CN106595956B - 一种旋翼桨叶转动惯量测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋翼桨叶转动惯量测试方法，属于旋翼测试技术领域。本发明应用于测试桨叶绕旋转中心转动惯量和测试桨叶绕桨叶变距轴线转动惯量，包括以下步骤：步骤一、夹持桨叶根部，使得桨叶绕根部可转动和夹持桨叶两端，使得桨叶绕桨叶变距轴线可转动；步骤二、测量将桨叶水平放置时的静距；步骤三、测量桨叶绕根部自然摆动的摆动周期和测量附加摆的自然摆动的摆动周期；步骤四、计算转动惯量。本发明采用浆叶夹持夹具使浆叶整体摆动测量并采用激光位移传感器测出稳定摆动周期的技术方案，获取浆叶绕旋转中心和绕桨叶变距轴线的转动惯量，无需对桨叶进行分割处理，能够准确测量桨叶转动惯量对桨叶无任何损伤，采用特定夹具实施方便可靠。

Description

一种旋翼桨叶转动惯量测试方法

技术领域

本发明属于旋翼测试技术领域，具体涉及一种旋翼浆叶转动惯量测试方法。

背景技术

桨叶转动惯量是桨叶设计中的重要指标，它对旋翼的振动、载荷以及操纵配平等均产生重要影响，且桨叶的转动惯量还是直升机自转下滑性能的主要影响参数之一。但由于直升机桨叶的外形曲面复杂、内部结构和铺层复杂、尺寸细长等特点，其转动惯量测试存在许多困难。

一方面，目前已知的桨叶转动惯量测试需要将桨叶进行切割，进行分段测试后再求和，这使得该测量为破坏性测量，且切割产生的碎削会大大降低测量精度。

另一方面，目前我国直升机工程设计中还没有关于桨叶的转动惯量测量的方法，桨叶的转动惯量主要依赖于理论计算。在正向设计中缺少转动惯量测试就不得能对设计计算结果进行验证，增加了研制风险；在逆向工程中缺少转动惯量测试则会直接导致工作无法开展。

发明内容

本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提供一种旋翼浆叶转动惯量测试方法，采用浆叶夹持夹具使浆叶整体摆动测量并采用激光位移传感器测出稳定摆动周期的技术方案，获取浆叶绕旋转中心和绕桨叶变距轴线的转动惯量。

本发明的技术方案：一种旋翼浆叶转动惯量测试方法，包括以下步骤：

步骤一、数据准备；

获取桨叶桨叶重量M_blade和桨叶展向重心位置到旋转中心的距离L_cg0；

步骤二、制造试验夹具和附加摆并获取相应的转动惯量；

a)在测试桨叶绕旋转中心的转动惯量试验中，制造夹具并获取夹具绕转动轴的转动惯量I_clip1及桨叶展向重心位置到夹具转轴的距离L_cg1；

所述夹具应满足试验要求，所述夹具可夹持桨叶根部和桨叶尖部，该副夹具在具有桨叶夹持功能的同时，保证夹具转轴可使得桨叶安装后绕桨叶变距轴线转动；

b)在测试桨叶绕桨叶变距轴线转动惯量试验中，制造附加摆并获取附加摆绕转动轴的转动惯量I_add及夹具绕转动轴的转动惯量I_clip2；

所述附加摆应满足试验要求，所述附加摆具有唯一对称面且该对称面垂直于摆动轴；

步骤三、夹装桨叶并获取夹装后的总质量以及测量位置到转轴的距离；

c)在测试桨叶绕旋转中心的转动惯量试验中，桨叶绕转轴转至水平，读取电子称读数M₁以及测量位置到转轴的距离d₁；

d)在测试桨叶绕桨叶变距轴线转动惯量试验中，夹具将桨叶水平架起，使摆动轴与变距轴重合；待桨叶自然平衡后，将附加摆与夹具固联，让附加摆绕转轴转至水平，读取电子称读数M₂以及测量位置到转轴的距离L；

步骤四、测量桨叶绕桨叶变距轴线转动惯量试验中桨叶绕根部自然摆动的摆动周期T₁和测量桨叶绕桨叶变距轴线转动惯量试验中附加摆的自然摆动的摆动周期T₂；

步骤五、计算桨叶转动惯量；

e)桨叶绕摆动轴的转动惯量为：

其中，g为当地重力加速度；

f)桨叶绕旋转中心的转动惯量I_r-center为：

I_r-center＝I₁+M_blade(L_cg1-L_cg0)(L_cg1+L_cg0)

h)桨叶绕变距轴的转动惯量为：

优选地，所述步骤二中附加摆满足以下条件：

M_附加摆L_{附加摆重心至转轴} ²＝0.05M_bladeL_桨叶弦长 ²

优选地，所述步骤四中，摆动的初始摆角范围为8°±1°。

优选地，所述步骤四中，利用激光位移传感器测出浆叶摆动时间—位移幅值关系并在桨叶稳定衰减摆动周期计算摆动周期T₁及T₂。

优选地，所述摆动周期T₁及T₂要求为0.01s。

本发明的技术效果：本发明测试旋翼转动惯量无需对桨叶进行分割处理，对桨叶无任何损伤，采用特定夹具实施方便可靠，能够准确测量桨叶转动惯量并可根据本方法搭建标准化桨叶转动惯量测试平台。

附图说明

图1是本发明水平读取桨叶表重数据和测量位置的原理示意图；

图2是本发明吊起桨叶后的测试原理示意图；

图3是本发明摆动周期识别所需的桨叶摆动时间-位移原理示意图；

图4是本发明将桨叶水平架起原理示意图；

图5是本发明水平读取附加摆表重数据和测量位置的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

一种旋翼桨叶转动惯量测试方法，应用于测试桨叶绕旋转中心转动惯量和测试桨叶绕桨叶变距轴线转动惯量。

一、桨叶绕旋转中心转动惯量测试方法

步骤一、数据准备：获取桨叶重量M_blade和桨叶展向重心位置是桨叶的基本参数，浆叶展向重心位置在出厂时是已知的，故桨叶展向重心位置到旋转中心的距离L_cg0已知。

步骤二、制造一个夹持桨叶根部的特定夹具，该夹具可提供桨叶根部夹持功能的同时，保证夹具转轴可使得桨叶安装后绕其作摆振运动；夹具绕转动轴的转动惯量I_clip1是已知的；同时由步骤一可知，桨叶展向重心位置到夹具转轴的距离L_cg1也是已知的。

步骤三、如图1所示，用夹具装夹桨叶，让桨叶绕转轴转至水平，读取电子称读数M₁以及测量位置到转轴的距离d₁；

步骤四、如图2所示，将夹具连同桨叶吊起，让桨叶自然下垂至平衡位置，之后轻推桨叶使其开始做绕转轴的自由微幅摆动。经多次试验总结：该摆动的初始摆角为8°±1°时，能同时保证测试的稳定性和精度，且精度可提高5％，故此步骤须严格要求初始摆角。

步骤五、如图3所示，在桨叶尖部设置1反光板，使用激光位移传感器测出桨叶摆动时间-位移幅值关系，此时桨叶运动应为稳定衰减摆动。选取若干稳定衰减摆动周期，总时间为t，摆动周期数为n，从而可测出摆动周期T₁＝t/n,且摆动周期精度要求为0.01s。

步骤六、测出桨叶绕摆动轴的转动惯量为：

其中：g为当地重力加速度；

求解桨叶绕旋转中心的转动惯量I_r-center为：

I_r-center＝I₁+M_blade(L_cg1-L_cg0)(L_cg1+L_cg0)

二、桨叶绕桨叶变距轴线转动惯量测试方法

步骤一、制造一副夹具和一个附加摆。夹具可夹持桨叶根部和桨叶尖部，该副夹具在具有桨叶夹持功能的同时，保证夹具转轴可使得桨叶安装后绕桨叶变距轴线转动，夹具绕转动轴的转动惯量I_clip2是已知的。

步骤二、制造一个附加摆。要求附加摆形状简单规则，具有一个对称面，且该对称面垂直与摆动轴，如此可保证附加摆在对称面内自由摆动时对转轴没有附加力矩。此外，经多次试验总结，附加摆的其它参数满足M_附加摆L_{附加摆重心质转轴} ²＝0.05M_bladeL_桨叶弦长 ²时，测试效果较好，故制作附加摆时须注意该条件。附加摆绕转动轴的转动惯量I_add是已知的。其中，M_附加摆为所述附加摆的重量，L_{附加摆中心至转轴}为所述附加摆的重心到所述转轴的距离，0.05是一个系数，M_blade为桨叶的重量，L_桨叶弦长为桨叶的弦长。

步骤三、如图4所示：使用夹具将桨叶水平架起，使摆动轴与变距轴重合；待桨叶自然平衡后，将附加摆与夹具固联。

步骤四、如图5所示：将附加摆绕转轴转至水平，读取电子称读数M₂以及测量位置到转轴的距离L；

步骤五、让桨叶、夹具、附加摆一同绕变距轴做自由微幅摆动,经多次试验总结：该摆动的初始摆角为8°±1°时，能同时保证测试的稳定性和精度，且精度可提高5％,故此步骤须严格要求初始摆角。

步骤六、利用和桨叶绕旋转中心转动惯量测试中的步骤五同样的方法去测量附加摆的摆动周期，用激光位移传感器测出摆动周期T₂，精度要求0.01s；

步骤七、可测出桨叶绕桨叶变距轴线的转动惯量为：

本发明提供一种旋翼桨叶转动惯量测试方法，采用浆叶夹持夹具使浆叶整体摆动测量并采用激光位移传感器测出稳定摆动周期的技术方案，获取浆叶绕旋转中心和绕桨叶变距轴线的转动惯量，无需对桨叶进行分割处理，对桨叶无任何损伤，采用特定夹具实施方便可靠，能够准确测量桨叶转动惯量并可根据本方法搭建标准化桨叶转动惯量测试平台。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种旋翼浆叶转动惯量测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、数据准备；

获取桨叶重量M_blade和桨叶展向重心位置到旋转中心的距离L_cg0；

步骤二、制造试验夹具和附加摆并获取相应的转动惯量；

a)在测试桨叶绕旋转中心的转动惯量试验中，制造夹具并获取夹具绕转动轴的转动惯量I_clip1及桨叶展向重心位置到夹具转轴的距离L_cg1；

所述夹具应满足试验要求，所述夹具可夹持桨叶根部和桨叶尖部，该副夹具在具有桨叶夹持功能的同时，保证夹具转轴可使得桨叶安装后绕桨叶变距轴线转动；

b)在测试桨叶绕桨叶变距轴线转动惯量试验中，制造附加摆并获取附加摆绕转动轴的转动惯量I_add及夹具绕转动轴的转动惯量I_clip2；

所述附加摆应满足试验要求，所述附加摆具有唯一对称面且该对称面垂直于摆动轴；

步骤三、夹装桨叶并获取夹装后的总质量以及测量位置到转轴的距离；

c)在测试桨叶绕旋转中心的转动惯量试验中，桨叶绕转轴转至水平，读取电子称读数M₁以及测量位置到转轴的距离d₁；

d)在测试桨叶绕桨叶变距轴线转动惯量试验中，夹具将桨叶水平架起，使摆动轴与变距轴重合；待桨叶自然平衡后，将附加摆与夹具固联，让附加摆绕转轴转至水平，读取电子称读数M₂以及测量位置到转轴的距离L；

步骤四、测量桨叶绕桨叶变距轴线转动惯量试验中桨叶绕根部自然摆动的摆动周期T₁和测量桨叶绕桨叶变距轴线转动惯量试验中附加摆的自然摆动的摆动周期T₂；

步骤五、计算桨叶转动惯量；

e)桨叶绕摆动轴的转动惯量为：

其中，g为当地重力加速度；

f)桨叶绕旋转中心的转动惯量I_r-center为：

I_r-center＝I₁＋M_blade(L_cg1-L_cg0)(L_cg1＋L_cg0)

h)桨叶绕桨叶变距轴线的转动惯量为：

2.根据权利要求1所述的一种旋翼桨叶转动惯量测试方法，其特征在于：所述步骤二中附加摆满足以下条件：

M_附加摆L_{附加摆重心至转轴} ²＝0.05M_bladeL_桨叶弦长 ²

其中，M_附加摆为所述附加摆的重量，L_{附加摆中心至转轴}为所述附加摆的重心到所述转轴的距离，0.05是一个系数，M_blade为桨叶的重量，L_桨叶弦长为桨叶的弦长。

3.根据权利要求1所述的一种旋翼桨叶转动惯量测试方法，其特征在于：所述步骤四中，摆动的初始摆角范围为8°±1°。

4.根据权利要求1所述的一种旋翼桨叶转动惯量测试方法，其特征在于：所述步骤四中，利用激光位移传感器测出浆叶摆动时间-位移幅值关系并在桨叶稳定衰减摆动周期计算摆动周期T₁及T₂。

5.根据权利要求1所述的一种旋翼桨叶转动惯量测试方法，其特征在于：所述摆动周期T₁及T₂精度要求为0.01s。