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Beta Technologies 利用微应变传感器开发 eVTOL

文章出处:新闻资讯 责任编辑:深圳市广陵达科技有限公司 发表时间:2024-05-28 18:05:15

      简介

      随着我们在各种应用中收集、分析和实施信息的方式不断改进,技术也在不断发展。例如,垂直起降飞机(-VTOL)可以垂直起飞、悬停和着陆。设计新型 VTOL 飞机(例如足以载客的全电动 eVTOL)需要在各种环境中收集大量数据并进行精确测量。传感器对于捕捉这些关键测量数据至关重要,而对于一家正在制造可拯救生命的 eVTOL 的公司来说,MicroStrain 无线传感器网络帮助其实现了这一目标。


      Beta Technologies 公司创建的 eVTOL 原型设计用于运送人体器官,以进行关键的移植手术。Beta Technologies 是一家位于佛蒙特州伯灵顿的创新型初创企业,是开发 eVTOL 技术的领先企业之一。


      为了建立一个成功的原型,Beta 一直在寻找一种能够监测多种条件的传感器系统:温度、振动和应变。这对于组件台架测试和飞行分析非常必要。此外,还需要一个惯性测量单元来精确监控俯仰、滚动、角速率、位置和速度测量。Parker LORD MicroStrain® 传感器在直升机、固定翼飞机和无人机的飞行测试中有着良好的记录,因此非常适合 Beta 的认证。

本次实验所用的固定翼飞机

      原型设计

      贝塔公司的原型设计预计一次充电可使重达 4000 磅的飞机飞行 150 英里。它的设计理念是可驾驶、尽可能轻、可储存和转换能量。它的翼展为 35 英尺,配备 8 个 75 千瓦的发动机,用于起飞和着陆。为了实现飞行,在升空和垂直起飞时,发动机带动四个反向旋转的螺旋桨旋转。达到适当高度后,螺旋桨倾斜,飞机转入常规飞行模式。所有这些都由两个 124 千瓦时的锂离子电池组提供动力。在美国联邦航空局批准的 180 多次试飞中,原型机的最高速度达到 72 节,最大飞行高度为 100 英尺。


      为了应对原型机数据监控方面的挑战,MicroStrain 传感器被应用于整个原型机。采用的主要传感器包括 G-Link-200 是一种坚固耐用的 IP-67 无线加速度计;V-Link-200 是一种 8 通道模拟输入节点;TC-Link-200 是一种 12 通道无线热电偶节点;WSDA-2000 无线网关;3DM-GX5 是一种轻型、高度复杂的 GNSS/INS 辅助 AHRS

G-Link-200 无线加速度计应用于固定翼飞机监测测试

      飞行控制

      为了监测原型机的飞行控制和飞行特性,MicroStrain 提供了三个 GX5-25 惯性传感器,用于获取俯仰、滚转和角速度值。三个传感器的使用为飞行控制回路提供了必要的冗余。传感器数据输入飞行计算机,然后由计算机控制八个螺旋桨发动机。监测仅在悬停模式下进行。这些数据以及惯性传感器的其他输出(如位置和速度)也会记录到 SD 卡和机载计算机中。飞机的黑匣子飞行指标也会被记录下来。


      试验台监测

      MicroStrain 的传感器还用于测量试验台上的螺旋桨推力、振动、应变和负载特性。为此,在螺旋桨支架上安装了一个称重传感器,以测量螺旋桨速度范围内的向上提升载荷,并在螺旋桨支架上安装了两个加速度计,以测量振动。这使 Beta 能够了解使用不同螺旋桨设计的螺旋桨在不同速度下的平衡特性。


      为了测量转速,使用了转速计。这也使他们能够使用振动传感器生成同步 FFT 图,因为加速度计信号可以与螺旋桨叶片的相位相关联。


      为了帮助 Beta 测量离心载荷和弯曲产生的应变,在转速高达 1200 RPM 和载荷为 10k - 20k 磅的情况下,在螺旋桨叶片的上下表面安装了十个或更多应变计。MicroStrain 的 V-Link-200 用于在同步采样模式下以高采样率进行测量。

机身结构静载荷测试

      机身结构静载荷测试

      为了测试机身的静载荷,在机身结构上安装了应变计。液压泵引用在线称重传感器对结构的关键点进行加载。应变计和称重传感器

使用 MicroStrain 的 V-Link-200 以低采样率进行测量。


      主电池温度

      在 Beta 原型机的设计中,总重量达 1500 磅的圆柱形锂离子电池在整个飞机上分为六组。由于锂离子电池存在热失控风险,在温度达到 70°C 左右时就会引发火灾,因此对其进行监控非常重要。贝塔公司通过将温度探针插入电池组组件来监测电池温度。这是在持续悬停功率达到约 500 千瓦的峰值之前和期间进行的。为了实时监控和传输传感器数据,使用了两个 MicroStrain TC-Link-200 节点。


      悬停电机振动测试

      为了监测空气动力引起的振动并检测共振频率,我们使用了 MicroStrain 的 G-Link-200 无线加速度计,并采用了较高的采样率。


      测试结果

      MicroStrain 传感器组合为 Beta 的原型飞机提供了关键的测试和测量设计数据。事实证明,对飞机进行充分监测面临许多挑战,包括附近的其他高功率射频设备以及难以监测旋转部件等位置。尽管如此,MicroStrain 传感器还是为 Beta 提供了继续改进原型机所需的反馈。


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