一种无人机桨叶固有频率的测试方法与流程

本发明涉及无人机桨叶测试，具体为一种无人机桨叶固有频率的测试方法。

背景技术：

1、无人机桨叶是无人机动力系统的关键运动部件，其固有频率直接影响整机振动水平与结构疲劳安全。当电机工作转频与桨叶某阶固有频率接近时，会引发共振，导致桨叶结构损伤乃至飞行事故。因此，准确测试无人机桨叶固有频率是保障飞行安全的重要环节。

2、cn120141641a 公开一种桨叶的固有频率测试装置及测试方法，该方案主要针对航空螺旋桨旋转工况，通过旋转驱动机构配合应变采集实现旋转状态下动态固有频率测试，侧重于旋转工况下数据采集，但是该专利缺少静态模态测试过程的实时校验机制，测试过程为开环采集，无法对激励质量、夹持边界异常做实时识别与闭环调整，对于质量轻薄的小型无人机桨叶，难以抑制附加质量、敲击激励不稳定带来的测试离散度问题。

3、因此，我们提出了一种无人机桨叶固有频率的测试方法来解决以上问题。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种无人机桨叶固有频率的测试方法，具备通过闭环校验实时规避无效数据，提升测试效率与准确度等优点，解决了现有无人机桨叶固有频率测试采用开环流程，测试过程中缺少对激励信号质量、夹持边界有效性及初步模态结果合理性的实时分层校验与闭环反馈机制，导致激励力度偏差、夹持滑移、传感器附加质量干扰等异常仅能在全部试验结束后才能发现，测试效率低、结果离散度高

3、的问题。

4、（二）技术方案

5、为实现上述通过闭环校验实时规避无效数据，提升测试效率与准确度的目的，本发明提供如下技术方案：

6、本发明提供一种无人机桨叶固有频率的测试方法，所述方法包括以下步骤：将待测无人机桨叶按照模拟装机约束条件进行根部夹持固定，记录夹持位置和夹持预紧力矩，并在桨叶叶中或叶尖非节点区域布置传感器，在桨叶叶面非模态节点位置设置激励点；连接激励装置、传感器与信号采集仪，对各采集通道进行预校验，设置采样频率、抗混叠滤波阈值及信号平均次数，完成设备自检；对桨叶预设激励点施加多次重复激励，同步采集激励力时域信号及各测点振动响应时域信号，获取多组原始时域数据；对采集的原始数据依次执行三层递进式负反馈检查：第一层信号质量校验，对原始时域信号做信噪比分析，判断激励力峰值是否落在预设有效激励区间且响应信号信噪比是否达到预设阈值；第二层夹持边界有效性校验，对信号做快速傅里叶变换得到频域特征，将频域特征与同型号桨叶仿真预计算结果及历史合格测试基准数据进行比对，判断是否存在共振峰大幅漂移或大量虚假频率分量，并判断是否存在传感器附加质量干扰异常；第三层初步模态结果合理性校验，由频响函数识别固有频率候选共振峰，将候选频率与仿真预估各阶固有频率区间比对，判断候选频率是否偏离仿真预估区间；任意一层校验不通过则进入参数自适应调整步骤，三层全部通过则进入信号处理步骤；根据输出的异常类型分类调整测试条件：信号质量不合格时调整激励力度及信号处理参数；夹持边界校验失败时重新拆装桨叶并调整根部夹持预紧力矩；判定为传感器附加质量干扰时更换质量更小的传感器或改用非接触测振方式；初步模态结果不合理时更换激励点位并重新设置采样参数；完成调整后返回激励采集步骤重新采集，闭环迭代直至三层校验全部通过；对多组有效原始信号进行加窗降噪预处理，计算频响函数，采用峰值拾取法结合曲线拟合算法识别共振峰，提取各阶固有频率及对应模态振型；当传感器附加质量不可忽略时，根据附加质量理论对测试得到的固有频率进行修正计算；将实测各阶固有频率与有限元仿真结果及同批次历史数据进行比对，计算相对偏差，偏差处于允许误差范围内则输出测试报告，偏差超出阈值则返回初始步骤重新检查装夹状态并重复整套测试流程。

7、通过设置三层递进式负反馈检查机制，在激励采集完成后、正式固有频率求解前对信号质量、夹持边界有效性及初步模态结果合理性进行分层实时校验，校验不通过时即时触发参数自适应调整并返回重新采集，形成闭环迭代，从而在测试过程中实时规避无效数据，避免开环流程下试验结束后才发现数据异常的问题。

8、进一步地，步骤中所述传感器采用微型轻量化加速度传感器，以薄型双面胶粘接于桨叶表面，信号线预留松弛余量。微型轻量化加速度传感器可最大限度降低传感器自重对无人机轻薄桨叶动力学特性的附加质量干扰；薄型双面胶粘接方式避免了刚性连接引入额外约束；信号线预留松弛余量则防止线缆拉扯桨叶产生附加边界条件。

9、进一步地，在设备预校验步骤中，预评估传感器质量与桨叶质量之比，当该比值大于5%时，标记附加质量风险，优先采用非接触测振方案采集振动响应信号。该预评估在测试启动前即识别附加质量风险，为后续非接触测振方案的选用提供依据，从源头防止附加质量干扰对固有频率测试结果造成系统性偏差。

10、具体地，采样频率设置为待测无人机桨叶预估最高固有频率的8倍至10倍。该采样频率设置在满足奈奎斯特采样定理的基础上留有充足余量，可有效避免高频混叠，同时兼顾数据量与计算效率。

11、进一步地，第一层信号质量校验中，当激励力峰值超出预设有效激励区间上限时，判定为过激励；当激励力峰值低于预设有效激励区间下限时，判定为激励不足；两种情况均判定信号质量不合格。针对无人机小型轻薄桨叶质量小、刚度低的特点，设置专属有效激励区间，可精确识别过激励导致的桨叶刚体运动和激励不足导致的信号微弱两类异常，保证后续频响函数计算的有效性。

12、进一步地，第二层夹持边界有效性校验中，当频域特征整体偏移超出附加质量理论可解释范围时，标记传感器附加质量干扰异常。通过将频域特征整体偏移量与附加质量理论预测值进行比对，可将夹持滑移引起的频率漂移与传感器附加质量引起的频率偏移加以区分，为后续分类调整提供准确的异常类型判据。

13、在一些实施例中，非接触测振方式为激光测振。激光测振仪无需在桨叶表面粘贴传感器，从根本上消除传感器附加质量干扰，尤其适用于传感器质量占比超过5%的小型微型桨叶测试场景。

14、进一步地，在测试结果复核步骤中，重点对第一阶弯曲固有频率进行复核，当关键阶次相对偏差超出允许误差范围时，发出复核提示并返回初始步骤。第一阶弯曲固有频率是无人机桨叶与电机工作转频发生共振的最危险阶次，对其进行重点复核可有效保障测试结果对飞行安全评估的可靠性。

15、作为优选方案，所述三层递进式负反馈检查由数据处理终端自动化执行，自动输出异常类型及推荐调整方案。自动化执行可消除人工判读误差，降低对操作人员经验的依赖，提升测试流程的一致性与可重复性。

16、进一步地，当待测桨叶为缩尺桨叶时，在装夹步骤中录入缩尺比，并在完成固有频率测试后根据缩尺比换算得到原型桨叶理论固有频率。该功能使本方法同时适用于无人机桨叶成品测试与缩尺样机动力学验证，扩展了方法的适用范围。

17、（三）有益效果

18、与现有技术相比，本发明提供了一种无人机桨叶固有频率的测试方法飞，具备以下有益效果：

19、1、通过在激励采集后、正式固有频率求解前设置三层递进式负反馈检查，依次对信号质量、夹持边界有效性和初步模态结果合理性进行实时分层校验，校验不通过即触发闭环迭代调整，从根本上改变了现有开环流程中异常只能在试验结束后才能发现的缺陷，显著减少了无效试验次数，提升了测试效率。

20、2、通过设置传感器附加质量风险预评估机制（传感器质量占桨叶质量比值大于5%时触发风险标记）并在后处理阶段引入附加质量修正计算，专门解决了无人机小型轻薄桨叶测试中传感器自重改变结构动力学特性的问题，提升了固有频率测试结果的准确度。

21、3、通过根据异常类型分类自适应调整测试条件——信号质量异常时调整激励参数、夹持滑移时重新装夹、附加质量干扰时切换非接触测振方案、模态识别失真时更换激励点位——实现了针对无人机桨叶测试特有风险的精准闭环处置，避免了现有技术中不加区分地重复全套试验的低效做法。