【無人機】Polytec 協助設計靜音無人機

製造商如何確保可靠性和安靜運行

無人機市場的成長呈現多方面態勢：對國家和邊境安全的擔憂推動著對先進空中監視的需求，包裹遞送服務因疫情而加速，採礦和建築領域的危險環境讓許多商業企業開始採用無人機進行測繪和檢查。專家和市場分析師預計，未來幾年無人機將成為一個價值數十億美元的產業。

【研討會資訊】

03/21 無人機工程模擬設計與非接觸量測技術研討會 

► 對未來無人機技術的需求

商用無人機正在填補軍用無人機和娛樂無人機之間的技術差距。商用無人機需滿足嚴格的可靠性、安全性、低噪音排放要求，同時還要提供具成本效益的解決方案。此外，以下趨勢正在出現：

• 自主飛行和更長的飛行時間，無需或僅需最少的人員超控。需具備先進的感測器和智能功能。

• 更高品質的影像，使影像穩定成為任務的關鍵

• 遵守噪音法規，特別是因為高音調的馬達聲造成的不適

在所有追求更高效能的趨勢中，安全性始終是首要任務。對於無人機製造商而言，開發週期需要高效，以滿足價格要求和快速上市的需求。

► 測量設備確保可靠設計和安靜運行

無人機設計工程師依賴精確的模擬模型來優化性能和可靠性。Polytec 的非接觸式振動量測設備提供快速且準確的模態分析結果，使設計工程師能夠在滿足行業標準和超越客戶期望的同時，將原型反複運算次數降到最低。

控制飛行振動水準的標準有：

1. 滿足法規要求的聲學噪音排放標準

2. 確保機載相機頭的圖像品質一致

3. 提高耐用性，避免損壞和傷害造成的責任問題

振動量測可以對整個無人機結構以及各個元件進行模態測試。更重要的是，有助於理解各個元件之間的動態交互作用。風與空氣湍流是外部刺激力，會影響施加在螺旋槳與馬達的振動力量。如果不加以控制，很容易激發臨界共振，導致振動程度過高、疲勞與結構損壞。

► 量測實驗

圖1：無人機機身和旋轉槳的操作變形（頂部）。X、Y和Z方向的平均響應譜（底部）。

圖 1 顯示了無人機機身和固定旋翼在 53Hz 頻率下的運作偏轉形狀範例。 此結構的運動以顏色突出顯示，與其由黑色陰影區域指示的靜止位置形成鮮明對比。 振動數據是透過 3D 掃描系統捕獲的。 使用基於機器人的系統，在自動化過程中從不同側面和角度進行掃描，測量時間短。 偏轉形狀下方的圖表是所有測量點在X、Y和Z方向上的平均光譜。 與所有複雜結構一樣，總是需要考慮多個共振頻率。

圖2：帶有自由懸掛、搖擺器激勵和3D掃描振動計的測試設置，可實現從所有角度進行測量。

圖 2 顯示了測試設定。 無人機懸掛在一組橡皮筋上，確保模態測試的自由條件。 下面的振動器以受控的寬頻振動模式激勵無人機機身。 3D 掃描振動計安裝在 6 軸機器人上，可從不同角度的各個側面進行視覺化。 三束雷射光束同步掃描無人機表面，從三個不同的角度捕捉網格上每個測量位置的振動響應。 然後，振動幅度在內部轉換為無人機幾何座標系的正交振動向量。

圖 3：旋轉測試物體上消轉儀配置

螺旋槳的動態行為在旋轉過程中會發生變化，尤其是在高轉速下，因為離心力會拉動螺旋槳葉片。 這很難模擬，而真實的運行數據卻非常有益。 因此，旋轉結構（如風扇和螺旋槳）的運行偏轉形狀通常透過 Polytec 的 Derotator 來捕獲。

圖4：1200轉/分時的螺旋槳操作挠曲形-使用消轉儀測量。

圖 4 顯示了旋轉螺旋槳的偏轉形狀範例。 由於旋轉，任何周圍物體的圖像都是模糊的，但是，對於旋轉的物體，圖像是清晰的。

結論

隨著無人機行業蓬勃發展，Polytec 成為設計和測試工程師必要的工具，以滿足不斷增長的性能、可靠性和安全需求。無人機的嗡嗡聲越來越大，但為了公眾的舒適，噪音水平卻保持在可控範圍內。

資料來源 Polytec Magazine