在2022-2023年度SAE航空设计竞赛的设计周期中，我们（University of Alberta Aero Design）决定走出舒适区，在俱乐部37年的历史中首次参加微型机型（Micro Class）设计挑战赛（以往我们俱乐部仅参加常规机型或高级机型）。
微型机型面临着新的挑战，需要优化推进系统，例如450 W的功率限制、4S锂聚合物电池、8英尺的最大起飞距离以及36英寸的最大翼展。面对这些要求，我们意识到，详细表征推进系统的性能比以往任何时候都更加重要，因为在有限的功率下，我们所能产生的每一分额外推力都可能带来显著的差异。
2022年11月，Tyto Robotics赞助了我们购买Series 1580测试台，帮助我们实现了这一目标。Series 1580测试台坚固耐用且易于搭建，使我们能够在不同条件下进行多次静态测试，同时将停机时间降至最低。测试台装箱发货，内含运行所需的所有组件，包括硬件、传感器、电机安装板、校准工具和电气组件。
图1：安装在风洞中的Series 1580测试台
在收到测试台之前，我们先在MATLAB中对各种螺旋桨、电机、电子调速器（ESC）和电池组合进行了严格分析，以确定能在450 W可用功率范围内实现最大推力，同时接近电机峰值效率的一组组合。
测试的三个主要目标是：
- 表征每种螺旋桨的推力效率（推力/电功率）。
- 确定在抽取450 W时，电池电压、推力、电功率和转速在90秒内如何变化（典型飞行尝试为60秒）。
- 测量电机在预期工作点时的效率。
为了实现第一个目标，每种螺旋桨在500 RPM的增量下进行测试，直至达到其最大转速。最大转速由450 W的电功率抽取设定。利用功能丰富且易于使用的RCbenchmark软件提供的连续记录功能，在每种测试条件下记录了500个样本，并计算了平均值。
为了实现第二个目标，每种螺旋桨在450 W下保持运行90秒。
对于第三个目标，测试数据显示，在所有测试的转速下，电机效率均在76-80%左右。
完成这些测试后，我们能够通过以下方式优化并验证所选的推进系统：
- 确定每种螺旋桨在抽取450 W或更低功率时产生的推力，以及每种螺旋桨在全油门状态下的最大功耗。
- 确定在相同电功率输入下，哪种螺旋桨产生的推力更大。
- 量化电池电压、功率和推力随时间变化的预期下降幅度。
- 识别螺旋桨制造商公布的数值与实验结果之间的差异。
Series 1580测试台还提供其他多种实用功能，例如能够通过电子方式和光学转速传感器同时测量螺旋桨转速。
除了上述参数外，该测试台还能测量电机扭矩以及三轴振动，从而为飞机的结构、稳定性和控制方面的考量提供宝贵参考。由于
测量这些参数具有一定难度，否则这些因素可能会被忽视。
通过测试，我们能够验证电机、螺旋桨和电池的选择。此外，我们现在可以更准确、更可靠地计算飞行性能。未来的测试将在湍流实验室风洞中进行，以表征动态推力，从而更准确地模拟起飞和巡航性能。
图2：风洞中Series 1580的侧视图
Aero Design团队感谢Tyto Robotics的赞助，这使我们能够购买Series 1580推力测试台，该产品非常坚固、精准且易于使用。它非常适合在不同条件下进行推力测试，以验证推进系统，并测量螺旋桨推力、螺旋桨转速、电流、电压、电机扭矩和效率等各种参数。
Deep Rajani – 财务副总裁 & 气动团队负责人（作者）
Daniel Kichma – 推进团队负责人（作者）
Ejouan Agena – 高级设计团队成员
Mckenna Warawa – 设计团队成员
Michael Caulfield – 设计团队成员
SAE航空设计团队
