CN106017891A - 一种螺旋桨动力特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空航天技术领域，具体为一种螺旋桨动力特性测试装置，包括电机螺旋桨系统、电机安装座、安装在电机安装座上的旋转平台、用于支撑电机安装座的地面安装机构、用于测试螺旋桨推力的推力测试机构、用于测试螺旋桨反扭力的反扭测试机构，推力测试机构和反扭测试机构安装在地面安装机构上。本发明能同时测试螺旋桨的推力和反扭特性，降低了能源耗费，提高了测试效率，准确性高、一致性好。

Description

一种螺旋桨动力特性测试装置

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体为一种螺旋桨动力特性测试装置。

背景技术

螺旋桨动力特性主要包括推力特性和反扭特性，其综合动力特性是相关飞行器总体设计及控制设计的基础。在国防工业中，各种包含螺旋桨的导弹、无人飞行器均需测量其推力和反扭特性，用以确定其动力系统参数和布局是否满足总体设计的要求。

现有的螺旋桨动力测试方案一般将推力特性和反扭特性分开测量，由于螺旋桨在高转速下进行测试时，其速度存在一定的波动，难以准确获得同一时刻转速下螺旋桨的推力和反扭特性关系，并且需要两套不同的测试工装，效率较低，且测试数据准确性和一致性不高。本文提出了一种螺旋桨动力特性测试装置，能够对于推力和反扭特性同时进行测试，提高了测试的效率、准确性和一致性。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种螺旋桨动力特性测试装置，能同时测试螺旋桨的推力和反扭特性，降低了能源耗费，提高了测试效率，准确性高、一致性好。

本发明的技术方案为，一种螺旋桨动力特性测试装置，包括电机螺旋桨系统，还包括：

电机安装座；

旋转平台，安装在电机安装座上，用于安装电机螺旋桨系统；

地面安装机构，用于支撑电机安装座；

推力测试机构，用于测试螺旋桨推力；

反扭测试机构，用于测试螺旋桨反扭力；

推力测试机构和反扭测试机构安装在地面安装机构上。

优选地，测试装置还包括无线模块和工控机，用于传送和接收推力测试机构及反扭测试机构的测试数据。

优选地，地面安装机构包括第一地面架，第二地面架，第三地面架和第四地面架，所述第一地面架、第二地面架和第四地面架水平设置，所述第三地面架垂直于第一地面架和第四地面架，且第三地面架的两端分别连接第一地面架和第四地面架，所述第二地面架位于第一地面架与第四地面架之间，且第二地面架的一端与第三地面架的中心相连。

优选地，第一地面架、第二地面架、第三地面架、第四地面架的端部底面分别安装地脚安装板。

优选地，推力测试机构包括第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆、第四支撑杆、第五支撑杆、第六支撑杆、第一传感器安装座和第一拉压力传感器；所述第一传感器安装座安装在第二地面架的一端，且第一拉压力传感器安装在第一传感器安装座上；所述第三支撑杆两端安装第一轴承和第二轴承，所述第一轴承安装在第一轴承安装座上，第二轴承安装在第二轴承安装座上，且第一轴承安装座和第二轴承安装座分别安装在第三地面架上，且第三支撑杆位于第三地面架的上方；第一支撑杆和第二支撑杆倾斜安装在第三支撑杆顶面且第一支撑杆、第二支撑杆与第三支撑杆合围成三角形，所述电机安装座安装在第一支撑杆与第二支撑杆的连接端；所述第五支撑杆平行安装在第二地面架的上方，且第五支撑杆的一端与第三支撑杆的中心连接，第五支撑杆的另一端穿过第一传感器安装座；所述第一支撑杆与第二支撑杆之间安装与第三支撑杆平行的第六支撑杆，所述第四支撑杆的一端与第六支撑杆的中心连接，第四支撑杆的另一端与第五支撑杆连接。

优选地，反扭测试机构包括反扭测试杆、第二传感器安装座、第二拉压力传感器，所述第二传感器安装座安装在第三支撑杆的中心，且第二拉压力传感器安装在第二传感器安装座上，所述反扭测试杆的一端与旋转平台连接，反扭测试杆的另一端穿过第二传感器安装座。

本发明为一种螺旋桨动力特性测试装置，能够消除装置初始力矩对测试的干扰，具有对于推力和反扭特性同时进行测试的能力，拉压力传感器输出数据和螺旋桨转速通过无线模块，将数据整体传输到工控机程序中进行处理，直接获得相关测试曲线。该测试装置由于能同时测试螺旋桨的推力和反扭特性，降低了能源耗费，提高了测试效率，并且具有准确性高、一致性好等优点。

附图说明

图1为本发明所述螺旋桨动力特性测试装置的结构示意图；

图2为本发明所述螺旋桨动力特性测试装置的原理图；

图3为实施例中10KW电机和H25K可折叠螺旋桨组成的螺旋桨系统测量结果曲线图。

具体实施方式

如图1所示，一种螺旋桨动力特性测试装置，包括电机螺旋桨系统18、电机安装座20、旋转平台19、地面安装机构、推力测试机构、反扭测试机构、无线模块和工控机30，旋转平台19安装在电机安装座20上，电机螺旋桨系统18安装在旋转平台19上；推力测试机构和反扭测试机构安装在地面安装机构上，无线模块和工控机30，用于传送和接收推力测试机构及反扭测试机构的测试数据。

地面安装机构包括第一地面架2，第二地面架3，第三地面架9和第四地面架25，所述第一地面架2、第二地面架3和第四地面架25水平设置，所述第三地面架9垂直于第一地面架2和第四地面架25，且第三地面架9的两端分别连接第一地面架2和第四地面架25，所述第二地面架3位于第一地面架2与第四地面架25之间，且第二地面架3的一端与第三地面架9的中心相连。第一地面架2与第三地面架9通过第一连接板7固连，第三地面架9与第四地面架25通过第二连接板13固连。

第一地面架2、第二地面架3、第三地面架9、第四地面架25的端部底面分别安装地脚安装板。即第一地面架2一端与第三地面架9连接，第一地面架2的另一端的底面安装第一地脚安装板1，第三地面架9的两端底面分别安装第二地脚安装板5和第三地脚安装板14，第四地面架25的一端与第三地面架9的连接，第四地面架25的另一端底面安装第四地脚安装板26，第二地面架3的一端与第三地面架9连接，第二地面架3的另一端底面安装第五地脚安装板5。

推力测试机构包括第一支撑杆17、第二支撑杆22、第三支撑杆8、第四支撑杆23、第五支撑杆24、第六支撑杆21、第一传感器安装座28和第一拉压力传感器27；所述第一传感器安装座28安装在第二地面架3的一端，且第一拉压力传感器27安装在第一传感器安装座28上；第三支撑杆8两端安装第一轴承4和第二轴承16，第一轴承4安装在第一轴承安装座6上，第二轴承16安装在第二轴承安装座15上，且第一轴承安装座6和第二轴承安装座15分别安装在第三地面架9上，且第三支撑杆8位于第三地面架9的上方；第一支撑杆17和第二支撑杆22倾斜安装在第三支撑杆8顶面且第一支撑杆17、第二支撑杆22与第三支撑杆8合围成三角形，电机安装座20安装在第一支撑杆17与第二支撑杆22的连接端；第五支撑杆24平行安装在第二地面架3的上方，且第五支撑杆24的一端与第三支撑杆8的中心连接，第五支撑杆24的另一端穿过第一传感器安装座28；第一支撑杆17与第二支撑杆22之间安装与第三支撑杆8平行的第六支撑杆21，所述第四支撑杆23的一端与第六支撑杆21的中心连接，第四支撑杆23的另一端与第五支撑杆24连接。

反扭测试机构包括反扭测试杆12、第二传感器安装座10、第二拉压力传感器11，所述第二传感器安装座10安装在第三支撑杆8的中心，且第二拉压力传感器11安装在第二传感器安装座10上，所述反扭测试杆12的一端与旋转平台19连接，反扭测试杆12的另一端穿过第二传感器安装座10。

本发明所述螺旋桨动力特性测试装置的原理如图2所示，根据力矩平衡原理有：F·L₁＝F₁·S，可以得出螺旋桨对应转速下的升力为：

$F=\frac{F_1\·S-M_{01}}{L_1}---\left(I\right)$

式中：

S──第一拉压力传感器27受力点与支点B之间的距离；

F₁──第一拉压力传感器27读数；

L₁──螺旋桨轴心与支点B之间的距离。

M₀₁──推力测试中电机静止情况下重力在测试方向产生的初始力矩。

螺旋桨产生的反扭矩：

M＝F₂×L₂-M₀₂ (Ⅱ)

式中：

F₂──第二拉压力传感器11读数；

L₂──第二拉压力传感器11连接杆长度；

M₀₂──反扭力测试中电机静止情况下重力在测试方向产生的初始力矩。

本发明将螺旋桨系统、地面安装机构、推力测试机构、反扭测试机构、无线模块和工控机、轴承等零部件按照测试原理安装到位，此时分别记录推力测试中电机静止情况下重力在测试方向产生的初始力矩M₀₁和反扭力测试中电机静止情况下重力在测试方向产生的初始力矩M₀₂，启动螺旋桨系统，通过调速装置将螺旋桨分别设定在相应的转速，此时两个拉压力传感器及螺旋桨转速的数据通过无线模块发送到工控机内。

根据测试的力矩数据，利用公式(Ⅰ)、(Ⅱ)分别获得螺旋桨系统的推力数据和反扭数据。重复测试几次，将数据平均后获得最终的实验数据。该装置能够对于推力和反扭特性同时进行测试，获得同一时刻转速下螺旋桨的推力和反扭特性关系，提高了测试的效率、准确性和一致性。

通过调速装置将电机螺旋桨系统18分别设定在相应的转速，此时第一拉压力传感器27和第二拉压力传感器11及螺旋桨转速的数据通过无线模块发送到工控机30内，实现动力特性参数测量。

10KW电机和H25K可折叠螺旋桨组成的螺旋桨系统按照上述实施方案其测量结果曲线如图3所示。

组装好推力测试机构33、地面安装机构31、反扭测试机构32，本发明通过调速装置将螺旋桨分别设定在相应的转速，将拉压力传感器及螺旋桨转速的数据通过无线模块发送到工控机内直接获得相关测试曲线。该装置能够消除初始力矩对测试的干扰，对于推力和反扭特性同时进行测试，获得同一时刻转速下螺旋桨的推力和反扭特性关系，降低了能源耗费，提高了测试效率，并且具有准确性高、一致性好等优点。

本文中所描述的具体实施例，仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例，做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种螺旋桨动力特性测试装置，包括电机螺旋桨系统(18)，其特征是，还包括：

电机安装座(20)；

旋转平台(19)，安装在电机安装座(20)上，用于安装电机螺旋桨系统(18)；

地面安装机构，用于支撑电机安装座(20)；

推力测试机构，用于测试螺旋桨推力；

反扭测试机构，用于测试螺旋桨反扭力；

所述推力测试机构和反扭测试机构安装在地面安装机构上。

2.根据权利要求1所述螺旋桨动力特性测试装置，其特征是，所述测试装置还包括无线模块和工控机(30)，用于传送和接收推力测试机构及反扭测试机构的测试数据。

3.根据权利要求1或2所述螺旋桨动力特性测试装置，其特征是，所述地面安装机构包括第一地面架(2)，第二地面架(3)，第三地面架(9)和第四地面架(25)，所述第一地面架(2)、第二地面架(3)和第四地面架(25)水平设置，所述第三地面架(9)垂直于第一地面架(2)和第四地面架(25)，且第三地面架(9)的两端分别连接第一地面架(2)和第四地面架(25)，所述第二地面架(3)位于第一地面架(2)与第四地面架(25)之间，且第二地面架(3)的一端与第三地面架(9)的中心相连。

4.根据权利要求3所述螺旋桨动力特性测试装置，其特征是，所述第一地面架(2)、第二地面架(3)、第三地面架(9)、第四地面架(25)的端部底面分别安装地脚安装板。

5.根据权利要求3所述螺旋桨动力特性测试装置，其特征是，所述推力测试机构包括第一支撑杆(17)、第二支撑杆(22)、第三支撑杆(8)、第四支撑杆(23)、第五支撑杆(24)、第六支撑杆(21)、第一传感器安装座(28)和第一拉压力传感器(27)；所述第一传感器安装座(28)安装在第二地面架(3)的一端，且第一拉压力传感器(27)安装在第一传感器安装座28上；所述第三支撑杆(8)两端安装第一轴承(4)和第二轴承(16)，所述第一轴承(4)安装在第一轴承安装座(6)上，第二轴承(16)安装在第二轴承安装座(15)上，且第一轴承安装座(6)和第二轴承安装座(15)分别安装在第三地面架(9)上，且第三支撑杆(8)位于第三地面架(9)的上方；第一支撑杆(17)和第二支撑杆(22)倾斜安装在第三支撑杆(8)顶面且第一支撑杆(17)、第二支撑杆(22)与第三支撑杆(8)合围成三角形，所述电机安装座(20)安装在第一支撑杆(17)与第二支撑杆(22)的连接端；所述第五支撑杆(24)平行安装在第二地面架(3)的上方，且第五支撑杆(24)的一端与第三支撑杆(8)的中心连接，第五支撑杆(24)的另一端穿过第一传感器安装座(28)；所述第一支撑杆(17)与第二支撑杆(22)之间安装与第三支撑杆(8)平行的第六支撑杆(21)，所述第四支撑杆(23)的一端与第六支撑杆(21)的中心连接，第四支撑杆(23)的另一端与第五支撑杆(24)连接。

6.根据权利要求5所述螺旋桨动力特性测试装置，其特征是，所述反扭测试机构包括反扭测试杆(12)、第二传感器安装座(10)、第二拉压力传感器(11)，所述第二传感器安装座(10)安装在第三支撑杆(8)的中心，且第二拉压力传感器(11)安装在第二传感器安装座(10)上，所述反扭测试杆(12)的一端与旋转平台(19)连接，反扭测试杆(12)的另一端穿过第二传感器安装座(10)。