CN102774509A - 直升机反扭矩装置的性能试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直升机反扭矩装置的性能试验台，包括台体组件、旋翼驱动机构、回转驱动机构、旋翼组件、试验件动力拖动机构以及传统反扭矩装置试验件；其中：台体组件包括下台体以及通过外齿式转盘轴承安装在下台体上方的回转台体；回转驱动机构的输出端与外齿式转盘轴承的外圈联动连接；旋翼驱动机构包括液压马达以及传动轴，液压马达的动力输出端通过传动轴与旋翼组件连接；传动轴通过轴承支承在台体组件内，而液压马达则固定安装于下台体；试验件动力拖动机构包括均安装于回转台体的动力拖动电机以及换向减速器。因此，本发明可以在直升机多种飞行状态下，对直升机反扭矩系统的气动拉力、功率消耗和噪音水平等性能进行全面系统的模拟试验研究，用以支撑直升机的型号研制或预研。

Description

直升机反扭矩装置的性能试验台

技术领域

本发明涉及一种用于试验直升机反扭矩装置的试验台，属于航空领域的试验平台。

背景技术

目前，国内直升机型号尚不全面，因而还需要研制一些合适的机型以供军用或民用。

反扭矩装置式单旋翼直升机，因其结构简单，运行可靠性高，得到了广泛使用。但是，针对该类单旋翼式直升机的反扭矩系统（诸如常规尾桨、涵道尾桨以及无尾桨式反扭矩系统）试验研究，尚无专用试验平台。因此，在直升机多种飞行状态下，直升机反扭矩系统的气动拉力、功率消耗和噪音水平等性能，无法快速系统地进行模拟试验研究，极大地影响了该类直升机型号研制或者预研进展。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种直升机反扭矩装置的性能试验台，其可以在直升机多种飞行状态下，对直升机反扭矩系统的气动拉力、功率消耗和噪音水平等性能进行全面系统的模拟试验研究，用以支撑直升机的型号研制或预研。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种直升机反扭矩装置的性能试验台，包括台体组件、旋翼驱动机构、回转驱动机构、旋翼组件、试验件动力拖动机构以及传统反扭矩装置试验件；其中：所述台体组件，包括下台体以及通过外齿式转盘轴承安装在下台体上方的回转台体，该外齿式转盘轴承的内圈与下台体固定连接，而外齿式转盘轴承的外圈则与回转台体固定连接；所述回转驱动机构，包括回转伺服电机、回转减速器、回转适配器以及齿轮箱，所述回转伺服电机的动力输出端依次经回转减速器、齿轮箱的动力传递后，与外齿式转盘轴承的外圈联动连接；所述回转伺服电机、齿轮箱分别与下台体固定，而回转减速器通过回转适配器与回转伺服电机连接成一体；所述旋翼驱动机构，包括液压马达以及传动轴，所述液压马达的动力输出端通过传动轴与旋翼组件连接；所述传动轴通过轴承支承在台体组件内，而液压马达则固定安装于下台体；所述试验件动力拖动机构，包括动力拖动电机以及换向减速器；动力拖动电机的动力输出端通过换向减速器与传统反扭矩装置试验件的动力输入轴连接；所述动力拖动电机以及换向减速器均安装于回转台体，且回转台体上相应于试验件动力拖动机构以及传统反扭矩装置试验件分别安装电机配重模块以及主配重模块。

所述回转台体包括上台体以及连接在上台体和下台体之间的中台体，而传动轴包括上传动轴和下传动轴；所述中台体的两端分别通过法兰盘与外齿式转盘轴承的外圈、上台体下端连接，上传动轴、下传动轴分别通过轴承支承在上台体、中台体中，且上传动轴、下传动轴、上台体以及中台体均同轴线设置；所述中台体上端法兰盘内径小于下端法兰盘内径。

所述齿轮箱包括箱体以及安装于箱体内的齿轮传动机构，该齿轮传动机构包括主动齿轮延伸轴以及安装在主动齿轮延伸轴上的主动齿轮，所述主动齿轮通过中间过渡齿轮与外齿式转盘轴承的外圈相啮合；中间过渡齿轮安装于中间过渡齿轮轴，主动齿轮延伸轴、中间过渡齿轮轴均通过轴承支承在箱体中；回转减速器的动力输出端与主动齿轮延伸轴连接。

所述旋翼组件包括旋翼法兰安装盘以及旋翼；所述旋翼包括桨毂以及安装在桨毂上的三片桨叶，每一片桨叶均配置一个电作动筒，所述电作动筒安装在旋翼法兰安装盘上，且电作动筒的动力输出端通过自动倾斜器与桨叶连接。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

(1)  本直升机反扭矩装置试验台可以通过自身的常规反扭矩装置试验件实现对目前已实际应用于的常规尾桨、涵道尾桨和无尾桨反扭矩系统进行详细系统的试验研究。

(2)  本直升机反扭矩装置试验台可以模拟直升机在悬停时的气动环境，为反扭矩装置提供真实的工作环境。

(3)  本直升机反扭矩装置试验台可以结合直升机专用风洞，模拟直升机在前飞、侧飞、倒飞以及一些机动飞行时的气动环境，为反扭矩装置提供真实全面的工作环境。

(4)  本直升机反扭矩装置试验台采用模块化设计，检查、拆卸、维护非常方便。

(5)     本直升机反扭矩装置试验台的上台体可以旋转，且旋转速度、旋转加速度、转动角度等相关的一系列参数都可以设定，从而模拟非常复杂具体的直升机机动飞行时的动载荷，试验反扭矩装置试验件在动载荷作用下的性能。

(6)     拆卸上台体后，可以将小型直升机整体安装在中台体上进行整机反扭矩装置台架试验。

附图说明

图1是本发明的总体效果图，不包括试验件；

图2是本发明的试验效果图，图中的试验件事无尾桨反扭矩系统；

图3是本发明以安装模块为基本组件进行爆炸的爆炸图；

图3中：1.下台体组件 ；2.中台体组件；3.上台体组件；4.旋翼组件；5.常规反扭矩装置试验件；81.联轴结一；82.联轴结二；83.联轴结三；85.联轴结五；901.铰孔螺栓一；902.螺钉二；903.螺栓三；904.螺栓四；919.螺栓19；

图4是下台体的总体效果图；

图5是下台体组件的结构图，图中下台体的部分钢板和C型梁被隐藏以便于显示其他结构；

图5中：11.下台体 ；12.液压马达；13.液压马达适配件；14.外齿式转盘轴承；15.转盘轴承保护圈；16.齿轮箱；17.回转减速器；18.减速器适配器；19.回转伺服电机；906.螺栓六； 907.螺栓七； 908.螺钉八；909.销钉及防松螺母；910.螺栓十；911.螺栓十一；912.螺栓十二；

图6是齿轮箱的结构效果图，其中：图6（a）是6（b）的A-A剖视图；

图6中：161.齿轮箱座 ；162.齿轮箱盖；163.主动齿轮；164.中间齿轮；165.主动齿轮延伸轴；166.中间齿轮轴；167.角接触轴承2 ；168.轴承座161；169.轴承盖161；16a.轴承座一；16b.轴承座二；16c.轴端螺母一；16d.轴端螺母二；16e.玻璃盖；922.螺钉二二；923.铰孔螺栓二三   ；924.螺钉二四； 925.螺钉二五；926.螺钉二六；

图7是是中台体的总体效果图；

图8是中台体组件的结构图，图中，中台体的部分钢板和C型梁被隐藏以便于显示其他结构，且图8（b）是图8（a）的B部分的放大结构示意图，图8（c）是图8（a）的A部分放大结构示意图；

图9是中台体组件的下传动轴下端的局部剖视图；

图10是中台体组件的下传动轴上端的局部剖视图；

图8-10中：21.中台体；22.角接触轴承一；23.轴承座一；24.轴承盖一；25.下传动轴；26.轴承座二； 27.平键；28.轴承二；913.螺钉十三；914.螺钉十四；915.螺钉十五；

图11是是上台体的总体效果图；

图12是上台体组件的安装于上台体圆筒外部零部件的结构简图；

图13是上台体组件的安装于上台体圆筒内部零部件的结构图；

图12-13中：31.上台体；32.轴承座三；33.轴承座四；34.轴承盖四；35.上传动轴 ；36.电机配重；37.主配重；38.主配重安装杆；39.主配重螺母；3a.动力拖动电机；3b.动力拖动电机安装座；3c.换向减速器；916.螺栓16；917.螺栓十七；918.螺钉十八；919.螺栓十九；920.定位销； 921.螺栓二一；

图14是旋翼组件的结构效果图，图中仅展示了其主要结构；

图14中：41.桨毂  ；42.桨叶；43.不动环；44.动环；45.电作动筒；46.法兰安装盘。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

在图1中，展示了整个反扭矩装置试验台的构型，不包含反扭矩装置试验件。从下到上依次是下台体组件1、中台体组件2、上台体组件3和旋翼系统4。图2展示了整个反扭矩装置试验台进行模拟试验的简图，图中的试验件5是无尾桨反扭矩系统。

图3展示了反扭矩装置试验台包含试验件的组件级爆炸图。下台体组件1与中台体组件2之间、中台体组件2与上台体组件3之间、上台体组件3与旋翼组件4之间、上台体组件3与反扭矩装置试验件5之间分别通过联轴结一81和螺栓1901、联轴结二82和螺栓三903、联轴结三83和螺栓四904、联轴结五85和螺栓十九919实现传动轴之间的联接和结构的安装。

图4是下台体11的结构简图。下台体11是个由钢板和槽钢焊接起来的结构体，上顶板用来吊装液压马达12和安装外齿式转盘轴承14以及齿轮箱16，一侧壁板通过焊接了安装座用来安装回转伺服电机19和回转减速器17。

图5展示了下台体组件1的结构，下台体11通过螺栓固定到地面或风洞内的基座上，液压马达适配件13通过螺栓六906安装到下台体11的顶板上，液压马达12通过螺钉5905安装到液压马达适配件13的下端安装接口。回转伺服电机19与回转减速器17之间借由回转减速器适配器18通过螺栓十二912安装固定到一起后，分别通过螺栓十一911和螺栓十910安装到下台体11的侧壁。齿轮箱16通过销钉及放松螺母九909定位，通过螺钉八908安装到下台体11的上顶板上。外齿式转盘轴承14的内圈固定圈通过螺栓七907安装固定到下台体11的上顶板上。旋翼组件4的运转由液压马达12驱动。回转伺服电机19经由回转减速器减速17后驱动齿轮箱16进而驱动外齿式转盘轴承14的外圈转动，从而驱动安装在外齿式转盘轴承14外圈的试验台回转部分转动。

图6展示了齿轮箱16的结构。齿轮箱座161与齿轮箱盖162之间通过铰孔螺栓二三923定位并固定在一起，螺钉二二922同样起到了固定的作用。主动齿轮163与主动齿轮延伸轴165之间通过螺钉二四924固定到一起，而主动齿轮延伸轴165通过一对相向安装在单侧的角接触轴承二167经由轴承座一16a安装到齿轮箱盖162上。中间齿轮164与中间齿轮轴166之间过渡配合，中间齿轮轴166通过一对相向安装在两侧的角接触轴承二167经由轴承座一16a和轴承座二16b分别安装到齿轮箱座161和齿轮箱盖162上。回转减速器17输出轴驱动主动齿轮163经由中间齿轮166驱动外齿式转盘轴承14的外圈转动。

图7是中台体21的结构简图。中台体21是由上下两个法兰盘和中间八块钢板以及八片加强筋焊接起来的结构体。上下两个法兰盘分别用于安装上台体31和将自身安装到下台体组件1外齿式转盘轴承15的外圈上。中台体的作用是收缩整个台体的直径。

图8、图9和图10展示了中台体组件2的结构。轴承座一23和轴承座二26通过螺钉十三913分别安装在下台体组件1的液压马达适配器13的上端和中台体21的顶端法兰上。下传动轴借由角接触轴承一22和轴承二28安装在中台体21内部，并通过角接触抽成122承重。

图11是上台体31的结构简图。上台体31是个以圆柱筒体为主体的焊接结构。圆柱筒体的上下两端各焊接一个法兰盘，分别用来安装旋翼组件4和将自身安装到中台体21的上面法兰上。圆柱筒体内部靠近上下法兰各有一个台阶用来安装轴承座四33和轴承座三32。圆柱筒体的外壁有三个平台，其中由四块钢板焊接成的带顶板的平台式动力拖动系统安装平台，最靠近下端的平台是电机配重36的安装平台，另外一个平台为主配重37安装平台。

图12和图13展示了上台体组件3的结构。动力拖动电机3a和换向减速器3c构成了试验件的动力拖动系统的主要部分。动力拖动电机3a借由动力拖动电机安装座3b吊装在上台体31动力拖动系统安装平台的下面，换向减速器3c通过螺栓十七917安装在动力拖动系统安装平台的框内，动力拖动电机3a的输出轴和换向减速器3c的输入轴之间通过联轴结84联接。电机配重36吊装在电机配重安装平台下，主配重37根据试验件的实际情况调整数目。轴承座三32和轴承座四33分别通过螺栓十六916和螺钉十三913安装在上台体31圆柱筒体内部的两个台阶上。上传动轴35借由角接触轴承一22和轴承二28安装在上台体31圆柱筒体内部，并由角接触轴承一22承重。

图14展示了旋翼组件4的结构。旋翼组件4与常规的直升机旋翼组件的差别在于可以通过电作动筒45对旋翼进行总距操纵和周期变距操纵。

综上所述，可知本发明所述直升机反扭矩装置试验台能够对反扭矩装置在直升机诸多飞行状态下进行模拟试验研究，试验台需要真实地模拟直升机在悬停、前飞、倒飞、悬停改前飞、原地回转、前飞机动回转以及部分机动飞行时飞行状态。试验台通过旋翼系统模拟直升机飞行时的旋翼下洗流，通过反扭矩装置试验件绕旋翼轴旋转模拟直升机的回转并通过配合其他运动模拟机动飞行，通过配合直升机专用风洞模拟任何带飞行速度的飞行状态，从而使直升机反扭矩装置试验台可以在上述各飞行状态下对反扭矩装置进行模拟试验。

直升机反扭矩装置试验台按安装模块主要由下台体组件、中台体组件、上台体组件、旋翼系统和常规反扭矩装置试验件等部分组成。下台体组件通过螺栓安装在基础基座上，下台体组件与中台体组件之间、中台体组件与上台体组件之间、上台体组件与旋翼系统之间、上台体组件与常规试验件都是利用法兰盘通过螺栓连接在一起，下台体组件的液压马达与中台体组件的下传动轴之间、中台体组件的下传动轴与上台体组件的上传动轴之间、上台体组件的上传动轴与旋翼系统之间、上台体组件的换向减速器出轴与反扭矩装置试验件之间通过膜片联轴器连接，旋翼系统和反扭矩装置试验件因此可以分别由下台体组件的液压马达和上台体组件的动力拖动电机驱动。

按功能进行划分，直升机反扭矩装置试验台主要由台体、回转驱动机构、旋翼及其驱动传动组件、试验件动力拖动模块、传统反扭矩装置试验件以及配重等组成。

下面按安装模块对直升机反扭矩装置试验台的安装结构进行详细描述：

下台体组件主要由下台体、液压马达及其适配件、外齿式转盘轴承、回转驱动机构等零部件组成，其中回转驱动机构由回转伺服电机、回转减速器及其适配器和齿轮箱等零部件组成。下台体是由钢板和C形梁焊接起来的台体，液压马达通过其适配件安装在下台体的顶板中心以驱动传动轴进而驱动旋翼组件，外齿式转盘轴承内圈通过螺栓安装在下台体的上顶板且其外齿在回转驱动机构的驱动下可以按既定程序作旋转或重复回转等运动，回转驱动机构的回转伺服电机和回转减速器之间通过回转减速器适配器以螺栓安装固定到一起并通过螺栓安装到下台体的侧面，回转驱动机构的齿轮箱通过销钉定位和螺栓固定安装到下台体的上顶板，齿轮箱的主动齿轮在回转减速器的出轴驱动下通过中间齿轮驱动外齿式转盘轴承从而带动安装在转盘轴承外圈的中台体和上台体按既定程序转动。

中台体组件主要由中台体、下传动轴、安装固定下传动轴所需的轴承、轴承座及轴承盖等零部件组成。中台体是个由上下法兰盘和八个侧面焊接成型的八面棱锥台，下传动轴通过轴承、轴承座轴承盖等零部件安装到中台体的上顶板使下传动轴与中台体轴线重合。中台体组件的中台体通过螺栓安装到下台体组件的转盘轴承外圈上，下传动轴的下端则通过角接触轴承安装到下台体组件的液压马达适配件上由液压马达适配件承重并通过联轴器与液压马达出轴对接。

上台体组件由上台体、安装在上台体内的上传动轴、驱动反扭矩装置工作的动力拖动系统以及用于配平台体受力而设置的配重等零部件组成。上台体是个两端带法兰盘的圆柱筒，筒内焊接了两个台阶用来安装轴承座，筒外焊接安装动力拖动系统及其配重的多个平台。上传动轴通过角接触轴承、轴承座和轴承盖安装到上台体内部，并由角接触轴承承重。动力拖动系统动力拖动电机及其安装座、换向减速器组成，动力拖动电机通过其安装座吊装在上台体的换向减速器安装平台的下面，换向减速器输入轴和动力拖动电机轴之间通过联轴器联接。换向减速器和动力拖动电机相对于上台体轴线的对称位置的平台上分别安装减速器及试验件的配置和动力拖动电机的配重以降低施加于转盘轴承的倾覆力矩。

旋翼组件是个由三片桨叶构成的模拟直升机旋翼系统的组件，与真实直升机旋翼组件不同的是该旋翼组件可通过三个电作动筒驱动不动环对桨叶进行总距和周期变距操纵。旋翼组件可以模拟直升机悬停时的下洗流，结合直升机专用风洞，可实现直升机前飞、倒飞以及部分机动飞行时反扭矩装置工作的环境流场的模拟。

常规反扭矩装置试验件是用于对目前的反扭矩装置进行系统详细试验研究的试验件，共有三套，分别为常规尾桨、涵道尾桨和无尾桨反扭矩系统。除常规反扭矩装置试验件，直升机反扭矩装置试验台还可根据实际需要制作特定的试验件。反扭矩装置试验件通过螺栓安装到上台体的换向减速器安装平台上，并通过联轴结分别连接换向减速器输出轴和反扭矩装置的动力输入轴。

Claims (4)

1.一种直升机反扭矩装置的性能试验台，其特征在于：包括台体组件、旋翼驱动机构、回转驱动机构、旋翼组件、试验件动力拖动机构以及传统反扭矩装置试验件；其中：

所述台体组件，包括下台体以及通过外齿式转盘轴承安装在下台体上方的回转台体，该外齿式转盘轴承的内圈与下台体固定连接，而外齿式转盘轴承的外圈则与回转台体固定连接；

所述回转驱动机构，包括回转伺服电机、回转减速器、回转适配器以及齿轮箱，所述回转伺服电机的动力输出端依次经回转减速器、齿轮箱的动力传递后，与外齿式转盘轴承的外圈联动连接；所述回转伺服电机、齿轮箱分别与下台体固定，而回转减速器通过回转适配器与回转伺服电机连接成一体；

所述旋翼驱动机构，包括液压马达以及传动轴，所述液压马达的动力输出端通过传动轴与旋翼组件连接；所述传动轴通过轴承支承在台体组件内，而液压马达则固定安装于下台体；

所述试验件动力拖动机构，包括动力拖动电机以及换向减速器；动力拖动电机的动力输出端通过换向减速器与传统反扭矩装置试验件的动力输入轴连接；所述动力拖动电机以及换向减速器均安装于回转台体，且回转台体上相应于试验件动力拖动机构以及传统反扭矩装置试验件分别安装电机配重模块以及主配重模块。

2.根据权利要求1所述直升机反扭矩装置的性能试验台，其特征在于：所述回转台体包括上台体以及连接在上台体和下台体之间的中台体，而传动轴包括上传动轴和下传动轴；所述中台体的两端分别通过法兰盘与外齿式转盘轴承的外圈、上台体下端连接，上传动轴、下传动轴分别通过轴承支承在上台体、中台体中，且上传动轴、下传动轴、上台体以及中台体均同轴线设置；所述中台体上端法兰盘内径小于下端法兰盘内径。

3.根据权利要求1所述直升机反扭矩装置的性能试验台，其特征在于：所述齿轮箱包括箱体以及安装于箱体内的齿轮传动机构，该齿轮传动机构包括主动齿轮延伸轴以及安装在主动齿轮延伸轴上的主动齿轮，所述主动齿轮通过中间过渡齿轮与外齿式转盘轴承的外圈相啮合；中间过渡齿轮安装于中间过渡齿轮轴，主动齿轮延伸轴、中间过渡齿轮轴均通过轴承支承在箱体中；回转减速器的动力输出端与主动齿轮延伸轴连接。

4.根据权利要求1所述直升机反扭矩装置的性能试验台，其特征在于：所述旋翼组件包括旋翼法兰安装盘以及旋翼；所述旋翼包括桨毂以及安装在桨毂上的三片桨叶，每一片桨叶均配置一个电作动筒，所述电作动筒安装在旋翼法兰安装盘上，且电作动筒的动力输出端通过自动倾斜器与桨叶连接。

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