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贝塔技术公司利用 MicroStrain^®传感器 进行 eVTOL 开发

Parker LORD的研究案例

引言

  随着我们改进信息收集、分析和在各种应用中实施的方式，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（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，传感器在捕捉这些关键测量数据方面至关重要，而对于一家正在制造可拯救生命的 eVTOL 的公司来说，MicroStrain 无线传感器网络在这方面发挥了重要作用。

  贝塔技术公司（Beta Technologies）创建的电子垂直运输机原型正在设计中，用于为关键的移植手术运送人体器官。Beta Technologies 是一家创新型初创企业，总部位于佛蒙特州伯灵顿，是开发 eVTOL 技术的领跑者之一。

  为了成功制作原型，Beta 公司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。这需要部件台架测试以及飞行中分析。此外，为了准确监控俯仰、滚动、角速率、位置和速度测量，还需要一个惯性测量单元。Parker LORD MicroStrain® 传感器在直升机、固定翼飞机和无人驾驶飞机的飞行测试中有着良好的工作记录，因此非常适合 Beta 的资格认证。

原型设计

  贝塔公司的原型设计预计在一次充电的情况下可将这架 4,000 磅的飞机一次充电可飞行 150 英里。它可以驾驶，重量尽可能轻，同时还能储存和转换能量。它的翼展为 35 英尺，有 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，飞机转换为传统的飞行模式。所有这些运动都由两个 124 千瓦时的锂离子电池组提供动力。原型机在美国联邦航空局批准的 180 多次试飞中达到了 72 节的最大速度和 100 英尺的升限。

  为了应对监测原型数据的挑战，MicroStrain 的传感器被用于整个原型。使用的主要传感器包括 G-Link-200，一种坚固耐用的 IP-67 无线加速度计；V-Link-200、一个 8 通道模拟输入节点；TC-Link-200，一个 12 通道无线热电偶节点；WSDA-2000 无线网关；3DM-GX5，一个轻型、高度复杂的 GNSS/INS 辅助 AHRS。

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、滚转和角速率值。使用三个传感器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）也被记录在 SD 卡和机载计算机中。飞机的黑匣子飞行指标也被记录下来。

试验台监测

  MicroStrain 的传感器还用于测量螺旋桨的推力、振动、应变和试验台上的负载特性。为此，在螺旋桨架底座上安装了一个称重传感器，用于测量不同螺旋桨速度下的向上升力载荷，并在螺旋桨架上安装了两个加速度计，用于测量振动，这使得 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。

  为了测量转数，使用了转速计。这也使他们能够生成与振动传感器同步的 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 在转速高达 1200 RPM 和载荷为 10k - 20k lbs 的情况下测量离心载荷和弯曲产生的应变，在螺旋桨叶片的上下表面安装了 10 个或更多应变片。MicroStrain 的 V- Link-200 采用高采样率同步采样模式进行测量。

机身结构静载荷测试

  为了测试机身上的静载荷，在机身结构上安装了应变仪安装在机身结构上。液压泵参考在线称重传感器，对结构的关键点进行加载。应变仪和称重传感器使用 MicroStrain 的V-Link-200 以较低的采样率进行测量。

悬浮电机振动测试原电池单元的温度

  在贝塔公司原型机的设计中，总重量达 1500 磅的圆柱形锂离子电池组被分成六个不同的电池组，布置在整个飞机上。由于锂离子电池在 70°C 左右的温度下会有热失控的风险，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。这项工作一直持续到约 500 千瓦的持续悬停峰值功率期间。为了实时监控和传输传感器数据，采用了两个 MicroStrain TC-Link-200 节点。

悬浮电机振动测试

  为了监测空气动力引起的振动以及检测共振频率，使用了 MicroStrain 的 G-Link-200 无线加速度计，采样率很高。

结果

  Parker LORD 的 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，对飞机上的许多元素进行充分监测是一项挑战，包括附近的其他高功率射频设备以及旋转部件等难以监测的位置。尽管如此，MicroStrain 的传感器还是为 Beta 提供了继续改进原型机所需的反馈。