轮驱动系统均使用LabView进行操作，LabView还用于控制机翼伺服系统，以便评估机翼后掠角的影响。

测试步骤如下：
1. 打开风洞，通过皮托管测量和控制风速，使其保持在要求速度的±0.5%以内。
2. 将AquaMAV通过尾撑安装在力平衡仪上，调整机身中心位置。
3. 使用蜗轮驱动系统设置初始攻角。
4. 记录传感器零读数60s。