CN103398812A - 一种螺旋桨同轴测力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种螺旋桨同轴测力装置，包括：螺旋桨、管式天平、动力系统、转接法兰和飞艇支架；动力系统包括电机和减速器；减速器固定在电机上且减速器和电机同轴，动力系统从管式天平中穿过，且减速器的轴从管式天平中伸出，螺旋桨固定在所述减速器从管式天平中伸出的轴上；减速器通过其前端的装配法兰与管式天平的前端固连，同时，管式天平的后端还通过转接法兰固定在飞艇支架上。本发明可同轴直接测量螺旋桨产生的拉力和扭矩。

Description

一种螺旋桨同轴测力装置
技术领域
本发明涉及一种螺旋桨同轴测力装置，主要用于测量飞艇飞行试验中螺旋桨的拉力和扭矩。
背景技术
飞艇飞行时螺旋桨的拉力和扭矩数据是其气动参数辨识的重要输入条件，可通过CFD计算、风洞试验和飞行试验获得，其中风洞试验和飞行试验的测量结果相对于CFD计算来说更为可靠。由于高空飞艇飞行高度为20km左右，大气压力仅为标准大气压的1/20左右，同时飞行速度非常低，对风洞测力试验的流场模拟和测试技术提出了较大的挑战。飞行试验是一个比较好的选择，可以有效地规避风洞试验中的尺寸效应、洞壁干扰、支架干扰等误差因素。
针对以上技术难点确定的技术方案为：研制二分量天平；设计同轴测量方案；天平和主要结构件采用铝合金，减轻重量；天平量程考虑安全余量，提高系统自振频率。
发明内容
本发明的技术解决问题为：克服现有技术的不足，提供了一种螺旋桨同轴测力装置，可同轴直接测量螺旋桨产生的拉力和扭矩。
本发明的技术解决方案是：
一种螺旋桨同轴测力装置，包括：螺旋桨、管式天平、动力系统、转接法兰和飞艇支架；动力系统包括电机和减速器；
减速器固定在电机上且减速器和电机同轴，动力系统从管式天平中穿过，且减速器的轴从管式天平中伸出，螺旋桨固定在所述减速器从管式天平中伸出的轴上；减速器通过其前端的装配法兰与管式天平的前端固连，同时，管式天平的后端还通过转接法兰固定在飞艇支架上，
所述减速器的前端和管式天平的前端均指距离螺旋桨最近的一端，所述管式天平的后端是指距离螺旋桨距离最远的一端。
螺旋桨、管式天平和动力系统同轴。
所述管式天平为中空圆柱状，包括扭矩测量元件和拉力测量元件，扭矩测量元件和拉力测量元件均位于管式天平的侧壁上。
所述扭矩测量元件包括多片矩形梁，该多片矩形梁沿圆周均匀分布，且矩形梁所在平面均通过轴心；所述拉力测量元件也包括多片矩形梁，该矩形梁沿圆周均匀分布，且矩形梁所在平面均垂直于所述管式天平的轴线。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
在飞艇飞行时，测量系统对被测对象的气动外形、结构尺寸、结构强度、自振频率、质量分布、运行方式等参数指标不应产生过大的影响，完全偏置的多分量力传感器或盒式天平在这种情况下不太适用。在此思路下，将管式天平2设计成管式结构，电机和减速器组合成动力系统3穿过管式天平2并与管式天平2连接，天平再通过转接法兰4与飞艇支架5连接。这种结构对飞艇及其动力系统的影响较小，而且同轴测量时可以实现更高的刚度和测量精度。在完成装配时，螺旋桨1和动力系统3的内部装配关系没有任何改变，管式天平2和转接法兰4套在电机和减速器组合成动力系统3和螺旋桨1的桨轴外面，管式天平2一端与动力系统3连接，承受动力系统3的全部载荷，另一端与转接法兰4连接，通过转接法兰4将载荷传到支架5上。管式天平2可同时测量动力系统受到的拉力和扭矩。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明管式天平示意图；
图3为本发明动力系统组成示意图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
如图1所示，本发明提供了一种螺旋桨同轴测力装置，包括：螺旋桨1、管式天平2、动力系统3、转接法兰4和飞艇支架5；如图3所示，动力系统3包括电机8和减速器9；
减速器9固定在电机8上且减速器9和电机8同轴，动力系统3从管式天平2中穿过，且减速器9的轴从管式天平2中伸出，螺旋桨1固定在所述减速器9从管式天平2中伸出的轴上；减速器9通过其前端的装配法兰与管式天平2的前端固连，同时，管式天平2的后端还通过转接法兰4固定在飞艇支架5上，减速器9的前端和管式天平2的前端均指距离螺旋桨1最近的一端，所述管式天平2的后端是指距离螺旋桨1距离最远的一端。螺旋桨1、管式天平2和动力系统3同轴。
如图2所示，管式天平2为中空圆柱状，包括扭矩测量元件6和拉力测量元件7，扭矩测量元件6和拉力测量元件7均位于管式天平2的侧壁上。扭矩测量元件6包括多片矩形梁，该多片矩形梁沿圆周均匀分布，且矩形梁所在平面均通过轴心；所述拉力测量元件7也包括多片矩形梁，该矩形梁沿圆周均匀分布，且矩形梁所在平面均垂直于所述管式天平2的轴线。
工作原理：螺旋桨1固定在减速器9和电机8组成的动力系统3上，完成装配时，螺旋桨1与动力系统3的内部装配关系没有任何改变，电机8产生的驱动力传递给减速器9，然后传递给螺旋桨1，驱动螺旋桨1旋转产生动力。
电机8和减速器9组成的动力系统3穿过管式天平2，减速器9通过其前端的装配法兰与管式天平2的前端固连，这样螺旋桨1，管式天平2和动力系统3保证同轴且装配关系不变。管式天平2的后端通过转接法兰4固定在飞艇支架5上。
螺旋桨1承受的气动力传递给动力系统3，动力系统3再将气动力传递给管式天平2，管式天平2通过转接法兰4将气动力传递到支架5上。在此装配结构下，管式天平2可同时测量飞艇飞行时螺旋桨1上产生的拉力和扭矩。
管式天平2的测量元件包括扭矩测量元件6和拉力测量元件7，扭矩测量元件6和拉力测量元件7均位于管式天平2的侧壁上。扭矩测量元件6包括多片矩形梁，该多片矩形梁沿圆周均匀分布，且矩形梁所在平面均通过轴心；所述拉力测量元件7也包括多片矩形梁，该矩形梁沿圆周均匀分布，且矩形梁所在平面均垂直于所述管式天平2的轴线。通过测量扭矩测量元件6和拉力测量元件7上产生的应变大小测量螺旋桨1所产生的扭矩和拉力。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种螺旋桨同轴测力装置，其特征在于包括：螺旋桨（1）、管式天平（2）、动力系统（3）、转接法兰（4）和飞艇支架（5）；动力系统（3）包括电机（8）和减速器（9）； 
减速器（9）固定在电机（8）上且减速器（9）和电机（8）同轴，动力系统（3）从管式天平（2）中穿过，且减速器（9）的轴从管式天平（2）中伸出，螺旋桨（1）固定在所述减速器（9）从管式天平（2）中伸出的轴上；减速器（9）通过其前端的装配法兰与管式天平（2）的前端固连，同时，管式天平（2）的后端还通过转接法兰（4）固定在飞艇支架（5）上。 
2.根据权利要求1所述的一种螺旋桨同轴测力装置，其特征在于：所述减速器（9）的前端和管式天平（2）的前端均指距离螺旋桨（1）最近的一端，所述管式天平（2）的后端是指距离螺旋桨（1）距离最远的一端。 
3.根据权利要求1所述的一种螺旋桨同轴测力装置，其特征在于：螺旋桨（1）、管式天平（2）和动力系统（3）同轴。 
4.根据权利要求1所述的一种螺旋桨同轴测力装置，其特征在于：所述管式天平（2）为中空圆柱状，包括扭矩测量元件（6）和拉力测量元件（7），扭矩测量元件（6）和拉力测量元件（7）均位于管式天平（2）的侧壁上。 
5.根据权利要求4所述的一种螺旋桨同轴测力装置，其特征在于：所述扭矩测量元件（6）包括多片矩形梁，该多片矩形梁沿圆周均匀分布，且矩形梁所在平面均通过轴心；所述拉力测量元件（7）也包括多片矩形梁，该矩形梁沿圆周均匀分布，且矩形梁所在平面均垂直于所述管式天平（2）的轴线。 
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