无人机动力测试的必要性——扭矩测量

我们在进行无人机测试时经常会遇到的一个问题是：为什么要测试无人机动力系统的扭矩？以及如何才能对扭矩进行精准的测量？

无人机设计人员通过对扭矩的精准测量，可以计算无人机的输入功率和输出功率比值，进而分析得出系统的整体效率。

扭矩和转速

对于无人机的螺旋桨来说有两个关键性能参数：扭矩和转速，将扭矩和转速相乘即可计算得出螺旋桨的机械输出功率。

通过观察无人机电机和螺旋桨的连接方式，不难发现无人机电机向螺旋桨发送的“指令信息”只有扭矩和转速。

图1：连接到三叶螺旋桨的无人机电机

电机效率方程

无人机电机的输出端连接有电池或供电电源，它可以将电能转换为转速和扭矩等机械能。

通过以上我们可以计算得出无人机电机的关键效率公式，通过测量扭矩和转速得出机械输出功率，再计算得到机械输出功率和电机输入电功率的比值，即为电机效率。

随着扭矩和转速的增加，设计人员需要测试多种不同的螺旋桨以确定最佳的电机-螺旋桨组合方案。

如果我们能够保持相同的螺旋桨效率，通过提高机械功率和电功率的比值来增加无人机整机的续航时间和净载荷。

扭矩的测量方法

扭矩测量可以通过多种方法实现，在我们的测量解决方案中使用的是没有任何活动部件的全固态测量系统，可以极大地减少回程和震动误差。

我们的1780系列测试台配备有三个称重传感器，每个传感器支持测量2个方向的拉力，因此系统整体可以测量6个方向的拉力（图2）。下图展示的是我们的一个同轴测试台解决方案，每个无人机推进系统配备了3个称重传感器（2个推进系统共计6个称重传感器）。经过系统校准后，我们即可以精准地测量电机施加到电机安装板上地扭矩和拉力。

图2

如何计算无刷电机地机械功率？

当完成扭矩测量后，我们可以测量电机的RPM/旋转转速通过方程计算得出机械功率值。我们测试台上装有一个小型红外RPM传感器，它可以精确感知其前方通过的很小的反光带。系统附带的电子设备使用计数器来记录上述反光带通过RPM传感器前方的次数来测量旋转速度。当然我们也可以使用机械装置更为简单的ESC的电子信号来测量转速，但是这种方法对电机的负载和尺寸更为严格的要求。

总结

在设计无人机动力系统时扭矩的测量是必不可少的，它将帮助用户对电机效率和螺旋桨效率单独分别测量，从而创建更优性能的无人机产品。