CN102778887B - 直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台，包括依次串接的动力输入机构、压气机组件、测力天平、环量控制尾梁组件、压力控制组件、组合式安定面以及旋转式尾段组件；压气机组件包括进气道、进气机匣、扩压机匣以及压气机盘片组件；环量控制尾梁组件包括尾梁承接管段以及狭缝控制组件；旋转式尾段组件包括齿轮驱动机构、齿轮支承机构以及尾段主体；组合式安定面包括箍环以及安定面组合件。本发明可以进行环量控制尾梁部分产生的升力与尾梁的几何参数及气动参数之间的关系、无尾桨反扭矩系统所需的功率与尾梁的几何参数及气动参数之间的关系研究；结合直升机反扭矩试验台，还可以用作环量控制尾梁的几何参数和气动参数与直升机主旋翼的匹配优化设计等研究的试验平台。

Description

直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台

技术领域

本发明涉及一种用于直升机无尾桨反扭矩系统的气动特性研究的试验装置，包括试验平台的工作原理以及机械结构，属于应用于航空领域的试验平台。

背景技术

无尾桨反扭矩系统是一种应用于单主旋翼式直升机的新型反扭矩系统，用于平衡主旋翼产生的反扭矩和进行航向控制。于传统的反扭矩系统常规尾桨相比，无尾桨式反扭矩系统结构更加简单，因而具有更高的可靠性和可维护性。无尾桨反扭矩系统无暴露于空气中的高速旋转部件因而直升机起降时地面人员更加安全，低空飞行时直升机自身更加安全，同时，产生较小的噪音。无尾桨式反扭矩系统处于旋翼的下洗流流场中，目前还难以通过计算机精确模拟其工作状态，而只能通过试验获得相关数据。

国内对无尾桨反扭矩系统的研究还处于起步阶段，关于环量控制尾梁部分产生的升力与尾梁的几何参数及气动参数之间的关系的研究、无尾桨反扭矩系统所需的功率与尾梁的几何参数及气动参数之间的关系的研究、环量控制尾梁的几何参数和气动参数与直升机主旋翼的匹配优化设计等研究需要进行大量的试验。为此，我国需要可以进行无尾桨反扭矩系统环量控制尾梁气动特性参数分析和无尾桨反扭矩系统功率需求研究的试验平台。

目前国内外尚未发现有类似的试验平台。

发明内容

本发明的发明目的是：国内对无尾桨反扭矩系统关键技术的研究还处于起步阶段，关于无尾桨反扭矩系统环量控制尾梁气动特性参数分析和无尾桨反扭矩系统功率需求等研究缺乏可进行大量必要试验研究的试验平台。本发明可以弥补国内对无尾桨反扭矩系统在气动特性和功率需求等方面研究手段方面的不足，提供一套可以进行环量控制尾梁部分产生的升力与尾梁的几何参数及气动参数之间的关系、无尾桨反扭矩系统所需的功率与尾梁的几何参数及气动参数之间的关系；结合直升机反扭矩试验台，还可以用作环量控制尾梁的几何参数和气动参数与直升机主旋翼的匹配优化设计等研究的试验平台，进行设计研究和型号预先研究。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台，包括依次串接的动力输入机构、压气机组件、测力天平、环量控制尾梁组件、压力控制组件、组合式安定面以及旋转式尾段组件，其中：所述压气机组件，包括进气道、进气机匣、扩压机匣以及压气机盘片组件；进气道、进气机匣、扩压机匣按照气流流向顺序串接，且进气道、进气机匣、扩压机匣均为间壁式结构，进气道、进气机匣、扩压机匣三者的间壁连通以构成空气流道；压气机盘片组件包括压气机轴以及与压气机轴固定的压气机盘片，该压气机轴通过轴承支撑在进气机匣的内腔，压气机盘片的叶片处于空气流道内，且压气机盘片分别与进气机匣、扩压机匣的内层壁面轴向悬空搭接，同时压气机盘片分别与进气机匣、扩压机匣的内层壁面篦齿密封；所述进气道的进气口轴线与进气道的出气口轴线相垂直，所述扩压机匣的内层壁面以其轴线为中心沿气流流向呈收缩状旋转体；所述动力输入机构的输出端与压气机轴连接；所述环量控制尾梁组件，包括尾梁承接管段以及狭缝控制组件，所述尾梁承接管段的一端通过环量控制尾梁直通段与测力天平连接，另一端则与压力控制组件连接；所述狭缝控制组件包括狭缝导流片，该狭缝导流片能够覆盖住环量控制尾梁直通段壁面所开设的狭缝，平行于狭缝长度方向的狭缝导流片的一端与环量控制尾梁直通段的壁面定位连接，另一端则与蜗轮蜗杆直线推拉机构的输出端固定；所述蜗轮蜗杆直线推拉机构通过推拉机构支撑座安装在环量控制尾梁直通段的壁面，该蜗轮蜗杆直线推拉机构包括外壳，外壳与推拉机构支撑座固定，且外壳内安装蜗轮蜗杆机构；所述蜗轮蜗杆机构包括相啮合的蜗轮、蜗杆，且蜗杆与电机驱动装置的输出端连接，同时蜗轮蜗杆机构的动力输出端通过直线推拉组件与狭缝导流片连接；所述狭缝导流片在蜗轮蜗杆直线推拉机构的驱动下，能够开合狭缝；所述压力控制组件，包括分流阻滞体以及分流导管，分别同轴置于尾梁承接管段的内腔；且分流阻滞体靠近环量尾梁直通段设置，且分流阻滞体沿尾梁承接管段轴线的横截面呈渐变设置，同时分流阻滞体的最大横截面部位通过支撑架与尾梁承接管段的内腔连接，而分流阻滞体的最小横截面部位面向分流导管的内腔设置；分流导管一端的外壁与尾梁承接管段的内壁螺纹配合连接，而分流导管另一端固定安装从动齿轮，所述从动齿轮通过主动驱动齿轮机构驱动，该主动驱动齿轮机构包括主动齿轮以及电机驱动装置；主动齿轮与从动齿轮相啮合，且主动齿轮与电机驱动装置的动力输出端同轴连接，而电机驱动装置固定安装于尾梁承接管段；所述分流导管面向分流阻滞体的端部内径不小于分流阻滞体最大横截面部位相对应的外径；所述旋转式尾段组件，包括齿轮驱动机构、齿轮支承机构以及尾段主体，该尾段主体包括尾段框架、螺纹圈、尾框边、喷管支架、尾喷管导向环、尾喷管，且尾段主体的外围覆盖蒙皮；尾段框架内腔的一端安装螺纹圈，另一端则与尾框边连接，所述尾喷管通过喷管支架安装于尾段框架的内腔，且尾喷管的一端通过尾喷管导向环与分流导管连接，所述尾段框架通过螺纹圈与尾梁承接管段的外壁螺纹连接，且尾段框架与齿轮驱动机构的动力输出端连接，同时尾段框架通过齿轮支承机构支承，所述齿轮驱动机构、齿轮支承机构分别安装于尾梁承接管段，且齿轮驱动机构、齿轮支承机构沿尾段框架的轴线环向均匀分布；所述组合式安定面，包括箍环以及安定面组合件，该安定面组合件通过箍环与尾梁承接管段连接；所述安定面组合件包括在前飞状态下具有向上升力的平尾以及具有气动力的垂尾，所述垂尾的气动力方向平行于环量控制尾梁直通段升力方向。

所述动力输入机构的输出端通过主接口组件与压气机轴连接，所述主接口组件，包括呈中空设置的接口主体，该接口主体的一端设置为基础台架接口，另一端则设置为压气机组件接口，且基础台架接口与压气机组件接口螺纹连接，同时基础台架接口与压气机组件接口之间设置并紧螺母，所述并紧螺母、压气机组件接口分别与一个扳手连接。

所述动力输入机构，包括主体传动轴，该主体传动轴的一端与动力源输入轴连接，另一端则穿过接口主体的中空内腔后通过弹性膜片与压气机组件的压气机轴连接；所述主体传动轴配置散热装置。

所述进气道包括进气道内层和进气道外层；进气道内层包括进气道板内层、进气道折弯段内层，进气道外层包括进气道板外层、进气道折弯段外层；且进气道板内层、进气道板外层之间采用螺栓紧固件通过隔环连接成一体；所述进气机匣，包括同轴设置的进气机匣内层以及进气机匣外层，进气机匣内层、进气机匣外层之间的间隙内设置进气机匣垫块，进气机匣内层、进气机匣垫块、进气机匣外层通过螺纹紧固件连接成一体；进气机匣内层、进气机匣外层均呈管状；进气机匣内层的内腔设置有壁板，壁板与进气机匣内层的轴线相垂直，且壁板开设用于安装压气机轴的通孔；所述扩压机匣，包括扩压机匣内层和扩压机匣外层，且扩压机匣内层和扩压机匣外层均为以轴线中心的旋转体；扩压机匣内层和扩压机匣外层之间设置扩压机匣垫块，且扩压机匣内层、扩压机匣垫块和扩压机匣外层通过螺纹紧固件连接成一体；所述进气道板内层、进气道折弯段内层、进气机匣内层顺序串接，且进气机匣内层、扩压机匣内层相邻的两端面均设置用于与压气机盘片密封连接的篦齿；所述进气道板外层、进气道折弯段外层、进气机匣外层以及扩压机匣外层顺序串联。

所述狭缝导流片通过铰链与环量控制尾梁定位连接；或者所述狭缝导流片通过橡胶片与环量控制尾梁定位连接，该橡胶片与狭缝导流片连接成一体；或者所述狭缝导流片采用薄钢板制作而成，且该采用薄钢板制作而成的狭缝导流片与环量控制尾梁的定位连接端设置成柔性弯折状。

所述狭缝导流片安装在环量控制尾梁的外壁，而蜗轮蜗杆直线推拉机构则安装在环量控制尾梁直通段的内壁；所述直线推拉组件为螺杆；所述螺杆分别与蜗轮以及狭缝导流片螺纹配合连接，且螺杆与蜗轮同轴设置，同时螺杆通过非转保持件置于外壳内；所述非转保持件包括挡板，该挡板与外壳固定；所述螺杆的一端呈扁平设置，所述挡板开设有与螺杆的扁平端相适配的扁平通孔，所述螺杆的扁平端穿过扁平通孔放置；所述螺杆通过导流片固定片与狭缝导流片连接，该导流片固定片与螺杆螺纹配合连接，且导流片固定片与狭缝导流片胶接成一体；所述蜗轮蜗杆直线推拉机构至少为两组，其中一组蜗轮蜗杆直线推拉机构的蜗杆一端与电机驱动装置的输出端连接，另一端则与余下的各组蜗轮蜗杆直线推拉机构的蜗杆通过联轴器串联。

所述从动齿轮通过被动支承齿轮机构支承；所述被动支承齿轮机构至少为1组，该被动支承齿轮机构与主动驱动齿轮机构均布在从动齿轮的外围；所述被动支承齿轮机构包括被动齿轮、连接架、支承轴外壳、支承轴以及轴承，连接架分别与尾梁承接管段、支承轴外壳固定，被动齿轮通过支承轴定位安装在支承轴外壳内，且被动齿轮与从动齿轮相啮合，而支承轴则通过轴承支撑。

所述分流阻滞体包括前阻滞体和后阻滞体，所述前阻滞体的最小横截面部位面向环量尾梁设置，而后阻滞体的最小横截面部位面向分流导管的内腔设置；所述支撑架包括管状主体，该管状主体开设用于与尾梁承接管螺纹连接的外螺纹，且管状主体通过周向均布的支撑臂分别与前阻滞体、后阻滞体的最大横截面部位连接成一体。

所述前阻滞体和后阻滞体均呈水滴形设置；所述分流导管呈漏斗形设置，该漏斗形分流导管的大端与分流阻滞体相邻，且漏斗形分流导管的大端外壁与尾梁承接管段的内壁螺纹配合连接，而漏斗形分流导管的窄端外壁则固定安装从动齿轮

根据以上的技术方案，相应于现有技术，本发明具有以下的优点：

（1）        本试验平台可以试验多种工作状态下的无尾桨系统气动平台的性能。可以与低速风度配合，试验无尾桨反扭矩系统在匀直流中的性能，也可以与尾桨构型试验台配合，试验无尾桨反扭矩系统在在直升机悬停时的性能，也可以同时配合尾桨构型试验台和直升机专用风洞，进行反扭矩系统在前飞和某些机动飞行状态时的性能。

（2）        本试验平台是一个完整的直升机无尾桨反扭矩平台，可以单独模拟试验直升机无尾桨系统环量控制尾梁或尾喷口的性能，或通过压力控制组件的压力控制和狭缝控制组件的狭缝控制实现对环量控制尾梁和尾喷口在不同气流流量分配下的整体性能。同样，本试验平台可以在模拟试验组合式安定面的影响下的无尾桨反扭矩系统的性能以及在直升机前飞时考虑组合式安定面的无尾桨反扭矩系统的性能。

（3）        本试验平台可以直接通过天平读出各方向力和力矩的大小，从而快速直观的显示试验结果。

（4）        本试验平台可以快速通过微型伺服电机驱动分别调节两个狭缝外导流片与直通尾梁间的间隙，模拟不同宽度的狭缝对环量控制尾梁升力的影响。

（5）        本试验平台采用压气机提供压缩气源，可以通过微型伺服电机驱动压力控制组件并通过调节压气机转速在一个比较大的范围内调节环量控制尾梁内部的气体压力，研究环量控制尾梁升力与其内部气体压力之间的关系。

（6）        本试验平台可以通过主接口组件的螺纹，对狭缝的周向位置进行任意设置，试验狭缝在任意角度下的性能。

（7）        本试验平台通过压气机轴的扭矩和转速实现对不同工作状态下的无尾桨反扭矩系统的功率需求。

本试验平台各组件接口简单，可以很方便的更换组件以进行压气机组件、环量控制尾梁组件的优化研究。

附图说明

图1是本发明的总体效果图；

图2是本发明的组件级爆炸图；

图2中：1.主接口组件；2.压气机组件；3.测力天平；4.环量控制尾梁组件；5．压力控制组件；6.旋转式尾段组件；7.组合式安定面；

图3是主接口组件简图；

图3中：11.基础台架接口；12.接压气机接口；13.并紧螺母；14.扳手；15.动力输入机构；16.螺钉A；

图4是动力输入机构剖视图；

图4中：1501.动力源连接轴   ；1502.连接压气机轴；1503.轴承B；1504.轴承座B；1505.轴承盖B；1506.轴承衬垫B；1507.轴承定位螺母B；1508.挡油环B1；1509.挡油环B2；1510.外衬散热铜片； 1511.导热铜柱；1512.弹性膜片；1513.铰孔螺栓及螺母B；1514.压环；1515.衬套 ；1516.螺钉B1；1517.螺钉B2；

图5是压气机组件剖视图；

图5中：201.进气道板外层；202.进气道板内层；203.隔环螺栓及螺母C1；204.进气道折弯段外层；205.进气道折弯段内层；206.铆钉C1；207.螺钉C1 ；208.进气机匣外层；209.进气机匣内层；210.进气机匣垫块；211.铰孔螺栓螺母C1；212.螺钉C2；213.进气机匣外用垫块  ；14.扩压机匣外层；215.扩压机匣内层；216.扩压机匣垫块；218.螺钉C3；219.螺钉C4；220. 铰孔螺栓螺母C2；221.铰孔螺栓C3；22.压气机盘片；223.压气机轴；224.螺栓及螺母C2；225.螺栓及螺母C3；226.轴承座C；227.轴承盖C；228轴承垫片C；229.轴承内隔环C；230.轴承外隔环C ；231.轴承C；232.轴承定位螺母C ；233.螺钉C5；

图 6-1是环量控制尾梁的外观视图；图6-2是图6-1中的 A-A向的剖视图；

图6-1 和6-2中：41.接天平接口；42.尾梁承接管段；43.环量控制尾梁直通段；44.狭缝导流片；45导流片驱动机构；46.铆钉D1；47螺钉D1；48.螺钉D2；

图7是导流片驱动机构简图；

图7中：451.微型伺服电机及减速器；452.电机安装接头；453.减速器出轴联轴结；454轴间联轴结；455.蜗轮蜗杆直线推拉机构支撑；456.蜗轮蜗杆直线推拉机构；457.联轴器；458.联接轴；

图8-1是蜗轮蜗杆直线推拉机构结构沿螺杆方向非转保持件一侧的视图；图8-2是图8-1中的B-B剖视图；

图8-1和图8-2中：45601.外壳；45602.蜗轮；45603.蜗杆；45604.螺杆；45605.非转保持件；45606.轴承F1；45607.轴承内挡圈F1 ；45608.轴承外挡圈F1；45609. 轴承F2；45610.轴承内挡圈F2； 45611.轴承外挡圈F2；45612.螺钉F1；45613.导流片固定片；

图9-1是压力控制组件沿轴向尾端一侧的视图；图9-2是图9-1中C-C方向的剖视图；

图9-1和图9-2中：51.主动驱动齿轮机构G    ；52.从动支承齿轮机构G； 53从动齿轮G；54.螺钉G1；   55.螺钉G2；56.分流阻滞体；57.分流导管；

图10-1是旋转式尾段组件沿轴向的剖视图；图10-2是图10-1中D-D方向的剖视图；

图10-1和10-2中：61.尾段结构；62. 主动驱动齿轮机构H；63.从动支承齿轮机构H；64.尾端盖；    65.螺钉H1；66.螺钉H2；

图11是旋转式尾段组件尾段结构简图；

图11中：6101.尾段框架；6102.螺纹圈；6103.尾框边；6104.喷管支架；6105.喷管导向环；6106.喷管；6107.从动齿轮I；6108.螺母I1；6109.螺栓及螺母I2；6110.铆钉I1；6111.铆钉I2；6112.铆钉I3；6113.铆钉I4；6114.蒙皮；

图12是组合式安定面的爆炸图；

图12中：71.箍环结构件；711.箍环；712.装安定面接口；713.加强筋；714.内衬橡胶垫；72.组合式安定面；721.平尾结构架；722.平尾蒙皮；723.垂尾结构架；724.垂尾蒙皮；725.安装接口；726.螺栓K1；73.螺栓J1；74.螺栓J2。

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，展示了整个无尾桨反扭矩系统气动性能综合试验平台的构型，图2展示了将试验平台按组件拆分后的视图，从左至右依次为主接口组件1、压气机组件2、测力天平3、环量控制尾梁组件4、组合式安定面组件7，压力控制组件5和旋转式尾段组件6。

在图3和图4是本发明的主接口组件1的结构图，基础台架接口11通过螺栓固定到基础台架上，接压气机接口12通过螺栓安装固定压气机组件2，基础台架接口11和接压气机接口12通过螺纹安装对接到一起，并通过并紧螺母13并紧，接压气机接口12可以360度旋转，从而保证环量控制尾梁组件可以安装固定在任意角度。基础台架的动力通过动力输入机构15驱动压气机组件2的压气机轴223旋转，从而带动压气机盘片222工作。动力输入机构15通过轴承座B1504与基础台架接口11径向精确定位，通过螺钉A16安装固定到基础台架接口11上。动力源连接轴1501和连接压气机轴1502之间通过弹性膜片1512连接。

图5展示了压气机组件2的结构。进气道板外201、进气道弯折段外204、进气机匣外208和扩压机匣外214构成压气机气流的外部流道边界，进气道板内202、进气道弯折段内205进气机匣内209和扩压机匣内215构成压气机气流的内部流道边界。进气道板与进气道弯折段之间通过铆钉C1(206)铆接，进气道弯折段通过螺钉C1207安装到进气机匣上，进气机匣外208和扩压机匣214之间通过法兰利用铰孔螺栓螺母C2220连接，进气机匣内209和扩压机匣内215之间没有机械连接。进气道板外201与进气道板内202之间通过隔环螺栓及螺母C1连接到一起。进气机匣外208和进气机匣内209之间通过铰孔螺栓及螺母C1211和螺钉C2212固定到一起，并通过精密加工的进气机匣垫块210保证同轴度。与进气机匣类似，扩压机匣外214与扩压机匣内215之间通过螺钉C3218和螺钉C4219固定到一起，并通过精密加工的扩压机匣垫块216保证同轴度。轴承座C226通过螺栓及螺母C3225安装固定到扩压机匣内209的壁板上，并通过轴承C231安装压气机轴223。压气机轴223通过螺栓及螺母C2224与压气机盘片222安装固定到一起。压气机盘片222与进气机匣209和扩压机匣215之间通过篦齿密封，以防止扩压机匣内的气体通过其它途径流出，造成损失。

图6-1和6-2展示了环量控制尾梁组件4的结构。接天平接口41和尾梁承接管段42分别通过铆钉D146和螺钉D147与环量控制尾梁直通段43连接固定到一起。环量控制尾梁直通段43沿轴向有若干条狭缝，在靠近狭缝的内部或外部，通过螺钉D147安装狭缝导流片44，并由同样通过螺钉D147安装在环量控制尾梁直通段43内的导流片驱动机构45驱动其开合。

图7为导流片驱动机构45的简图。微型伺服电机及其减速器E451通过电机安装接头452安装到蜗轮蜗杆直线推拉机构支撑455上，并驱动同样安装蜗轮蜗杆直线推拉机构支撑455上的蜗轮蜗杆直线推拉机构456以及通过联接轴458和联轴器457串联起来的其他蜗轮蜗杆直线推拉机构456。

图8-1和图8-2展示了蜗轮蜗杆直线推拉机构456的结构。蜗轮45602和蜗杆45603相互垂直的安装在外壳内，并分别由轴承F145606和轴承F245611支承。螺杆45604通过蜗轮45602内部的螺纹安装，并在非转保持件45605的夹持下不能转动。导流片固定片45613通过螺纹安装到螺杆上，并同时铆接到狭缝导流片44上。这样，在蜗杆45603驱动下，蜗轮45602旋转，驱动螺杆沿螺纹上下直线运动，从而驱动狭缝导流片44开合。

图9-1和图9-2展示了压力控制组件5的结构，其中图9-1为压力控制组件5从尾部沿轴向的视图，图9-2为压力控制组件5在图9-1中的A-A剖视图。压力控制组件5都安装在尾梁承接管段42内，通过调整气流流入旋转式尾段组件6部分的管道截面积调节环量控制尾梁直通段43内部的空气压力。分流阻滞体56通过螺纹安装并固定在尾梁承接管段42内靠近环量控制尾梁直通段43的一端，分流导管57同样通过螺纹安装在尾梁承接管段42内，允许其通过螺纹沿轴向运动。从动齿轮G53通过螺钉G255与分流导管57固定在一起。主动驱动齿轮机构G51和两套被动支承齿轮机构G52分别相隔120度安装在尾梁承接管段42内，分别驱动和支承分流导管57沿轴线方向运动，从而靠近或远离分流阻滞体56，从而调节环量控制尾梁直通段43内部的空气压力。主动驱动齿轮机构G51、被动支承齿轮机构G52中各传动齿轮的结构、大小均一致。

图10-1和图10-2展示了旋转式尾段组件6的结构。尾段结构61，是一个由多个零部件组合在一起的整体结构件，见图11通过螺纹安装到尾梁承接管段42的外螺纹上并允许其沿螺纹做360度旋转，同时，其内部的喷管导向环6105插入分流导管57内部，将气流传导入喷管6106并喷出，产生直接的侧向力。主动驱动齿轮机构H62和两套从动支承齿轮机构H63分别相隔120度安装在尾梁承接管段42内，分别驱动和支承尾段结构61旋转，从而调整喷管6106的喷口位置。

图11是尾段结构61在覆盖玻璃钢前的结构简图。尾段框架6101用铆钉I26111与螺纹圈6102铆接在一起，用铆钉I46113与尾框边6103铆接在一起，共同构成尾段机构61的外围框架。玻璃钢材质的喷管6106在制造时就与金属材质的喷管导向环6105通过编织缠绕和胶接的方式固化到一起，共同构成尾段结构61的内部流道。在喷管6106的喷口处和圆截面段靠前位置，喷管6106分别采用编织缠绕胶接的方式和以喷管支架6104为中介物通过铆接方式与尾段框架6101固定在一起。此外，从动齿轮I6107，内齿通过螺栓及螺母I26109安装固定在螺纹圈6102的台阶上。在以上结构完成的基础上，再在结构的外表面覆裹玻璃纤维布，构成蒙皮6114。

图12展示组合式安定面组件的结构。组合式安定面72借助其安装接口725通过螺栓J173安装到箍环结构件71的装安定面接口712上，然后整体借助箍环711通过螺栓J274抱紧在尾梁承接管段42上。组合式安定面72在制造时，先完成平尾结构架721和两个垂尾结构架723并转配完成，然后通过螺栓及螺母K1726固定安装接口725，然后分别覆盖平尾蒙皮722和垂尾蒙皮724。箍环结构件71通过焊接将箍环711与装安定面接口712和加强筋713固定在一起，而后通过胶接固定内衬橡胶垫714。

综上所述，可知：

本发明所述直升机无尾桨反扭矩系统气动性能综合试验平台主要由主接口组件、压气机组件、测力天平、环量控制尾梁组件、压力控制组件、旋转式尾段组件和组合式安定面组成。试验时，须另外提供驱动压气机组件所需的动力源和模拟旋翼下洗流所需的流场。

主接口组件用于连接动力源与压气机组件、将运动传递到压气机组件并将整个试验平台安装到一个固定基座上。测力天平安装在压气机组件上同时连接环量控制尾梁组件以测量该无尾桨反扭矩系统所产生的各方向的力和力矩。旋转式尾段安装在环量控制尾梁的尾部。旋转式尾段组件含有一个尾喷口，用于喷出压气机产生的剩余气体以进一步产生抵消主旋翼反扭矩所需的力。在环量控制尾梁组件和旋转式尾段组件的管道之间安装有一套压力控制组件，用于调节环量控制尾梁管道内部的气压或调节环量尾梁和尾喷口之间的气体分配。组合式安定面通过卡箍安装在环量控制尾梁的靠近尾段位置。

主接口组件包括基础台架接口、压气机组件接口、并紧螺母、特制扳手和动力输入机构。基础台架接口和压气机组件接口分别通过螺栓连接到台架基础和压气机组件上。基础台架接口和压气机组件接口之间通过螺纹连接，并通过并紧螺母放松，这样的设计是为了让环量尾梁可以绕轴线防线旋转，以方便改变环量尾梁的狭缝在圆周方向的位置。特制扳手用来旋紧或旋松接压气机组件或并紧螺母。动力输入机构从基础台架接口和压气机组件接口中空的内部穿过，用来连接动力源和压气机轴以驱动压气机工作。动力输入机构由动力源连接轴、压气机组件连接轴、弹性膜片组件、轴承以及安装轴承所需的轴承盖、轴承座、轴承衬垫、密封润滑轴承所需的两个挡油环以及辅助轴承散热的外衬散热铜片、导热铜柱等零部件。其中轴承座通过螺钉安装到基础台架接口的靠近台架端的内陷端面上。动力源连接轴通过轴承轴向定位在轴承座上，并通过弹性膜片组件连接接压气机轴。外衬散热铜片通过螺钉安装在轴承座外表面并通过四根导热铜柱将轴承附近的热量传到出来。

压气机组件是为试验平台提供由内外进气道、内外进气机匣、内外扩压机匣、连接以上各部件的隔块（环）、紧固件、压气机盘片、压气机轴、轴承、以及安装固定轴承所需的轴承座、轴承盖、轴承隔环、垫片以及紧固件等零部件组成。其中外进气道由玻璃纤维复合材料制作的外进气道板与铝合金制作的外进气道弯折段通过铆接固定在一起，内进气道与其类似。内外进气机匣和外扩压机匣是由合金钢制造的重要承力部件，而内扩压机匣因受力较小由铝合金制作。内外进气道、内外进气机匣和内外扩压机匣都是通过隔块（环）和螺栓螺钉等紧固件分别固定在一起，其中内外进气机匣一起承受结构的重力及气动力。内外进气道再通过螺钉分别安装到内外进气机匣上，内外扩压机匣整体通过螺栓将外扩压机匣安装到外进气机匣上。压气机盘片和压气机轴通过螺栓连接固定后，通过两个轴承轴向定位与轴承座上，而轴承座通过螺栓安装到内进气机匣上。整个压气机组件通过螺栓将内进气机匣与主接口组件中的压气机组件接口安装固定，同时，压气机轴的花键与主接口组件的压气机组件连接轴的花键相配合。

测力天平是一个两边带法兰，中间存在一段因厚度较小而在受相同的作用力下变形更明显的铝制管件。其外表面贴有应变片，通过测量结构表面的变形间接测量结构承受的各方向的力和力矩。测力天平通过法兰分别连接压气机组件和环量控制尾梁组件。

环量控制尾梁组件由接天平法兰、直通段、狭缝控制组件以及尾梁承接管段组成。其中直通段是一段铝合金管，一端铆接到接天平法兰上，另一端通过螺钉安装到尾梁承接管段上。尾梁承接管段是一个铝质管形件，前段直径较小，后段直径较大，内圈小直径段攻有内螺纹用以安装压力控制组件中的分流阻滞体和分流导管，外圈大直径段攻有外螺纹，用以安装旋转式尾段，同时内部大直径段设计了六个可分别安装压力控制组件和旋转式尾段组件的主动驱动齿轮机构及从动支承齿轮机构。直通段沿轴线方向开有长缝，为保证直通段的强度，长缝可以不连续。在直通段管内壁上安装狭缝控制组件控制狭缝处安装于管内或管外的导流片的开合程度。狭缝控制组件由一个微型伺服电机及其驱动的经由连接轴及联轴器串联起来的若干蜗轮蜗杆直线推拉机构组成。狭缝控制组件可以精确地且较均匀地控制狭缝的开合度。蜗轮蜗杆直线推拉机构由蜗轮、蜗杆、壳体、螺杆、螺杆非转保持件、支持蜗轮和蜗杆旋转所需要的轴承以及安装轴承所需的轴承挡圈、端盖以及紧固件等。蜗轮和蜗杆相互垂直安装在壳体内，由于有轴承支撑，蜗轮可以在蜗杆的驱动下可以旋转。蜗轮沿轴线方向中空并攻有内螺纹与螺杆配合。螺杆在非转保持件的作用下不可以旋转而只能在螺纹的作用下沿蜗轮轴线方向作直线运动。

压力控制组件通过调节环量控制尾梁到尾喷口通道截面积的大小调节环量控制尾梁内部的气体压力。压力控制组件由主动驱动齿轮机构、从动支承齿轮机构、从动齿轮、分流导管及分流阻滞体组成。分流阻滞体是一个由一段带外螺纹的薄质钢管通过四片支臂支撑起一个起阻滞气流通过作用的水滴形体的零件。气流阻滞体通过螺纹安装并固定在尾梁承接管段轴向靠近主接口组件方向。分流导管通过同样的螺纹安装在尾梁承接管段上，并可以在主动驱动齿轮的驱动下通过螺纹实现靠近或远离分流阻滞体，从而实现调节气流通道截面积，进而实现调节环量控制尾梁内部气体压力。当分流导管方螺纹端面与分流阻滞体螺纹后端面贴合时，气流通道截面积最小，当分流导管逐渐离开分流阻滞体时，气流通道截面积逐渐增大。驱动分流导管的主动驱动齿轮机构和两套从动支承齿轮机构都安装在环量控制尾梁组件的尾梁承接管段上。主动驱动齿轮机构由支架、微型伺服电机、配套减速器、主动齿轮组成，支承齿轮机构由支架、支承轴、轴承、支承壳体、轴承、主动齿轮等零件组成。

旋转式尾段组件是一个可以在微型伺服电机驱动下绕轴线旋转，从而改变尾喷口喷气角度，通过螺纹安装到环量控制尾梁组件尾梁承接管段的外螺纹上的组件。旋转式尾段组件由主动驱动齿轮机构、从动支承齿轮机构、尾段结构组成。其中尾段结构是一个不可拆卸的整体结构件，由尾段框架、螺纹圈、尾框边、喷管支架、尾喷管导向环、尾喷管、和被动齿轮（内齿式）通过铆钉和螺钉安装固定以后，采用玻璃钢覆裹成型。螺纹圈是个钢质管型零件，它的内圈靠前攻有内螺纹、内圈中后位置有一个带一圈孔的台阶、靠近后方的圆柱面上有一圈铆钉孔，分别用来配合尾梁承接管段的外螺纹、通过螺栓安装从动齿轮以及通过铆钉与尾段框架固定在一起。尾喷管是一个将气流方向从轴向转向径向同时截面从圆形转换成矩形的玻璃钢管，在其圆截面端部固化一个起导向作用的金属材料的喷管导向环。尾喷管圆截面段中间位置通过一个钣金件喷口支架铆接到尾段框架上，矩形截面段通过尾喷管制作时预留的玻璃纤维束捆绑并通过环氧树脂固化到尾段框架上，尾喷管导向环悬空，在当旋转式尾段组件安装到环量控制组件尾段时，尾喷管导向环将插入压力控制组件的分流导管内。驱动旋转式尾段的主动驱动齿轮机构和两套从动支承齿轮机构分别间隔120度安装在环量控制尾梁组件的尾梁承接管段上。主动驱动齿轮机构由支架、微型伺服电机、配套减速器、主动齿轮组成，支承齿轮机构由支架、支承轴、轴承、支承壳体、轴承、主动齿轮等零件组成。

组合式安定面由箍环、安定面组合件组成。安定面组合件由平尾、两个垂尾和安装接口组成，其中垂尾和平尾是玻璃钢件，安装接口是钣金件，在制作时平尾、垂尾和安装接口通过预留玻璃纤维捆绑和环氧树脂固化在一起。箍环是一个钣金件、内衬橡胶垫以增加摩擦力。安装时先将箍环抱住环量控制尾梁尾梁承接管段靠前位置并通过螺栓紧固，然后将安定面组合件通过螺栓安装在箍环上。安装完成好后，保证在前飞状态下组合式安定面组件的平尾有向上的升力、垂尾有与环量尾梁升力相同方向的气动力，以便一定程度上在试验前飞状态时反映平尾和垂尾的作用。

本试验平台可以更换压气机组件以试验压气机或风扇的性能、可以更换环量控制尾梁组件以试验狭缝开缝位置、狭缝几何形状（包括缝宽、缝隙倾斜角度、缝隙出口导流手段等）等参数对环量控制尾梁组件性能的影响、也可以更换组合式安定面以试验真实前飞状态时组合式安定面对产生反扭矩的贡献。

该试验平台可以与低速风度配合，试验无尾桨反扭矩系统在匀直流中的性能，也可以与尾桨构型试验台配合，试验无尾桨反扭矩系统在在直升机悬停时的性能，也可以同时配合尾桨构型试验台和直升机专用风洞，进行反扭矩系统在前飞和某些机动飞行状态时的性能。

本发明不是一成不变的，主接口组件、压气机组件以及环量控制尾梁组件都可以根据需要进行更换。

Claims (9)

1.一种直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台，其特征在于：包括依次串接的动力输入机构、压气机组件、测力天平、环量控制尾梁组件、压力控制组件、组合式安定面以及旋转式尾段组件，其中：

所述压气机组件，包括进气道、进气机匣、扩压机匣以及压气机盘片组件；进气道、进气机匣、扩压机匣按照气流流向顺序串接，且进气道、进气机匣、扩压机匣均为间壁式结构，进气道、进气机匣、扩压机匣三者的间壁连通以构成空气流道；压气机盘片组件包括压气机轴以及与压气机轴固定的压气机盘片，该压气机轴通过轴承支撑在进气机匣的内腔，压气机盘片的叶片处于空气流道内，且压气机盘片分别与进气机匣、扩压机匣的内层壁面轴向悬空搭接，同时压气机盘片分别与进气机匣、扩压机匣的内层壁面篦齿密封；所述进气道的进气口轴线与进气道的出气口轴线相垂直，所述扩压机匣的内层壁面以其轴线为中心沿气流流向呈收缩状旋转体；所述动力输入机构的输出端与压气机轴连接；

所述环量控制尾梁组件，包括尾梁承接管段以及狭缝控制组件，所述尾梁承接管段的一端通过环量控制尾梁直通段与测力天平连接，另一端则与压力控制组件连接；所述狭缝控制组件包括狭缝导流片，该狭缝导流片能够覆盖住环量控制尾梁直通段壁面所开设的狭缝，平行于狭缝长度方向的狭缝导流片的一端与环量控制尾梁直通段的壁面定位连接，另一端则与蜗轮蜗杆直线推拉机构的输出端固定；所述蜗轮蜗杆直线推拉机构通过推拉机构支撑座安装在环量控制尾梁直通段的壁面，该蜗轮蜗杆直线推拉机构包括外壳，外壳与推拉机构支撑座固定，且外壳内安装蜗轮蜗杆机构；所述蜗轮蜗杆机构包括相啮合的蜗轮、蜗杆，且蜗杆与电机驱动装置的输出端连接，同时蜗轮蜗杆机构的动力输出端通过直线推拉组件与狭缝导流片连接；所述狭缝导流片在蜗轮蜗杆直线推拉机构的驱动下，能够开合狭缝；

所述压力控制组件，包括分流阻滞体以及分流导管，分别同轴置于尾梁承接管段的内腔；且分流阻滞体靠近环量控制尾梁直通段设置，且分流阻滞体沿尾梁承接管段轴线的横截面呈渐变设置，同时分流阻滞体的最大横截面部位通过支撑架与尾梁承接管段的内腔连接，而分流阻滞体的最小横截面部位面向分流导管的内腔设置；分流导管一端的外壁与尾梁承接管段的内壁螺纹配合连接，而分流导管另一端固定安装从动齿轮，所述从动齿轮通过主动驱动齿轮机构驱动，该主动驱动齿轮机构包括主动齿轮以及电机驱动装置；主动齿轮与从动齿轮相啮合，且主动齿轮与电机驱动装置的动力输出端同轴连接，而电机驱动装置固定安装于尾梁承接管段；所述分流导管面向分流阻滞体的端部内径不小于分流阻滞体最大横截面部位相对应的外径；

所述旋转式尾段组件，包括齿轮驱动机构、齿轮支承机构以及尾段主体，该尾段主体包括尾段框架、螺纹圈、尾框边、喷管支架、尾喷管导向环、尾喷管，且尾段主体的外围覆盖蒙皮；尾段框架内腔的一端安装螺纹圈，另一端则与尾框边连接，所述尾喷管通过喷管支架安装于尾段框架的内腔，且尾喷管的一端通过尾喷管导向环与分流导管连接，所述尾段框架通过螺纹圈与尾梁承接管段的外壁螺纹连接，且尾段框架与齿轮驱动机构的动力输出端连接，同时尾段框架通过齿轮支承机构支承，所述齿轮驱动机构、齿轮支承机构分别安装于尾梁承接管段，且齿轮驱动机构、齿轮支承机构沿尾段框架的轴线环向均匀分布；

所述组合式安定面，包括箍环以及安定面组合件，该安定面组合件通过箍环与尾梁承接管段连接；所述安定面组合件包括在前飞状态下具有向上升力的平尾以及具有气动力的垂尾，所述垂尾的气动力方向平行于环量控制尾梁直通段升力方向。

2. 根据权利要求1所述直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台，其特征在于：所述动力输入机构的输出端通过主接口组件与压气机轴连接，所述主接口组件，包括呈中空设置的接口主体，该接口主体的一端设置为基础台架接口，另一端则设置为压气机组件接口，且基础台架接口与压气机组件接口螺纹连接，同时基础台架接口与压气机组件接口之间设置并紧螺母，所述并紧螺母、压气机组件接口分别与一个扳手连接。

3. 根据权利要求2所述直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台，其特征在于：所述动力输入机构，包括主体传动轴，该主体传动轴的一端与动力源输入轴连接，另一端则穿过接口主体的中空内腔后通过弹性膜片与压气机组件的压气机轴连接；所述主体传动轴配置散热装置。

4. 根据权利要求1所述直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台，其特征在于：

所述进气道包括进气道内层和进气道外层；进气道内层包括进气道板内层、进气道折弯段内层，进气道外层包括进气道板外层、进气道折弯段外层；且进气道板内层、进气道板外层之间采用螺栓紧固件通过隔环连接成一体；

所述进气机匣，包括同轴设置的进气机匣内层以及进气机匣外层，进气机匣内层、进气机匣外层之间的间隙内设置进气机匣垫块，进气机匣内层、进气机匣垫块、进气机匣外层通过螺纹紧固件连接成一体；进气机匣内层、进气机匣外层均呈管状；进气机匣内层的内腔设置有壁板，壁板与进气机匣内层的轴线相垂直，且壁板开设用于安装压气机轴的通孔；

所述扩压机匣，包括扩压机匣内层和扩压机匣外层，且扩压机匣内层和扩压机匣外层均为以轴线中心的旋转体；扩压机匣内层和扩压机匣外层之间设置扩压机匣垫块，且扩压机匣内层、扩压机匣垫块和扩压机匣外层通过螺纹紧固件连接成一体；

所述进气道板内层、进气道折弯段内层、进气机匣内层顺序串接，且进气机匣内层、扩压机匣内层相邻的两端面均设置用于与压气机盘片密封连接的篦齿；所述进气道板外层、进气道折弯段外层、进气机匣外层以及扩压机匣外层顺序串联。

5. 根据权利要求1所述直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台，其特征在于：所述狭缝导流片通过铰链与环量控制尾梁直通段定位连接；或者所述狭缝导流片通过橡胶片与环量控制尾梁直通段定位连接，该橡胶片与狭缝导流片连接成一体；或者所述狭缝导流片采用薄钢板制作而成，且该采用薄钢板制作而成的狭缝导流片与环量控制尾梁直通段的定位连接端设置成柔性弯折状。

6. 根据权利要求1所述直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台，其特征在于：所述狭缝导流片安装在环量控制尾梁直通段的外壁，而蜗轮蜗杆直线推拉机构则安装在环量控制尾梁直通段的内壁；所述直线推拉组件为螺杆；所述螺杆分别与蜗轮以及狭缝导流片螺纹配合连接，且螺杆与蜗轮同轴设置，同时螺杆通过非转保持件置于外壳内；所述非转保持件包括挡板，该挡板与外壳固定；所述螺杆的一端呈扁平设置，所述挡板开设有与螺杆的扁平端相适配的扁平通孔，所述螺杆的扁平端穿过扁平通孔放置；所述螺杆通过导流片固定片与狭缝导流片连接，该导流片固定片与螺杆螺纹配合连接，且导流片固定片与狭缝导流片胶接成一体；所述蜗轮蜗杆直线推拉机构至少为两组，其中一组蜗轮蜗杆直线推拉机构的蜗杆一端与电机驱动装置的输出端连接，另一端则与余下的各组蜗轮蜗杆直线推拉机构的蜗杆通过联轴器串联。

7. 根据权利要求1所述直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台，其特征在于：所述从动齿轮通过被动支承齿轮机构支承；所述被动支承齿轮机构至少为1组，该被动支承齿轮机构与主动驱动齿轮机构均布在从动齿轮的外围；所述被动支承齿轮机构包括被动齿轮、连接架、支承轴外壳、支承轴以及轴承，连接架分别与尾梁承接管段、支承轴外壳固定，被动齿轮通过支承轴定位安装在支承轴外壳内，且被动齿轮与从动齿轮相啮合，而支承轴则通过轴承支撑。

8. 根据权利要求1所述直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台，其特征在于：所述分流阻滞体包括前阻滞体和后阻滞体，所述前阻滞体的最小横截面部位面向环量尾梁设置，而后阻滞体的最小横截面部位面向分流导管的内腔设置；所述支撑架包括管状主体，该管状主体开设用于与尾梁承接管螺纹连接的外螺纹，且管状主体通过周向均布的支撑臂分别与前阻滞体、后阻滞体的最大横截面部位连接成一体。

9. 根据权利要求8所述直升机无尾桨反扭矩系统的气动性能综合试验平台，其特征在于：所述前阻滞体和后阻滞体均呈水滴形设置；所述分流导管呈漏斗形设置，该漏斗形分流导管的大端与分流阻滞体相邻，且漏斗形分流导管的大端外壁与尾梁承接管段的内壁螺纹配合连接，而漏斗形分流导管的窄端外壁则固定安装从动齿轮。