CN103743557A

CN103743557A - 一种螺旋桨综合测试系统

Info

Publication number: CN103743557A
Application number: CN201410001553.9A
Authority: CN
Inventors: 唐智杰; 刘平龙; 罗均; 谢少荣
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2034-01-02
Also published as: CN103743557B

Abstract

本发明公开了一种螺旋桨综合测试系统。它包括：一个上位机、一个螺旋桨驱动测试机构、一个目标螺旋桨、一个投影仪、一个高速摄像机和一个大型水缸，所述螺旋桨驱动测试机构是一个安装在所述大型水缸中的螺旋桨驱动机构，通过CANbus总线与所述上位机相连，该机构包括一个伺服电机驱动器、一个伺服电机、一个扭矩传感器、两个拉力计、两根锁链、一个姿态传感器、一个框型移动固定机构，所述螺旋桨驱动机构用于控制实现测试螺旋桨在不同的转动速度和不同驱动方向情况下的静态和动态扭矩、水中推力和侧向不平衡力的静态动态特性。本系统可以实现螺旋桨的静态和动态特性测试功能和在极端测试情况下的桨叶扭曲现象。

Description

一种螺旋桨综合测试系统

技术领域

本发明涉螺旋桨测试领域，特别是涉及一种船用螺旋桨和小飞机螺旋桨综合特性测试的螺旋桨综合测试系统。

背景技术

螺旋桨作为船舶、水下机器人和小飞机的驱动机构，其特性直接影响到船舶、水下机器人和小飞机的驱动特性，乃至影响其运动特性和使用特性。

目前，螺旋桨的特性更多采用模拟方式产生，实际应用的测试系统相对比较稀缺，特别是在极端高速情况下桨叶的负荷和扭曲情况测试更是空白。

中国发明专利申请公布说明书CN102735869A公开了“一种水下直流无刷推进器螺旋桨转速的测试方法和装置”，只完成了螺旋桨转速的特定电路和方法，缺少相应的测试机构。

中国实用新型专利说明书CN202511930U（授权公告日：20012年10月31日）公开了一种“用于测量螺旋桨发动机推力和扭矩的装置”，主要用于测试发动机特性，而不是测试螺旋桨的特性，测试模式只有静态情况下的推力和扭矩。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种螺旋桨综合测试系统，实现对不同类型螺旋桨的测试，完成螺旋桨在不同转速情况下的动态和静态特性，以及在极端情况下桨叶扭曲情况的测试和研究。

为解决上述技术问题，本发明的构思是：本发明以滑动机构配合长度可调整锁链结合双拉力计来实现在滑动机构运动的动态模式和机构静止的静态模式下测试目标螺旋桨在不同转速、正反转情况下的扭矩、推力的静态和动态数据，以及在极端高速情况下桨叶的扭曲情况。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种螺旋桨综合测试系统，包括一个上位机、一个螺旋桨驱动测试机构、一个目标螺旋桨、一个投影仪、一个高速摄像机和一个大型水缸，其特征在于：所述大型水缸的四周壁和底壁为透明玻璃；所述螺旋桨驱动测试机构连接目标螺旋桨而置于大型水缸内的水中；所述投影仪置于大型水缸底部下方，所述摄像机置于大型水缸外侧面；所属螺旋桨驱动测试机构、投影仪和高速摄像机连接所述上位机，通过调整所述大型水缸中的水位可以实现对船用半浸桨、全浸桨和小飞机桨叶的不同类型螺旋桨的综合测试。

上述螺旋桨驱动测试机构安装在所述大型水缸中，通过CANbus总线与所述上位机相连；该机构包括伺服电机驱动器、一个伺服电机、一个扭矩传感器、两个拉力计、两根锁链、一个姿态传感器和一个框型移动固定机构；所述框型移动固定机构包括框形固定架、两个联轴器、输入轴、四根支撑杆、三块支撑板、两个轴承端盖、两个深沟球轴承、两个弧齿锥齿轮、箱盖、方形齿轮箱、输出轴和滑杆；所述滑杆通过螺钉固定与所述大型水缸上方铁架相连；所述滑杆穿过所述框形固定架，所述框形固定架可在所述滑杆上自由滑动；所述拉力计分别固定于所述大型水缸上方两端，通过所述锁链连接于所述框形固定架左右两侧；所述伺服电机驱动器分别与所述伺服电机和所述上位机相连，所述伺服电机驱动器和所述伺服电机一起通过螺钉固定在所述框形固定架上；所述扭矩传感器一端经所述联轴器连接所述伺服电机输出轴，所述扭矩传感器另一端通过所述联轴器连接到所述输入轴；所述四根支撑杆一端通过螺母固定连接所述框形固定架，另一端通过螺纹固定连接到所述方形齿轮箱；所述支撑杆通过过渡配合固定从上至下穿过三个支撑板；所述弧齿锥齿轮通过轴肩与键固定安装在所述输入轴上；所述深沟球轴承通过过盈配合与轴肩固定连接所述输入轴，并通过过盈配合固定安装在所述方形齿轮箱上；所述轴承端盖通过螺钉固定安装在所述方形齿轮箱上；所述弧齿锥齿轮通过轴肩与键固定安装连接所述输出轴；所述深沟球轴承通过过盈配合固定安装在所述方形齿轮箱上；所述轴承端盖通过螺钉固定安装于轴承处；所述箱盖通过螺钉固定安装在所述方形齿轮箱上，用于安装密封的目的；所述姿态传感器通过螺钉固定于所述方形齿轮箱底部；所述目标螺旋桨通过销钉固定安装在所述输出轴上；通过调整所述锁链的长短来实现螺旋桨驱动测试模式的静态和动态的切换，完成固定静态情况下测试所述目标螺旋桨在不同转速下的测试模式和所述目标螺旋桨驱动整个固定机构在所述滑杆上运动一定距离情况下，不同转速的动态测试模式；通过所述拉力计用于实现所述目标螺旋桨在旋转推动情况下轴向推力的在线测试；通过所述姿态传感器实现对螺旋桨驱动情况下机构姿态的监测，以实现对螺旋桨侧向不平衡力的监测和计算，通过姿态角度的变化情况来反映螺旋桨的平衡特性；通过调整所述两个弧齿锥齿轮之间的齿轮齿数比，来实现高速、低速测试模式的切换；所述扭矩传感器用于测试所述目标螺旋桨在不同测试模式下的等效扭矩。

上述投影仪安装于所述大型水缸的底部下方，与所述上位机相连，用于产生平面投影光束，为高速摄像提供背景对比光。

上述高速摄像机安装于所述大型水缸的外侧面，与所述上位机相连，用于实现对不同驱动情况下所述目标螺旋桨在动态静态测试模式下螺旋桨驱动测试机构的姿态变化的高速摄像。

上述上位机通过CANbus总线与所述螺旋桨驱动测试机构相连，控制所述螺旋桨驱动测试机构实现所述目标螺旋桨的不同转速驱动、正反转驱动和动态静态测试模式下驱动扭曲和推力的动态静态特性，同时用于实现所述高速摄像机的图像存储和分析以及所述目标螺旋桨的姿态信息存储和图像同步匹配，用于分析所述目标螺旋桨的极端高速测试情况下的桨叶负荷和扭曲现象。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：本发明采用实现了不同类型螺旋桨的测试，完成螺旋桨在静态和运动状态下不同转速、正反转情况下扭曲和推力的在线测试，以及在高速极端情况下桨叶的负荷和扭曲现象的测试分析。

本发明的螺旋桨综合测试系统可广泛适用于各类螺旋桨的驱动特性测试和研究。

附图说明

图1是本发明一个实施例的框图。

图2是图1示例中螺旋桨驱动测试机构的结构示意图。

图3是图2的侧视图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

如图1所示，在本螺旋桨综合测试系统，它包括一个上位机（1）、一个螺旋桨驱动测试机构（2）、一个目标螺旋桨（3）、一个投影仪（4）、一个高速摄像机（5）和一个大型水缸（6），其特征在于：所述大型水缸（6）的四周壁和底壁为透明玻璃；所述螺旋桨驱动测试机构连接目标螺旋桨（3）而置于大型水缸（6）内的水中；所述投影仪（4）置于大型水缸（6）底部下方，所述摄像机（5）置于大型水缸（6）外侧面；所属螺旋桨驱动测试机构（2）、投影仪（4）和高速摄像机（5）连接所述上位机（1）；通过调整所述大型水缸（6）中的水位可以实现对船用半浸桨、全浸桨和小飞机桨叶的不同类型螺旋桨的综合测试。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

参见图2和图3，所述螺旋桨驱动测试机构（2）安装在所述大型水缸（6）中，通过CANbus总线与所述上位机（1）相连；该机构包括伺服电机驱动器（101）、一个伺服电机（102）、一个扭矩传感器（103）、两个拉力计（104a、104b）、两根锁链（105a、105b）、一个姿态传感器（106）和一个框型移动固定机构；所述框型移动固定机构包括框形固定架（107）、两个联轴器（108、109）、输入轴（110）、四根支撑杆（111）、三块支撑板（112）、两个轴承端盖(113、114）、两个深沟球轴承（115、116）、主动弧齿锥齿轮（117）、从动弧齿锥齿轮（118）、箱盖（119）、方形齿轮箱（120）、输出轴（121）和滑杆（122）；所述滑杆（122）通过螺钉固定与所述大型水缸（6）上方铁架相连；所述滑杆（122）穿过所述框形固定架（107），所述框形固定架（107）可在所述滑杆（122）上自由滑动；所述拉力计（104a、104b）分别固定于所述大型水缸（6）上方两端，通过所述锁链（105a、105b）连接于所述框形固定架（107）左右两侧；所述伺服电机驱动器（101）分别与所述伺服电机（102）和所述上位机（1）相连，所述伺服电机驱动器（101）和所述伺服电机（102）一起通过螺钉固定在所述框形固定架（107）上；所述扭矩传感器（103）一端经所述联轴器（108）连接所述伺服电机（102）输出轴，所述扭矩传感器（103）另一端通过所述联轴器（109）连接到所述输入轴（110）；所述四根支撑杆（111）一端通过螺母固定连接所述框形固定架（107），另一端通过螺纹固定连接到所述方形齿轮箱（120）；所述支撑杆（111）通过过渡配合固定从上至下穿过三个支撑板（112）；所述主动弧齿锥齿轮（117）通过轴肩与键固定安装在所述输入轴（110）上；所述深沟球轴承（115）通过过盈配合与轴肩固定连接所述输入轴（110），并通过过盈配合固定安装在所述方形齿轮箱（120）上；所述轴承端盖（113）通过螺钉固定安装在所述方形齿轮箱（120）上；所述从动弧齿锥齿轮（118）通过轴肩与键固定安装连接所述输出轴（121）；所述深沟球轴承（116）通过过盈配合固定安装在所述方形齿轮箱（120）上；所述轴承端盖（113、114）通过螺钉固定安装于轴承处；所述箱盖（119）通过螺钉固定安装在所述方形齿轮箱（120）上，用于安装密封的目的；所述姿态传感器（106）通过螺钉固定于所述方形齿轮箱（120）底部；所述目标螺旋桨（3）通过销钉固定安装在所述输出轴（121）上；通过调整所述锁链（105a、105b）的长短来实现螺旋桨驱动测试模式的静态和动态的切换，完成固定静态情况下测试所述目标螺旋桨（3）在不同转速下的测试模式和所述目标螺旋桨（3）驱动整个固定机构在所述滑杆（122）上运动一定距离情况下，不同转速的动态测试模式；通过所述拉力计（104a、104b）用于实现所述目标螺旋桨（3）在旋转推动情况下轴向推力的在线测试；通过所述姿态传感器（106）实现对螺旋桨驱动情况下机构姿态的监测，以实现对螺旋桨侧向不平衡力的监测和计算，通过姿态角度的变化情况来反映螺旋桨的平衡特性；通过调整所述两个弧齿锥齿轮（118、119）之间的齿轮齿数比，来实现高速、低速测试模式的切换；所述扭矩传感器用于测试所述目标螺旋桨（3）在不同测试模式下的等效扭矩。

所述投影仪（4）安装于所述大型水缸（6）的底部下方，与所述上位机（1）相连，用于产生平面投影光束，为高速摄像提供背景对比光。

所述高速摄像机（5）安装于所述大型水缸（6）的外侧面，与所述上位机（1）相连，用于实现对不同驱动情况下所述目标螺旋桨（3）在动态静态测试模式下螺旋桨驱动测试机构（2）的姿态变化的高速摄像。

所述上位机（1）通过CANbus总线与所述螺旋桨驱动测试机构相连，控制所述螺旋桨驱动测试机构实现所述目标螺旋桨（3）的不同转速驱动、正反转驱动和动态静态测试模式下驱动扭曲和推力的动态静态特性，同时用于实现所述高速摄像机（4）的图像存储和分析以及所述目标螺旋桨（3）的姿态信息存储和图像同步匹配，用于分析所述目标螺旋桨（3）的极端高速测试情况下的桨叶负荷和扭曲现象。螺旋桨驱动测试机构是一个安装在所述大型水缸（5）中的涌流驱动机构，通过CANbus总线与所述上位机（6）相连，用于实现四个方向涌流的大小、方向和涌流产生中心位置的控制模拟功能。

该机构用于实现螺旋桨在静态和运动状态下不同转速、正反转情况下扭曲和推力的在线测试，以及在高速极端情况下桨叶的负荷和扭曲现象的测试分析。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种螺旋桨综合测试系统，它包括一个上位机（1）、一个螺旋桨驱动测试机构（2）、一个目标螺旋桨（3）、一个投影仪（4）、一个高速摄像机（5）和一个大型水缸（6），其特征在于：所述大型水缸（6）的四周壁和底壁为透明玻璃；所述螺旋桨驱动测试机构（2）连接目标螺旋桨（3）而置于大型水缸（6）内的水中；所述投影仪（4）置于大型水缸（6）底部下方，所述摄像机（5）置于大型水缸（6）外侧面；所属螺旋桨驱动测试机构（2）、投影仪（4）和高速摄像机（5）连接所述上位机（1）；通过调整所述大型水缸（6）中的水位可以实现对船用半浸桨、全浸桨和小飞机桨叶的不同类型螺旋桨的综合测试。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋桨综合测试系统，其特征在于：所述螺旋桨驱动测试机构（2）通过CANbus总线与所述上位机（1）相连；该述螺旋桨驱动测试机构（2）包括一个伺服电机驱动器（101）、一个伺服电机（102）、一个扭矩传感器（103）、两个拉力计（104a、104b）、两根锁链（105a、105b）、一个姿态传感器（106）和一个框型移动固定机构；所述框型移动固定机构包括框形固定架（107）、两个联轴器（108、109）、输入轴（110）、四根支撑杆（111）、三块支撑板（112）、两个轴承端盖(113、114）、两个深沟球轴承（115、116）、主动弧齿锥齿轮（117）、从动弧齿锥齿轮（118）、箱盖（119）、方形齿轮箱（120）、输出轴（121）和滑杆（122）；所述滑杆（122）通过螺钉固定与所述大型水缸（6）上方铁架相连；所述滑杆（122）穿过所述框形固定架（107）与框架固定架（107）的穿孔滑配，使所述框形固定架（107）可在所述滑杆（122）上自由滑动；所述拉力计（104a、104b）分别固定于所述大型水缸（6）上方两端，通过所述锁链（105a、105b）连接于所述框形固定架（107）左右两侧；所述伺服电机驱动器（101）分别与所述伺服电机（102）和所述上位机（1）相连，所述伺服电机驱动器（101）和所述伺服电机（102）一起通过螺钉固定在所述框形固定架（107）上；所述扭矩传感器（103）一端经所述联轴器甲（108）连接所述伺服电机（102）输出轴，所述扭矩传感器（103）而下端通过所述联轴器乙（109）连接到所述输入轴（110）；所述四根支撑杆（111）的上端通过螺母固定连接所述框形固定架（107），另一端通过螺纹固定连接到所述方形齿轮箱（120）；所述支撑杆（111）通过过渡配合固定从上至下穿过三个支撑板（112）；所述主动弧齿锥齿轮（117）通过轴肩与键固定安装在所述输入轴（110）上；所述一个深沟球轴承（115）通过过盈配合与轴肩固定连接所述输入轴（110），并通过过盈配合固定安装在所述方形齿轮箱（120）上；所述轴承端盖（113）通过螺钉固定安装在所述方形齿轮箱（120）上；所述从动弧齿锥齿轮（118）通过轴肩与键固定安装连接所述输出轴（121）；所述另一个深沟球轴承（116）通过过盈配合固定安装在所述方形齿轮箱（120）上；所述两个轴承端盖（113、114）分别通过螺钉固定安装于两轴承处；所述箱盖（119）通过螺钉固定安装在所述方形齿轮箱（120）上，用于安装密封的目的；所述姿态传感器（106）通过螺钉固定于所述方形齿轮箱（120）底部；所述目标螺旋桨（3）通过销钉固定安装在所述输出轴（121）上；通过调整所述锁链（105a、105b）的长短来实现螺旋桨驱动测试模式的静态和动态的切换，完成固定静态情况下测试所述目标螺旋桨（3）在不同转速下的测试模式和所述目标螺旋桨（3）驱动整个固定机构在所述滑杆（122）上运动一定距离情况下，不同转速的动态测试模式；通过所述拉力计（104a、104b）用于实现所述目标螺旋桨（3）在旋转推动情况下轴向推力的在线测试；通过所述姿态传感器（106）实现对螺旋桨驱动情况下机构姿态的监测，以实现对螺旋桨侧向不平衡力的监测和计算，通过姿态角度的变化情况来反映螺旋桨的平衡特性；通过调整所述两个弧齿锥齿轮（118、119）之间的齿轮齿数比，来实现高速、低速测试模式的切换；所述扭矩传感器用于测试所述目标螺旋桨（3）在不同测试模式下的等效扭矩。

3.根据权利要求1所述的一种螺旋桨综合测试系统，其特征在于：所述投影仪（4）用于产生平面投影光束，为高速摄像提供背景对比光。

4.根据权利要求1所述的一种螺旋桨综合测试系统，其特征在于所述高速摄像机（5）用于实现对不同驱动情况下所述目标螺旋桨（3）在动态静态测试模式下螺旋桨驱动测试机构（2）的姿态变化的高速摄像。

5.根据权利要求1所述的一种螺旋桨综合测试系统，其特征在于所述上位机（1）通过CANbus总线与所述螺旋桨驱动测试机构相连，控制所述螺旋桨驱动测试机构实现所述目标螺旋桨（3）的不同转速驱动、正反转驱动和动态静态测试模式下驱动扭曲和推力的动态静态特性，同时用于实现所述高速摄像机（4）的图像存储和分析以及所述目标螺旋桨（3）的姿态信息存储和图像同步匹配，用于分析所述目标螺旋桨（3）的极端高速测试情况下的桨叶负荷和扭曲现象。