Verfasst vom Tyto Robotics-Team
Jedes Jahr kommen Kunden zu uns, die bereits versucht haben, einen Schubprüfstand zu bauen, um ihre Motoren und Propeller zu charakterisieren.
Obwohl einige Kunden berichten, dass sie ihre Ziele erreicht haben, erwähnten viele auch, dass sich die investierten Ressourcen nicht gelohnt hätten, da sie den Fokus auf die Hauptziele ihres Projekts verloren hätten.
Wenn Sie darüber nachdenken, ob Sie einen Schubprüfstand kaufen oder selbst bauen sollen, empfehlen wir Ihnen, diesen Artikel zu lesen. Er kann einige Faktoren ans Licht bringen, die Sie bisher nicht bedacht haben, wie zum Beispiel:
Diese Branche ist äußerst wettbewerbsintensiv, und wir wissen, dass die Markteinführungszeit entscheidend ist. Unsere Prüfstände sind in der Regel auf Lager, sodass Sie mit den Tests innerhalb weniger Tage nach der Bestellung beginnen können.
Wenn Sie sich zwischen verschiedenen Schubprüfstandmodellen entscheiden müssen, sehen Sie sich unseren ausführlichen Vergleich der Besten Schubprüfstände für Drohnen an.
(Bitte beachten Sie, dass sich dieser Artikel auf professionelle Drohnenbauten und Prüfstände bezieht.)
Abbildung 1: Ein früher Prototyp eines Schubprüfstands und der neuere Flight Stand 15
1. Elektromagnetische Überlegungen
Motoren erzeugen eine enorme Menge an EMI, was dazu neigt, Rauschen in Messungen hinzuzufügen und USB-Datenlogger zum Absturz bringen kann (wie wir durch F&E herausgefunden haben). Diese Probleme sind schwer zu identifizieren, und es ist am besten, elektrische Verbindungen frühzeitig sorgfältig zu planen und zu simulieren. Zeit muss für die Diagnose von EMI-Problemen eingeplant werden, und ein Elektroingenieur mit Fachkenntnissen in Leistungselektronik, EMI und Erdung sollte konsultiert werden.
2. Die richtigen Kraftmessdosen finden
Basierend auf unserer Recherche ist eine kommerzielle Mehrachs-Kraftmessdose (die Drehmoment und Schub gleichzeitig misst) mit dem richtigen Verhältnis von Schub/Drehmoment schwer zu finden. Dies bedeutet in der Regel, dass eine der beiden Messgrößen nicht den vollen Messbereich der Kraftmessdose ausnutzt, was zu einer geringeren Genauigkeit führt. Darüber hinaus sind unsere Kraftmessdosen so konzipiert, dass sie Luftstrombegrenzungen minimieren und gleichzeitig eine Mindestdicke beibehalten, um koaxiale Systeme zu testen. Kommerziell erhältliche Kraftmessdosen werden nicht über diesen Grad an Spezialisierung verfügen.
3. Kalibrierung und Verifizierung
Die richtigen Kraftmessdosen zu finden, ist erst der Anfang, dann ist die Entwicklung einer Methode zu ihrer Kalibrierung und die Verifizierung der Kalibrierung eine zusätzliche Aufgabe. Bei Antriebssystemtests sind Schub und Drehmoment nie allein vorhanden; es ist wichtig, die Kraftmessdosen so nah wie möglich an den Betriebszustand anzupassen, was bedeutet, Schub und Drehmoment gleichzeitig zu kalibrieren und die Übersprechsignale bei der Erstellung des Polynoms zu berücksichtigen. Ohne eine Kalibrierungsmaschine gibt es auch keine Möglichkeit, sie nach vielen Stunden der Nutzung neu zu kalibrieren. Deshalb kalibrieren wir alle unsere Kraftmessdosen im eigenen Haus und bieten unseren Kunden die Option einer jährlichen Neukalibrierung für ihre Kraftmesseneinheit an.
4. Entwicklung einer Software
Als wir unsere neue Generation von Testgeräten entwickelten, nahm die Neuentwicklung der Software genauso lange in Anspruch wie die Neuentwicklung der Hardware. Die Komplexität der Software hängt davon ab, welche Funktionen Sie wünschen, aber die Steuerung des Prüfstands und die Datenaufzeichnung sind das absolute Minimum, das Sie benötigen.
Die Flight Stand-Software (Abbildung 2) steuert den Prüfstand über manuelle oder automatisierte Tests, zeigt Live-Daten in anpassbaren Diagrammen an, speichert und zeigt gespeicherte Daten an, bereitet Daten für den Export vor und verfügt über viele zusätzliche Funktionen zur Datenverarbeitung (siehe Teil 5). Darüber hinaus erledigt sie all dies gleichzeitig mit einer Abtastrate von 1.000 Hz.
Abbildung 2: Die GUI der Flight Stand-Software
5. Datenverarbeitung
Über die reine Aufzeichnung von Daten hinaus kann die Art und Weise, wie die Daten verarbeitet werden, große Auswirkungen auf Ihren Arbeitsaufwand haben. Wir haben mehrere Datenverarbeitungsfunktionen zu unserer Software hinzugefügt, um die Datenhandhabung und -analyse zu erleichtern:
- Hinzufügen einer Option für einen Tiefpassfilter zur Glättung von Daten
- Datenresampling bei verschiedenen Frequenzen
- Antriebssystem-Mapping
Diese Funktionen benötigen Zeit zur Programmierung, sparen dem Benutzer jedoch Zeit und sind äußerst praktisch.
6. Sicherheits- und mechanische Tests
Zu den unerwarteten Herausforderungen bei der Entwicklung eines Prüfstands können die Identifizierung der Resonanzfrequenzen des Stands und die Suche nach Wegen gehören, die Vibrationen zu begrenzen. Ohne die Resonanzfrequenzen zu kennen, ist es wahrscheinlicher, dass Sie den Stand und Ihr Antriebssystem beschädigen. Bei Vibrationen gibt es immer einen Kompromiss zwischen Stabilität und Messgenauigkeit, und es kann schwierig sein, den idealen Mittelweg zu finden.
7. Koaxiale Testkonfigurationen
Nachdem Sie ein Test-Setup für einen einzelnen Rotor gemeistert haben, besteht die Möglichkeit, dass Sie zwei Motoren in einer koaxialen oder versetzten Konfiguration testen möchten. Propellerkonfigurationen von Angesicht zu Angesicht sind einfach genug, aber Rücken-an-Rücken-Konfigurationen, wie sie bei vielen Quadcoptern zu sehen sind, sind eine größere Herausforderung. Das Platzieren der Rotoren relativ nah beieinander erfordert sorgfältige Planung und Konstruktion. Mit unserem Flight Stand 15/50 (Abbildung 3) können koaxiale Stands sicher in einer Rücken-an-Rücken-Konfiguration mit nur 9 mm Abstand betrieben werden, was einem Abstand von etwa 150 mm zwischen den Motoren entspricht.
Weiterführende Literatur: Beste koaxiale Konfiguration für UAVs (getestet)
Abbildung 3: Flight Stand 50 in einer Rücken-an-Rücken-Koaxialkonfiguration
8. Entwicklung einer kompakten Lösung für minimale Luftstörung
Ein weiterer Faktor, der erhebliche Entwicklungszeit in Anspruch nimmt, ist die Entwicklung einer kompakten Testlösung. Wenn der Prüfstand selbst zu stark mit dem Luftstrom Ihrer Propeller interagiert, wird er Ihre Messwerte beeinträchtigen. Der Bau einer kompakten Lösung, die keine Kompromisse bei der Stabilität eingeht, ist ein langwieriges Unterfangen.
Eine unserer Prioritäten bei der Neuentwicklung unserer Prüfstände war ein kompaktes Design, das den Luftstrom weniger als oder kaum mehr als der Motor selbst stört.
9. Ungenauigkeit der Messung führt zu Minderleistung
Dies ist eine Konsequenz, die alle Drohnenbauer fürchten: Sie haben ein Fluggerät basierend auf Daten gebaut, von denen Sie dachten, sie seien zuverlässig, und nun stehen Sie vor einer Situation, in der die Leistung Ihres Prototypen geringer ist als erwartet/versprochen.
Unsere Prüfstände haben eine Fehlerrate von <0,5 %, sodass Sie sicher sein können, dass die Ergebnisse äußerst genau sind. Fragen Sie einfach Marc Stollmeyer von Inspired Flight.
Fazit
Unsere Prüfstände passen möglicherweise nicht immer zu den Anforderungen Ihres Projekts, aber wir hoffen, dass Sie nach dem Lesen dieses Artikels über das nötige Wissen verfügen, um eine fundierte Entscheidung darüber zu treffen, ob der Bau Ihres eigenen Prüfstands oder der Kauf eines solchen das Beste für Ihr Projekt ist.
Wenn Sie einen zuverlässigen, professionellen Prüfstand verwenden möchten, um Ergebnisse zu erhalten, denen Sie vertrauen können, laden wir Sie ein, mehr über unsere Produkte zu erfahren:
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