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低空经济的未来 | eVTOL推力台测试的黑科技
在上期文章《低空经济的未来 | 揭秘电机测试中的技术难题》中，我们深入探讨了低空经济飞行器电机测试面临的技术挑战，并介绍了HBK eDrive系统如何通过实时数据处理与同步分析来应对这些问题。随着低空经济的快速发展，推力台测试作为验证eVTOL（电动垂直起降飞行器）性能的核心环节，正面临着越来越复杂的技术需求。如何精确测量推力、扭矩、电压、电流等多个信号，并同步分析功率效率等数据，成为工程师们亟待解决的关键问题。
推力台测试的挑战与需求
推力台测试的核心目的是精确评估eVTOL飞行器的推力输出和系统效率。与传统的飞行器推力测试不同，eVTOL飞行器采用多电机配置，且各电机的运行状态高度相关。因此，如何确保电气信号和机械信号之间的完美同步，如何在复杂环境下获取准确的推力数据，成为了测试中的主要难点。
在推力台测试中，工程师还面临以下几个问题：
1）共振问题
推力台测试中的一个主要挑战是共振问题。由于eVTOL飞行器的多电机配置和复杂的推力系统，在某些频率下，飞行器的结构和推力系统可能会发生共振。这种共振现象不仅会影响测试的准确性，还可能对飞行器的结构造成损害。工程师需要通过扭矩传感器测试扭矩波动，并通过分析扭矩谐波来识别潜在的共振频率。再结合NVH测试分析结果发现并消除共振现象，确保有效定位和优化系统。
2）电机的基频波动问题
电机驱动系统中的基频波动问题也是推力台测试中的一个难点。eVTOL飞行器的电机通常有轻量化需求，轻量化的电机电感较小，会导致基频不稳定，这将不单单发生在高速高扭（高基频）工况下。另外，常规的功率分析需要在稳态进行，而基频波动的存在使得测试无法维持足够长的稳态运行时间，进而影响功率测量的准确性。在这种情况下，HBK专利的周期检测功能将抓取每一个电流或电压的周期作为功率计算的时间以确保功率测量的准确性。
此外，推力台测试不仅仅是推力数据的简单采集，它还需要结合风速、转速、温度等多种因素进行综合分析，确保飞行器在不同工况下的性能稳定。这就要求测试系统具备强大的数据真实处理能力，能够实时进行高精度分析。
HBK eDrive系统的eVTOL解决方案
1）实时公式计算（RT-formulas）
HBK eDrive系统提供实时自定义公式计算功能，帮助工程师计算多种类型的信号输入，包括电气信号（如电压、电流）、机械信号（如转速、扭矩）以及推力等。
eVTOL推力台测试通常需要以下参数用于标定：
eDrive系统简单清晰的公式功能实现调用实时测量值进行自定义计算
2）多通道同步分析与高速数据采集
eDrive能够同步采集并实时分析多种信号，涵盖电信号（如电流、电压）、机械信号（如扭矩、转速）、以及其他相关信号（如温度、风速等）。实现数据纳秒级别同步。
eDrive系统的实施波形显示（包括功率、效率、推力等自定义）
3）扭矩与电流传感器
HBK作为优质高精度扭矩传感器供应商还提供电流传感器，以减少测量不确定度。在推力台测试中，高响应频率的扭矩和准确的电流数据对于分析电机性能至关重要。搭配HBK的功率分析仪实现高分辨率保证一整条测量链尽可能低的测量不确定度。并且通过测量不确定度计算模块清晰定义置信区间。
4）闭环控制与协调台架
eDrive系统还具备完成台架闭环控制的能力。通过原始扭矩转速分频和EtherCAT等通讯协议，系统可以有效地实现通过扭矩转速信号的闭环控制，确保测试过程中的实时反馈与系统的高效运行完美搭配
5）eDrive Creator模式
eDrive Creator模式是eDrive系统的一项创新功能，允许用户根据需求定制能量流配置。通过该模式，所有公式能够实时自动设置并存储在公式数据库中由硬件实时计算，再次提高信号的同步时和闭环控制效率，使测试过程更加高效和灵活。
以实际案例为例，以上是eDrive对一个由电池供电的四旋翼电动飞行器进行测试分析
6）数据存储与后处理功能
原始数据存储功能，所有计算和原始波形数据均可存储至硬盘中，并支持作为示波器波形进行可视化查看。此外，系统还提供后处理公式，可以在测试结束后进一步细化分析，提高数据分析效率，从而减少后期处理时间。
随着eVTOL技术的不断进步，相关测试将成为推动低空经济飞行器发展的重要力量。通过HBK eDrive系统的高效数据处理和实时分析，工程师能够更深入地了解飞行器的各项性能，为飞行器的设计和优化提供科学依据。未来，随着技术的进一步创新和突破，低空经济飞行器将迎来更加广阔的应用前景。
低空经济文章预告：
后续文章中，我们将继续深入探讨低空经济的测试技术，敬请期待：
《从“铜鸟测试”到eDrive：低空经济测试的革新之路》 为您解密低空经济飞行器测试中的关键技术和创新成果。
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