制造商如何确保产品的可靠性和静音运行
无人机市场的增长呈现多方面特征：对国家安全和边境安全的日益关注推动了对先进空中监控的需求；受疫情影响，快递服务对无人机运营的需求激增；采矿和建筑行业中的危险环境则让许多商业企业意识到利用无人机进行测绘和检查的重要性。 此外，人们也在不断发掘无人机在房地产、保险理赔、电影行业等新领域的应用优势。美国联邦航空管理局（FAA）建立的完善监管框架，对推动美国商用无人机市场的发展起到了关键作用。专家和市场分析师预计，未来几年无人机将发展成为一个规模达数十亿美元的产业。
对未来无人机技术的要求
军用无人机与娱乐用无人机之间的技术差距正由商用无人机来填补。商用无人机不仅需要满足可靠性、安全性及低噪音排放方面的严格要求，同时还需提供高性价比的解决方案。此外，以下趋势正在显现：
- 自主飞行和更长的飞行时间，几乎无需或仅需极少的远程飞行员控制，这需要先进的传感器和智能功能
- 更高质量的成像，使图像稳定成为任务关键
- 遵守噪音法规，尤其是因为高音调的电机声会让公众感到不适
在所有追求更高性能的趋势中，安全始终是首要考虑因素。对于无人机制造商而言，开发周期必须高效，以满足价格要求和快速上市的需求。
Polytec 有助于设计师确保设计可靠且运行安静
无人机设计师依赖于精确的仿真模型来优化性能和可靠性。Polytec的非接触式振动测试设备可提供快速且精确的模态验证结果，使设计工程师能够在满足行业标准并超越客户期望的同时，最大限度地减少原型迭代次数。控制飞行中振动水平的动机如下：
- 满足关于声学噪声排放的监管要求
- 确保机载摄像头的图像质量稳定
- 提高耐用性，以避免因损坏和伤害引发的法律责任问题
振动计使得对整个无人机结构以及任何尺寸的组件进行模态测试成为可能。更重要的是，这对于理解各个组件之间的动态相互作用至关重要。风力和空气湍流是外部激励力，会影响螺旋桨和电机产生的振动力。若不加以控制，很容易激发临界共振，从而导致过度的振动水平、疲劳和断裂。
图1展示了一个示例性的运行挠度曲线，该曲线是在无人机机身和静止旋翼以53Hz频率振动时采集的。结构的运动部分通过彩色标出，与由黑色网格区域表示的静止位置形成对比。振动数据是通过3D扫描系统采集的。利用基于机器人的系统，从不同侧面和角度进行了扫描，整个过程自动化，测量时间较短。 位移形状下方的图表显示了所有测量点在X、Y和Z方向上的平均频谱。与所有复杂结构一样，始终需要考虑多个共振频率。
如上所述的模态试验用于通过给定的几何网格更新有限元仿真模型。非接触式测量方法无需对结构施加任何质量载荷，即可实现高密度测量网格。图2展示了试验装置。无人机悬挂在一组橡皮筋上，以确保模态试验处于自由-自由状态。 下方的振动台通过受控的宽带振动模式激励无人机机身。三维扫描振动计安装在六轴机器人上，可从各个方向和不同角度进行视觉观测。三束激光束同步扫描无人机表面，从三个独立角度捕获网格上每个测量位置的振动响应。随后，振动振幅在内部转换为无人机几何坐标系中的正交振动向量。
螺旋桨在旋转过程中，尤其是高转速时，其动态行为会发生变化，这是因为离心力作用于螺旋桨叶片。这种现象非常难以模拟，因此实际运行数据具有重要价值。因此，旋转结构（如风扇和螺旋桨）的运行挠度形状通常通过Polytec的“Derotator”功能进行采集。 Derotator是扫描振动计的一个附件，如图3所示，它通过一个旋转棱镜使激光束与螺旋桨的旋转同步旋转。在软件中，由于Derotator去除了图像中的旋转运动，因此显示的是一幅静止图像。当螺旋桨与棱镜轴向对齐后，测量过程就相当于对静止物体进行测试。
图4展示了一个旋转螺旋桨的掠过形状示例。由于旋转，周围物体的图像显得模糊，但旋转物体的图像却十分清晰。
Polytec的支撑技术
Polytec 振动计基于一种利用激光束的“瞄准即测”原理。探头内的干涉仪捕获反射光并分析多普勒频移，该频移与物体的振动成正比。这种非接触式技术的一个非常重要的优势在于，没有质量载荷会扭曲测量结果。通过操作振动计探头或利用转向镜，可以轻松重新定位激光束。 由于软件允许用户绘制或导入预定义的测量点网格，因此只需稍加操作即可测量数百个点。激光多普勒振动计具有极高的精度，因为其激光源波长稳定，常用于校准实验室对加速度计等接触式传感器进行一级和二级校准。最新一代的振动计技术——QTec ——可确保获得清晰、高分辨率的时间曲线，且无需任何表面处理或过度的平均处理。
结论
随着无人机行业迎来前所未有的蓬勃发展态势，Polytec 为设计和测试工程师提供了必要的工具，以满足对性能、可靠性和安全性的日益增长的需求。无人机热度持续升温，同时为保障公众舒适度，其噪音水平也得到了有效控制。
Polytec的技術專家隨時為您提供諮詢，協助解決各類測量難題。我們提供測試服務、設備租賃及靈活的租賃方案。振動計型號豐富，可適應多種測試設置：從超大型結構到微觀結構，無論是在單一位置還是高密度掃描網格中，無論是一維還是三維，無論是線性還是旋轉動力學，無論是獨立使用還是集成於全自動機器人系統中，皆能勝任。
