制造商如何确保可靠性和静音运行？
无人机市场正经历多维度的蓬勃发展：
- 安全领域：国家与边境安全需求的提升，推动了先进空中监视技术的迭代，催生了高精度侦查无人机的规模化应用；
- 物流领域：疫情加速了无接触经济的崛起，包裹递送服务对无人机的依赖显著增强，促使城市空中物流网络快速成型；
- 工业领域：采矿与建筑等高危环境中，无人机凭借非接触式作业优势，成为地形测绘、设备巡检等场景的核心工具，被众多商业企业纳入标准作业流程；
新兴场景：从房地产的三维建模展示、保险理赔的现场勘查到电影行业的低空拍摄，无人机的应用边界持续拓展，不断激活新市场价值。
美国联邦航空管理局（FAA）构建的完善监管框架，为商用无人机市场的规范化发展奠定了制度基础，成为行业腾飞的关键助推力。据行业专家及市场分析机构预测，未来几年内，无人机产业规模将突破百亿美元级，成为全球科技领域最具增长潜力的赛道之一。
未来无人机技术的需求
商用无人机正在填补军用无人机和娱乐用无人机之间的技术空白。商用无人机需要满足对可靠性、安全性和低噪音排放的严格要求，同时还要提供具有成本效益的解决方案。此外，以下趋势正在显现：
- 实现无需或仅需最低程度远程操控的自主飞行及更长续航时间，需依托先进传感器与智能功能的深度集成
- 更高质量成像的技术核心，在于确保输出图像的稳定性达到任务级标准
- 需严格遵守噪声法规要求，尤其鉴于高音调电机噪音易引发公众不适问题
在所有提高性能的趋势中，安全性始终是重中之重。对于无人机制造商来说，需要高效的开发周期来满足价格要求和快速推向市场的需求。
Polytec 帮助设计师确保可靠的设计和静音运行
无人机设计师依靠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准确的模态验证结果，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原因如下：
- 满足噪声排放的法规要求
- 确保机载摄像头的图像质量一致
- 提高耐用性，避免因损坏和伤害引起的责任问题
振动测试设备可针对无人机整体结构及部件级开展模态测试，即便针对微小部件亦能实现精准分析。更为关键的是，该技术是解析各部件间动态耦合作用的核心手段 —— 由风及空气湍流等外部激励力，会对螺旋桨与电机产生的振动力形成干扰，若未实施有效控制，极易引发临界共振，进而导致结构过度振动、疲劳损伤乃至断裂失效。
图 1 展示了无人机机身及旋翼在 53Hz 工况下的工作变形。结构的动态通过颜色梯度高亮显示，其静止位置则以黑色阴影区域标注。振动数据采用 3D 扫描式激光测振仪采集，基于机器人的自动化系统可从多侧面、多角度完成扫描，大幅缩短测量时间。振型下方的图表呈现了所有测点在 X、Y、Z 轴方向的平均频谱 —— 与所有复杂结构体类似，需综合考量多阶共振频率的影响。
上述模态测试可基于给定几何网格对有限元仿真模型进行迭代更新。非接触式测试方法不仅能够构建高密度测试网格，更避免了传统接触式测量对结构产生的质量负载干扰。图 2 所示为具体测试装置 —— 无人机通过一组橡皮筋悬挂，确保模态测试处于无约束的自由 - 自由状态；下方振动台以受控宽带振动模式激励机身；3D扫描式激光测振仪搭载于 6 轴机器人系统，可实现多侧面、多角度的全视角测量。三束激光束从三个不同角度同步扫描无人机表面，捕获网格内各测点的振动响应，经系统内部运算后，将振动幅值转换为无人机几何坐标系下的正交振动矢量。
螺旋桨的动态特性在旋转过程中（尤其是高转速工况下）会因离心力对桨叶的牵拉作用而显著改变，这一特性增加了仿真建模的难度，使得实际运行数据的价值尤为突出。因此，针对风扇、螺旋桨等旋转结构的工作变形监测，通常需借助 Polytec 旋转解调器来实现 —— 该装置作为扫描式激光测振仪的扩展模块，通过内置旋转棱镜驱动激光束与螺旋桨旋转同步（见图 3）。在配套软件中，旋转解调器可抵消被测物的旋转运动分量，使图像呈现静止状态。当螺旋桨轴线与棱镜轴向精确对齐时，整个测量过程等效于对静止构件的测试。
图 4 显示了旋转螺旋桨的典型工作变形。由于旋转运动的存在，画面中周围静止物体呈现模糊状态，而旋转中的螺旋桨主体则保持清晰成像。
Polytec 的赋能技术
Polytec 激光测振仪采用基于激光束的 “即点即测” 技术方案。光学头内置干涉仪，可捕获物体反射光并分析多普勒频移，该频移量与物体振动速度呈线性比例关系。非接触测量技术的核心优势在于完全避免质量负载对被测结构的干扰，确保数据真实性。
激光束可通过手动调整激光头或操控转向镜实现快速定位，配合软件支持的预定义测试点网格绘制或导入功能，可高效完成数百个测量点的自动化扫描。由于激光源波长稳定性极高，激光多普勒激光测振仪具备卓越的测量精度，常用于校准实验室中加速度计等接触式传感器的一级 / 二级校准。
最新一代 QTec 激光测振仪技术突破传统限制，无需对被测表面进行特殊处理或过度数据平均，即可输出纯净、高分辨率的时间振动轨迹，显著提升复杂场景下的测试效率与数据质量。
结论
随着无人机行业迎来全新增长态势，Polytec 为设计与测试工程师提供了不可或缺的专业工具，以满足行业对性能、可靠性及安全性与日俱增的需求。在无人机技术引发广泛关注的同时，其噪音水平亦通过先进技术手段得到有效控制，充分兼顾公众环境舒适度。
Polytec 技术专家团队可为客户提供针对各类测量挑战的专业咨询服务，并同步提供测试服务、设备租赁及灵活租赁方案。旗下激光测振仪产品矩阵覆盖多元应用场景：
- 结构尺度：支持从大型结构体到微纳结构的全尺寸范围测试；
- 测量维度：可实现单点测量、高密度扫描网格分析，兼容 1D/3D 振动模式及线性 / 旋转动力学场景；
- 系统集成：提供独立式设备及全自动机器人集成系统，适配多样化测试流程需求。
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