CN107472519B - 一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置 - Google Patents

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张英杰
韩东
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Abstract

本发明公开了一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，涉及航空器试验装置领域，本发明包括：上旋翼桨叶(1)、上旋翼桨毂（2）、上旋翼毂轴（3）、上旋翼驱动齿轮（4）、电动机（5）、箱体（6）、弹簧（7）、阻尼器（8）、支撑板（9）、万向节（10）、底盘（11）、支架（12）、轴承（15）、销（16）、配重（17）、下旋翼毂轴（18）、下旋翼驱动齿轮（19）、电动机锥齿轮（20）、下旋翼桨毂（22）、下旋翼桨叶（23），本发明能够模拟共轴双旋翼直升机的共振效果，提供研究共轴双旋翼直升机共振的试验装置。

Description

一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置
技术领域
本发明涉及航空器试验装置领域，尤其涉及一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置。
背景技术
相对于单旋翼带尾桨直升机，共轴双旋翼直升机具有诸多优点：（1）结构紧凑，外形尺寸小，因为双旋翼直升机无尾桨，无需安装长长的尾梁，机身长度也可以大大缩短；（2）升力强，双旋翼直升机有两副旋翼产生升力，每副旋翼的直径也可以缩短；（3）飞行稳定性好，机体部件紧凑地安排在直升机重心处；（4）操纵效率、悬停效率高，共轴式直升机气动力对称。双旋翼直升机因为其优越的性能得到了更广泛的应用，针对双旋翼直升机的试验需求也随之增长。然而，目前国内对单旋翼带尾桨的直升机地面共振问题研究较多，针对双旋翼直升机共振的试验研究极为稀少，缺乏针对双旋翼直升机共振的试验装置。
发明内容
本发明的提供一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，能够模拟共轴双旋翼直升机的共振效果，提供研究共轴双旋翼直升机共振的试验装置。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，包括：上旋翼桨叶(1)、上旋翼桨毂（2）、上旋翼毂轴（3）、上旋翼驱动齿轮（4）、电动机（5）、箱体（6）、弹簧（7）、阻尼器（8）、支撑板（9）、万向节（10）、底盘（11）、支架（12）、轴承（15）、销（16）、配重（17）、下旋翼毂轴（18）、下旋翼驱动齿轮（19）、电动机锥齿轮（20）、下旋翼桨毂（22）、下旋翼桨叶（23）；
底板（11）由四个支架（12）支撑，底板（11）和支撑板（9）通过万向节（10）连接，底板（11）和支撑板（9）之间还安装了弹簧（7）和阻尼器（8），阻尼器（8）用于测量不同旋翼转速时整个实验装置的阻尼，支撑板（9）上固定箱体（6）；
箱体（6）内装有配重(17)和电动机(5),配重（17）用于平衡电动机（5）的质量，上旋翼毂轴(3)穿过轴承(15)和上旋翼驱动齿轮(4)与箱体(6)底面中心位置连接,上旋翼毂轴(3)另一端延伸出箱体(6),通过上旋翼桨毂(2)连接上旋翼桨叶(1)；
上旋翼毂轴(3)部分外围套有下旋翼毂轴(18),下旋翼毂轴(18)的一端通过下旋翼驱动齿轮(19)和轴承(15)与箱体(6)的下底面连接,另一端通过下旋翼桨毂(22)连接下旋翼桨叶(23)；
电动机(5)通过电动机锥齿轮(20)驱动上旋翼驱动齿轮(4)和下旋翼驱动齿轮(19)转动,且上旋翼毂轴(3)和下旋翼毂轴(18)转动方向相反。
进一步的，上旋翼驱动齿轮（4）、下旋翼驱动齿轮（19）和电动机锥齿轮（20）是锥齿轮，上旋翼驱动齿轮（4）和下旋翼驱动齿轮（19）分别和电动机锥齿轮（20）啮合，且转动方向相反。
进一步的，电动机（5）的底部和侧面通过电机固定挡板（21）和箱体（6）连接，电机固定挡板（21）用于保护电动机（5），缓冲电动机（5）和箱体（6）之间的振动。
进一步的，配重（17）是实心的，通过螺母（13）和螺栓（14）固定在箱体（6）中。
进一步的，配重（17）包括外壳（25）和内核（24），内核位于配重（17）的中心位置。
进一步的，配重（17）包括外壳（25）和内核（24），所述内核（24）通过弹簧（27）安装在所述外壳（25）内侧，弹簧（27）用于缓冲内核（24）在振动状态下的位移。
进一步的，若所述内核（24）为球形，所述弹簧（27）至少有4条；若所述内核（24）为多面体，所述弹簧（27）数量和所述内核（24）的面数相同。
进一步的，配重（17）包括外壳和内核，所述内核通过弹簧安装在所述外壳内侧，弹簧用于缓冲内核在振动状态下的位移。
进一步的，上旋翼驱动齿轮（4）与轴承（15）之间通过销（16）连接，起到紧固连接的作用。
进一步的，箱体（6）和支撑板（9）通过螺母（13）和螺栓（14）连接；万向节（10）和支撑板（9）、底板（11），通过螺母（13）和螺栓（14）连接。
利用本发明所述用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置实施的试验包括：
1.通过传感器反馈旋翼转速，并采用PID控制来控制电动机(5)的转速，观测系统发生地面共振时的旋翼不稳定转速区间。其中采用PID控制时确定P、I、D的数值分别为8、4.2、0.4。
2.通过阻尼器（8）测量不同旋翼转速时整个装置的阻尼。
3.通过改变摆振刚度、摆振阻尼比以及摆振频率等参数，研究这些参数对共轴双旋翼直升机地面共振稳定性的影响。
本发明的有益效果是：通过安装共轴双旋翼直升机的旋翼机构，模拟共轴双旋翼直升机地面共振，测量共轴双旋翼直升机发生地面共振时不稳定转速区间，以及系统各模态阻尼，并对影响共轴双旋翼直升机地面共振稳定性关键参数进行研究。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例二的结构示意图;
图3为本发明实施例三的结构示意图;
图4是本发明实施例二中内核和弹簧连接的示意图。
其中，1-上旋翼桨叶，2-上旋翼桨毂，3-上旋翼毂轴，4-上旋翼驱动齿轮，5-电动机，6-箱体，7-弹簧，8-阻尼器，9-支撑板，10-万向节，11-底盘，12-支架，13-螺母，14-螺栓，15-轴承，16-销，17-配重，18-下旋翼毂轴，19-下旋翼驱动齿轮，20-电动机锥齿轮，21-电机固定挡板，22-下旋翼桨毂，23-下旋翼桨叶，24-内核，25-外壳，26-填充材料，27-弹簧,28-连接点。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例一
本发明提供一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，如图1所示，包括：上旋翼桨叶1、上旋翼桨毂2、上旋翼毂轴3、上旋翼驱动齿轮4、电动机5、箱体6、弹簧7、阻尼器8、支撑板9、万向节10、底盘11、支架12、螺母13、螺栓14、轴承15、销16、配重17、下旋翼毂轴18、下旋翼驱动齿轮19、电动机锥齿轮20、电机固定挡板21、下旋翼桨毂22、下旋翼桨叶23。
底板11通过螺母13和螺栓14与四个支架12紧固连接，支架12支撑底板11,底板11和支撑板9之间安装弹簧7、阻尼器8和万向节10。其中，阻尼器用于测量不同旋翼转速下，整个实验装置的阻尼。
支撑板9通过螺母13和螺栓14和箱体6连接，箱体6右侧设置电动机5，电动机5和箱体6间放置电机固定挡板21，用于固定和隔震。为了保持箱体6水平方向平衡，箱体6左侧设置配重17，配重17是实心的，通过螺母13和螺栓14紧固在箱体6上。
上旋翼毂轴3穿过轴承15和上旋翼驱动齿轮4，与箱体6底面中心位置连接,上旋翼毂轴3另一端延伸出箱体6,通过上旋翼桨毂2连接上旋翼桨叶1。
上旋翼毂轴3部分外围套有下旋翼毂轴18,下旋翼毂轴18的一端通过下旋翼驱动齿轮19和轴承15，与箱体6的下底面连接,另一端通过下旋翼桨毂22连接下旋翼桨叶23，其中，轴承15和下旋翼驱动齿轮19通过销16紧固连接。
上旋翼驱动齿轮4、下旋翼驱动齿轮19和电动机锥齿轮20均是锥齿轮。上旋翼驱动齿轮4和下旋翼驱动齿轮19分别和电动机锥齿轮20啮合，电动机5通过电动机锥齿轮20驱动上旋翼驱动齿轮4和下旋翼驱动齿轮19，且转动方向相反。
电动机5通过电动机锥齿轮20驱动上旋翼驱动齿轮4和下旋翼驱动齿轮19转动,且上旋翼毂轴3和下旋翼毂轴18转动方向相反。
实施例二
本发明提供一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，如图2所示，包括：上旋翼桨叶1、上旋翼桨毂2、上旋翼毂轴3、上旋翼驱动齿轮4、电动机5、箱体6、弹簧7、阻尼器8、支撑板9、万向节10、底盘11、支架12、螺母13、螺栓14、轴承15、销16、配重17、下旋翼毂轴18、下旋翼驱动齿轮19、电动机锥齿轮20、电机固定挡板21、下旋翼桨毂22、下旋翼桨叶23、内核24，外壳25，弹簧27，连接点28。
底板11通过螺母13和螺栓14与四个支架12紧固连接，支架12支撑底板11,底板11和支撑板9之间安装弹簧7、阻尼器8和万向节10。其中，阻尼器用于测量不同旋翼转速下，整个实验装置的阻尼。
支撑板9通过螺母13和螺栓14和箱体6连接，箱体6右侧设置电动机5，电动机5和箱体6间放置电机固定挡板21，用于固定和隔震。为了保持箱体6水平方向平衡，箱体6左侧设置配重17，配重17的内核24还可以设计成球形的，和外壳25通过四条弹簧27在连接点28处连接，如图4所示，能够在振动时缓冲内核24的位移。
上旋翼毂轴3穿过轴承15和上旋翼驱动齿轮4，与箱体6底面中心位置连接,上旋翼毂轴3另一端延伸出箱体6,通过上旋翼桨毂2连接上旋翼桨叶1。
上旋翼毂轴3部分外围套有下旋翼毂轴18,下旋翼毂轴18的一端通过下旋翼驱动齿轮19和轴承15，与箱体6的下底面连接,另一端通过下旋翼桨毂22连接下旋翼桨叶23，其中，轴承15和下旋翼驱动齿轮19通过销16紧固连接。
上旋翼驱动齿轮4、下旋翼驱动齿轮19和电动机锥齿轮20均是锥齿轮。上旋翼驱动齿轮4和下旋翼驱动齿轮19分别和电动机锥齿轮20啮合，电动机5通过电动机锥齿轮20驱动上旋翼驱动齿轮4和下旋翼驱动齿轮19，且转动方向相反。
电动机5通过电动机锥齿轮20驱动上旋翼驱动齿轮4和下旋翼驱动齿轮19转动,且上旋翼毂轴3和下旋翼毂轴18转动方向相反。
实施例三
本发明提供一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，如图3所示，包括：上旋翼桨叶1、上旋翼桨毂2、上旋翼毂轴3、上旋翼驱动齿轮4、电动机5、箱体6、弹簧7、阻尼器8、支撑板9、万向节10、底盘11、支架12、螺母13、螺栓14、轴承15、销16、配重17、下旋翼毂轴18、下旋翼驱动齿轮19、电动机锥齿轮20、电机固定挡板21、下旋翼桨毂22、下旋翼桨叶23、内核24，外壳25，填充材料26。
底板11通过螺母13和螺栓14与四个支架12紧固连接，支架12支撑底板11,底板11和支撑板9之间安装弹簧7、阻尼器8和万向节10。其中，阻尼器用于测量不同旋翼转速下，整个实验装置的阻尼。
支撑板9通过螺母13和螺栓14和箱体6连接，箱体6右侧设置电动机5，电动机5和箱体6间放置电机固定挡板21，用于固定和隔震。为了保持箱体6水平方向平衡，箱体6左侧设置配重17，配重17的内核24和外壳25之间的空腔由填充材料26填满，能够在振动时缓冲内核24的位移。
上旋翼毂轴3穿过轴承15和上旋翼驱动齿轮4，与箱体6底面中心位置连接,上旋翼毂轴3另一端延伸出箱体6,通过上旋翼桨毂2连接上旋翼桨叶1。
上旋翼毂轴3部分外围套有下旋翼毂轴18,下旋翼毂轴18的一端通过下旋翼驱动齿轮19和轴承15，与箱体6的下底面连接,另一端通过下旋翼桨毂22连接下旋翼桨叶23，其中，轴承15和下旋翼驱动齿轮19通过销16紧固连接。
上旋翼驱动齿轮4、下旋翼驱动齿轮19和电动机锥齿轮20均是锥齿轮。上旋翼驱动齿轮4和下旋翼驱动齿轮19分别和电动机锥齿轮20啮合，电动机5通过电动机锥齿轮20驱动上旋翼驱动齿轮4和下旋翼驱动齿轮19，且转动方向相反。
电动机5通过电动机锥齿轮20驱动上旋翼驱动齿轮4和下旋翼驱动齿轮19转动,且上旋翼毂轴3和下旋翼毂轴18转动方向相反。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，其特征在于，包括：上旋翼桨叶(1)、上旋翼桨毂（2）、上旋翼毂轴（3）、上旋翼驱动齿轮（4）、电动机（5）、箱体（6）、弹簧（7）、阻尼器（8）、支撑板（9）、万向节（10）、底板（11）、支架（12）、轴承（15）、销（16）、配重（17）、下旋翼毂轴（18）、下旋翼驱动齿轮（19）、电动机锥齿轮（20）、下旋翼桨毂（22）、下旋翼桨叶（23）；
底板（11）由四个支架（12）支撑，底板（11）和支撑板（9）通过万向节（10）连接，底板（11）和支撑板（9）之间还安装了弹簧（7）和阻尼器（8），支撑板（9）上固定箱体（6）；
箱体（6）内装有配重(17)和电动机(5),上旋翼毂轴(3)穿过轴承(15)和上旋翼驱动齿轮(4)与箱体(6)底面中心位置连接,上旋翼毂轴(3)另一端延伸出箱体(6),通过上旋翼桨毂(2)连接上旋翼桨叶(1)；
上旋翼毂轴(3)部分外围套有下旋翼毂轴(18),下旋翼毂轴(18)的一端通过下旋翼驱动齿轮(19)和轴承(15)与箱体(6)的下底面连接,另一端通过下旋翼桨毂(22)连接下旋翼桨叶(23)；
电动机(5)通过电动机锥齿轮(20)驱动上旋翼驱动齿轮(4)和下旋翼驱动齿轮(19)转动,且上旋翼毂轴(3)和下旋翼毂轴(18)转动方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，其特征在于，上旋翼驱动齿轮（4）、下旋翼驱动齿轮（19）和电动机锥齿轮（20）是锥齿轮，上旋翼驱动齿轮（4）和下旋翼驱动齿轮（19）分别和电动机锥齿轮（20）啮合。
3.根据权利要求1所述的一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，其特征在于，电动机（5）的底部和侧面通过电机固定挡板（21）和箱体（6）连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，其特征在于，配重（17）是实心的，通过螺母（13）和螺栓（14）固定在箱体（6）中。
5.根据权利要求1所述的一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，其特征在于，配重（17）包括外壳（25）和内核（24），内核位于配重（17）的中心位置。
6.根据权利要求5所述的一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，其特征在于，（25）外壳和内核（24）之间的空腔中填充缓冲材料（26）。
7.根据权利要求5所述的一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，其特征在于，配重（17）包括外壳（25）和内核（24），所述内核（24）通过弹簧（27）安装在所述外壳（25）内侧。
8.根据权利要求7所述的一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，其特征在于，若所述内核（24）为球形，所述弹簧（27）至少有4条；若所述内核（24）为多面体，所述弹簧（27）数量和所述内核（24）的面数相同。
9.根据权利要求1所述的一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，其特征在于，上旋翼驱动齿轮（4）与轴承（15）之间通过销（16）连接。
10.根据权利要求1所述的一种用于共轴双旋翼直升机地面共振试验的装置，其特征在于，箱体（6）和支撑板（9）通过螺母（13）和螺栓（14）连接；万向节（10）和支撑板（9）、底板（11），通过螺母（13）和螺栓（14）连接。
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