CN108254118A - 船用测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船用电力直驱螺旋桨技术领域，具体地说是一种船用测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置和方法，其特征在于该装置由上刚性梁、下刚性梁和连接上刚性梁和下刚性梁的测力单元组件组成，所述的上刚性梁两侧的下方设有竖直朝下的竖连板，竖连板上设有连接螺孔，所述的下刚性梁的两侧设有水平方向的横连板，横连板上设有连接螺孔，所述的测力单元组件由两个测力竖梁、两个测力横梁和八个应变片组成，具有结构简单、方便操作、测量精确、方便更换等优点。

Description

船用测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置和方法

技术领域

本发明涉及船用电力直驱螺旋桨技术领域，具体地说是一种结构简单、方便操作、测量精确、方便更换的船用测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置和方法。

背景技术

众所周知，现有的船用电力直驱桨分为两种：一种是吊舱式电力推进器，其特点是将电机安装在轮毂内，通过支撑结构安装在船体上；另一种是叶环式的电驱桨，将螺旋桨与环状的电机转子做成一体，将电机定子集成在管状的支撑结构内，通过安装在支撑结构上的支架来固定在船体上，二者共同的特点是轴短小或采用无轴结构，且螺旋桨和动力部件设计为一体，难以用常规的敞水动力仪来测量推力和扭矩。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、方便操作、测量精确、方便更换的船用测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置和方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置，其特征在于该装置由上刚性梁、下刚性梁和连接上刚性梁和下刚性梁的测力单元组件组成，所述的上刚性梁两侧的下方设有竖直朝下的竖连板，竖连板上设有连接螺孔，所述的下刚性梁的两侧设有水平方向的横连板，横连板上设有连接螺孔，所述的测力单元组件由两个测力竖梁、两个测力横梁和八个应变片组成，所述的测力横梁的两端向下并向内侧弯曲呈口字型横梁，测力横梁两端向内侧弯曲的部分设有连接螺孔，测力横梁的连接螺孔内设有连接螺栓，连接螺栓的一端穿过连接螺孔，另一端穿过下刚性梁两侧的横连板与下刚性梁相连接，所述的测力竖梁的上端设有连接孔，连接孔内设有连接螺栓，连接螺栓的一端穿过连接孔，另一端穿过上刚性梁的竖连板与上刚性梁相连接，所述的测力竖梁的下端与测力横梁的上端中部相连接，所述的下刚性梁的中部下方设有与待测螺旋桨支架上的法兰盘相配合的连接法兰，通过法兰盘与连接法兰相配合连接实现待测螺旋桨与下刚性梁配合连接，所述的两个测力竖梁的外侧对应设有两个应变片，两个测力横梁的上侧两端对应设有两个应变片，通过应变片的感应测出应变值进而测出推力和扭矩。

本发明所述的上刚性梁和下刚性梁设为刚性板，不会因为扭力或者推力过大导致变形。

本发明所述的测力横梁和测力竖梁设为不锈钢板，保证了测量结果的准确性。

本发明所述的下刚性梁与测力横梁连接处的测力横梁外侧设有倒圆面，避免应力集中，也减少水中附体的阻力，影响测量效果。

一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的方法，其特征在于测量方法步骤如下：

(1).预估推力和扭矩，确定测力计的量程：首先根据螺旋桨推力计算公式T＝K_Tρn²D⁴和扭 矩的计算公式Q＝K_Qρn²D⁵，式中：T为推力，单位N；Q为转矩，单位N.m；ρ为水的密 度，单位kg/m³；n为螺旋桨转速，单位rev/s；D为螺旋桨直径，单位m；K_T、K_Q分别为推力 系数和扭矩系数，为无量纲量，结合螺旋桨厂家给定的螺旋桨敞水性能曲线，预估系泊工况 下，即进速为0时螺旋桨的推力和扭矩，系泊工况下螺旋桨的推力系数K_T与扭矩系数K_Q均 为最大值，因此对应的推力和扭矩也最大，可作为测力计的最大量程设计参考值；

(2).测力单元组件、上刚性梁和下刚性梁的尺寸确定：首先确定测力竖梁的尺寸参数，定义测力竖梁弹性钢片的宽度为b，厚度为t，两个应变片间距为h，对于相关参数的确定主要分两步，第一步是根据公式2Eεbt²＝3Th初步的估算相应的尺寸：首先，选取应变ε的目标值，通常设定范围在50×10^-6～200×10^-6之间；查找材料性能参数，获得弹性钢片的弹性模量 E；然后根据推力T、应变ε和弹性模量E，由公式2Eεbt²＝3Th求得bt²/h的值，式中：E为材料的杨氏模量，单位Pa，可通过查找相应材料的性能参数表获得；ε为应变，为无量纲量； b为竖梁的宽度，单位m；t为竖梁厚度，单位m；T为螺旋桨转矩，单位为N.m；h为竖梁 两应变片之间的距离，单位m，调整各个参数，根据实际情况选取一个合适的t值，取t≥ 0.005m，调整b，保证b是t的2～4倍；最后根据b和t的数值来确定h，保证h＝ (10～15)*t，第二步是进行参数的校验：将得到的b、t、h带回公式2Eεbt²＝3Th中去进行验 证，其应变值若在范围内，则结果合理，否则重新进行尺寸的调整；

然后进行测力横梁尺寸的确定，定义横梁长度为L，取L＝(0.8～1.2)*h，测力横梁截面为 矩形截面，矩形截面的一边长度与竖梁的厚度一致，即t，定义另一边长度为a，其尺寸的确定可以通过公式W＝t*a*a/6和公式来确定，式中：f为安全系数；σ_max为最大弯曲应力，单位Pa；[σ]为许用应力，单位Pa；Q为最大扭矩值，单位N.m；W为抗弯截面 系数，单位m³；t、a分别为矩形截面横梁的边长，单位m，参数确定过程如下：首先，查找 横梁材料的许用应力值，取安全系数为f，由公式W＝t*a*a/6计算出矩形截面的抗弯截面系 数W，然后代入公式调整a的大小，保证a≤t使公式满足即可；

再进行上刚性梁、下刚性梁形状尺寸的确定，上刚性梁和下刚性梁的形状尺寸相同，轴向长 度为2h，矩形截面长为0.5L，宽为3a；

最后根据上述确定的各个尺寸参数后加工制作出测力装置，粘贴应变片，连接电路至应变 仪，组成完整的测力系统，梁在扭矩和推力作用下产生微变形，使粘贴在轴上的电阻应变片 也产生变形，变形使应变片的电阻值产生变化，这种变化与变形成正比关系，因此，测量应 变片的电阻可以获得微应变值，从而换算出推力与扭矩的数值；

(3).测力装置的标定：即确定测力装置的测量方法。该过程在干的环境中完成，首先将上刚性梁固定在试验台架上，先通过实验台架向下刚性梁施加由小到大的推力载荷Tx，施加不同的推力载荷时，应变片R1、R2、R3、R4电阻值变化，应变仪输出不同的应变值 εx，绘制出不同的应变值对应的推力载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律，如果不满 足，则应重新检验相关的参数与应变片的粘贴等是否正确，通过拟合得到的推力载荷与应变 值应满足关系式Tx＝k1*εx，求出标定参数k1即完成测力竖梁的校验，同样的道理，通过试 验台架向横梁施加由小到大的扭矩载荷Qz，应变片R5、R6、R7、R8阻值变化使得应变仪 输出不同的应变值εz，绘制出不同的应变值对应的扭矩载荷规律曲线理论上应满足线性变化 的规律，通过拟合得到的扭矩载荷与应变值应满足关系式Qz＝k2*εz，求出标定参数k2即完成测力横梁的校验，完成整个标定工作，进而进行实际测量；

(4).实际测量：待测量的螺旋桨与标定好的实验装置连接，整体至于实验水槽中，使推进器本身与部分下刚性梁没于水中，然后对应变仪进行调零，接下来启动螺旋桨，分别测量由小到大不同转速下的通过应变片R1、R2、R3、R4输出的应变值εx，再乘以前边标定系 数k1即可得到对应的推力，不同转速下应变片R5、R6、R7、R8输出的应变值εz，再乘以 前边标定系数k2即可得到对应的扭矩。

本发明由于采用上述结构和测量方法，具有结构简单、方便操作、测量精确、方便更换等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明另一个方向的结构示意图。

图3是本发明结构示意图，其中3-1是主视图，3-2是左视图。

图4是带有吊舱推进器的结构示意图。

图5是应变值对应的推力载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律示意图。

图6是应变值对应的扭矩载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图所示，一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置，其特征在于该装置由上刚性梁1、下刚性梁2和连接上刚性梁1和下刚性梁2的测力单元组件组成，所述的上刚性梁1两侧的下方设有竖直朝下的竖连板3，竖连板3上设有连接螺孔，所述的下刚性梁2的两侧设有水平方向的横连板4，横连板4上设有连接螺孔，所述的测力单元组件由两个测力竖梁 5、两个测力横梁6和八个应变片7组成，所述的测力横梁6的两端向下并向内侧弯曲呈口 字型横梁，测力横梁6两端向内侧弯曲的部分设有连接螺孔，测力横梁6的连接螺孔内设有 连接螺栓，连接螺栓的一端穿过连接螺孔，另一端穿过下刚性梁2两侧的横连板4与下刚性 梁2相连接，所述的测力竖梁5的上端设有连接孔，连接孔内设有连接螺栓，连接螺栓的一 端穿过连接孔，另一端穿过上刚性梁1的竖连板3与上刚性梁1相连接，所述的测力竖梁5 的下端与测力横梁6的上端中部相连接，所述的下刚性梁2的中部下方设有与待测螺旋桨支 架上的法兰盘相配合的连接法兰8，通过法兰盘与连接法兰8相配合连接实现待测螺旋桨与 下刚性梁2配合连接，所述的两个测力竖梁5的外侧对应设有两个应变片7，两个测力横梁 6的上侧两端对应设有两个应变片7，通过应变片7的感应测出应变值进而测出推力和扭 矩，所述的上刚性梁1和下刚性梁2设为刚性板，不会因为扭力或者推力过大导致变形，所 述的测力横梁6和测力竖梁5设为不锈钢板，保证了测量结果的准确性，所述的下刚性梁2 与测力横梁6连接处的测力横梁6外侧设有倒圆面9，避免应力集中，也减少水中附体的阻 力，影响测量效果，测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的方法，其特征在于测量方法步骤如 下：(1).预估推力和扭矩，确定测力计的量程：首先根据螺旋桨推力计算公式T＝K_Tρn²D⁴和扭矩的计算公式Q＝K_Qρn²D⁵，式中：T为推力，单位N；Q为转矩，单位N.m；ρ为水的 密度，单位kg/m³；n为螺旋桨转速，单位rev/s；D为螺旋桨直径，单位m；K_T、K_Q分别为推 力系数和扭矩系数，为无量纲量，结合螺旋桨厂家给定的螺旋桨敞水性能曲线，预估系泊工 况下，即进速为0时螺旋桨的推力和扭矩，系泊工况下螺旋桨的推力系数K_T与扭矩系数K_Q均为最大值，因此对应的推力和扭矩也最大，可作为测力计的最大量程设计参考值；(2). 测力单元组件、上刚性梁1和下刚性梁2的尺寸确定：首先确定测力竖梁5的尺寸参数，定 义测力竖梁5弹性钢片的宽度为b，厚度为t，两个应变片间距为h，对于相关参数的确定主 要分两步，第一步是根据公式2Eεbt²＝3Th初步的估算相应的尺寸：首先，选取应变ε的目标 值，通常设定范围在50×10^-6～200×10^-6之间；查找材料性能参数，获得弹性钢片的弹性模量 E；然后根据推力T、应变ε和弹性模量E，由公式2Eεbt²＝3Th求得bt²/h的值，式中：E为材 料的杨氏模量，单位Pa，可通过查找相应材料的性能参数表获得；ε为应变，为无量纲量； b为竖梁的宽度，单位m；t为竖梁厚度，单位m；T为螺旋桨转矩，单位为N.m；h为竖梁 两应变片之间的距离，单位m，调整各个参数，根据实际情况选取一个合适的t值，取t≥0.005m，调整b，保证b是t的2～4倍；最后根据b和t的数值来确定h，保证h＝ (10～15)*t，第二步是进行参数的校验：将得到的b、t、h带回公式2Eεbt²＝3Th中去进行验 证，其应变值若在范围内，则结果合理，否则重新进行尺寸的调整；然后进行测力横梁尺寸 的确定，定义横梁长度为L，取L＝(0.8～1.2)*h，测力横梁截面为矩形截面，矩形截面的 一边长度与竖梁的厚度一致，即t，定义另一边长度为a，其尺寸的确定可以通过公式 W＝t*a*a/6和公式来确定，式中：f为安全系数；σ_max为最大弯曲应力，单位 Pa；[σ]为许用应力，单位Pa；Q为最大扭矩值，单位N.m；W为抗弯截面系数，单位m³； t、a分别为矩形截面横梁的边长，单位m，参数确定过程如下：首先，查找横梁材料的许用 应力值，取安全系数为f，由公式W＝t*a*a/6计算出矩形截面的抗弯截面系数W，然后代入 公式调整a的大小，保证a≤t使公式满足即可；再进行上刚性梁、下刚性梁形 状尺寸的确定，上刚性梁和下刚性梁的形状尺寸相同，轴向长度为2h，矩形截面长为 0.5L，宽为3a；最后根据上述确定的各个尺寸参数后加工制作出测力装置，粘贴应变片，连 接电路至应变仪，组成完整的测力系统，梁在扭矩和推力作用下产生微变形，使粘贴在轴上 的电阻应变片也产生变形，变形使应变片的电阻值产生变化，这种变化与变形成正比关系， 因此，测量应变片的电阻可以获得微应变值，从而换算出推力与扭矩的数值；(3).测力装 置的标定：即确定测力装置的测量方法。该过程在干的环境中完成，首先将上刚性梁固定在 试验台架上，先通过实验台架向下刚性梁施加由小到大的推力载荷Tx，施加不同的推力载 荷时，应变片R1、R2、R3、R4电阻值变化，应变仪输出不同的应变值εx，绘制出不同的 应变值对应的推力载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律，如果不满足，则应重新检验 相关的参数与应变片的粘贴等是否正确，通过拟合得到的推力载荷与应变值应满足关系式 Tx＝k1*εx，求出标定参数k1即完成测力竖梁的校验，同样的道理，通过试验台架向横梁施 加由小到大的扭矩载荷Qz，应变片R5、R6、R7、R8阻值变化使得应变仪输出不同的应变 值εz，绘制出不同的应变值对应的扭矩载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律，通过拟 合得到的扭矩载荷与应变值应满足关系式Qz＝k2*εz，求出标定参数k2即完成测力横梁的校 验，完成整个标定工作，进而进行实际测量；(4).实际测量：待测量的螺旋桨与标定好的 实验装置连接，整体至于实验水槽中，使推进器本身与部分下刚性梁没于水中，然后对应变 仪进行调零，接下来启动螺旋桨，分别测量由小到大不同转速下的通过应变片R1、R2、 R3、R4输出的应变值εx，再乘以前边标定系数k1即可得到对应的推力，不同转速下应变片 R5、R6、R7、R8输出的应变值εz，再乘以前边标定系数k2即可得到对应的扭矩。

上述的测量装置，有如下功能特点：

1.整体结构简单，方案易于实现；

2.测力单元与桨分开，避免了与水直接接触，方便操作；

3.水下部分没有附件，因而不存在附体阻力；

4.能够按实验要求设计横梁和竖梁，方便更换，从而保证量程合适；

5.实验前对测试仪进行调零，则下刚性梁的小角度倾斜，扭矩与推力相互之间不会引起测量 误差；

实施例：

以叶环电驱桨的推力和扭矩测量为例对本发明的应用进行具体说明，吊舱式推进器测量原理 类似，详细的设计过程参照以下的具体实施部分。如图1、图2所示为某叶环电驱桨的测试 原理图，图4所示为某吊舱式推进器的测试原理图。上刚性梁1固定在循环水槽或者拖曳水 池等上部专门的台架上。测量时，吊舱式推进器或叶环电驱桨的导管支架通过螺栓与下刚性 梁2相连，仅推进器本身与部分下刚性梁2没于水中，从而避免了测力单元直接与水接触， 方便操作，保证了测量仪器工作于干的环境中。下刚性梁2棱角处倒圆以减小水中附体的阻 力，提高测量结果的可靠性。

对于叶环电驱桨，螺旋桨产生的推力与扭矩通过支架传递给测力竖梁5和测力横梁6，通过测量测力横梁6与测力竖梁5的应变来间接测得推进器的推力和扭矩。测力单元整体形状为倒T形，如图3所示，由测力横梁6和测力竖梁5两部分组成，测力横梁6用来测量扭矩，测力竖梁5测量推力。测量时，对测力单元进行简化的受力分析，当推进器以转速旋转时产生一个垂直于螺旋桨轴线方向的转矩 ，该转矩传递到以测力竖梁5下端为支点的测力横梁6，相当于在测力横梁6的两端施加了一个扭矩，从而使得测力横梁6两端产生变形，通过测量横梁6的应变来换算出扭矩。螺旋桨旋转时与水的相互产生一个轴向推力传递到测力传感器的测力竖梁5，竖梁5在推力的作用下，产生S变形，通过测量测力竖梁5的应变来测得推力的大小。其中，扭矩与推力的作用方向相互垂直，在不考虑其他因素的情况下，产生的作用效果互不影响，因此，可分别通过测力横梁6和测力竖梁5的受力情况来测量螺旋桨的扭矩和推力。

1、首先测力计量程确定。根据预估的推力和扭矩的大小确定测力计的大致测量范围。已知实验螺旋桨的直径为D＝0.18m，转速为n＝500rev/min，查找相关的螺旋桨敞水特性 图谱得到系泊工况下，也即0进速时的推力系数和转矩系数分别为：K_T＝0.44，K_Q＝0.04，估算得到螺旋桨的最大推力和扭矩为：T＝K_Tρn²D⁴＝32.076N，Q＝K_Qρn²D⁵＝0.525N.m。

2、测力竖梁5尺寸的确定

已知推力T＝32.076N，选取应变的目标值ε＝50×10^-6～200×10^-6；查得测力单元采用的不锈钢弹 性模量E＝200Gpa，根据公式2Eεbt²＝3Th求得bt²/h＝2.4。根据前述提供的方法调整各个参 数，并进行验证。

经验证，可选取b＝30mm，t＝10mm，则h＝125mm，最终确定弹性钢片长 2h＝250mm。

3、测力横梁6尺寸的确定

测力横梁与测力竖梁一体加工，厚度一致，因此测力横梁3的矩形截面横梁的一边长为t＝10mm，取横梁长度L＝100mm，查得材料的许用弯曲应力为228MPa，取安全系数f＝5， 由前述横梁尺寸公式W＝t*a*a/6与可以得到矩形截面的另一边长a＝5.85mm，因此取a＝6mm，其他的尺寸也相应的能够确定。

4、实验装置组装与应变片贴法

根据以上尺寸加工出相应的零件，按前述提供的螺栓连接方式将各个零件连接起来即组成了 测力计模块，再将待测的叶环电驱桨与下刚性梁2连接即可，如图2所示。

在测力竖梁5的上表面距离两端25％处贴上应变片R1、R2、R3、R4，如图3所示 的位置。在测力横梁6两端贴上应变片R5、R6、R7、R8，如图1所示。将应变片通过导线 连接到应变仪上进行调零后即可进行测量。应变片与应变仪不属于本发明范围。

5、测力装置的标定工作。该过程在干的环境中完成。首先将上刚性梁固定在试验台架上，先通过实验台架向下刚性梁施加由小到大的推力载荷Tx，施加不同的推力载荷时应变仪输出不同的应变值x，如表1所示。绘制出不同的应变值对应的推力载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律，如图5所示。通过拟合得到标定参数k1=32*10^-4。同样的道理，通过试验台架向横梁施加由小到大的扭矩载荷Qx，施加不同的扭矩载荷时应变仪输出不同的应变值z，如表2所示，绘制出不同的应变值对应的扭矩载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律，如图6所示。通过拟合得到标定参数k2=0.5*10^-4。

表1：

表2：

6、具体的测量过程：将待测量的螺旋桨与标定好的实验装置连接，整体至于实验水槽中，使推进器本身与部分下刚性梁没于水中，然后对应变仪进行调零。接下来启动螺旋桨，分别测量由小到大不同转速下的通过应变片R1、R2、R3、R4输出的应变值x，再乘以前边标定系数k1即可得到对应的推力Tx，不同转速下应变片R5、R6、R7、R8输出的应变值z，再乘以前边标定系数k2即可得到对应的扭矩Qx，将不同转速下的推力和扭矩结果整理成表格3所示。

表3：不同转速对应的推力与扭矩值

本发明由于采用上述结构和测量方法，具有结构简单、方便操作、测量精确、方便更换等优点。

Claims (5)

1.一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置，其特征在于该装置由上刚性梁、下刚性梁和连接上刚性梁和下刚性梁的测力单元组件组成，所述的上刚性梁两侧的下方设有竖直朝下的竖连板，竖连板上设有连接螺孔，所述的下刚性梁的两侧设有水平方向的横连板，横连板上设有连接螺孔，所述的测力单元组件由两个测力竖梁、两个测力横梁和八个应变片组成，所述的测力横梁的两端向下并向内侧弯曲呈口字型横梁，测力横梁两端向内侧弯曲的部分设有连接螺孔，测力横梁的连接螺孔内设有连接螺栓，连接螺栓的一端穿过连接螺孔，另一端穿过下刚性梁两侧的横连板与下刚性梁相连接，所述的测力竖梁的上端设有连接孔，连接孔内设有连接螺栓，连接螺栓的一端穿过连接孔，另一端穿过上刚性梁的竖连板与上刚性梁相连接，所述的测力竖梁的下端与测力横梁的上端中部相连接，所述的下刚性梁的中部下方设有与待测螺旋桨支架上的法兰盘相配合的连接法兰，通过法兰盘与连接法兰相配合连接实现待测螺旋桨与下刚性梁配合连接，所述的两个测力竖梁的外侧对应设有两个应变片，两个测力横梁的上侧两端对应设有两个应变片，通过应变片的感应测出应变值进而测出推力和扭矩。

2.根据权利要求1所述的一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置，其特征在于所述的上刚性梁和下刚性梁设为刚性板。

3.根据权利要求1所述的一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置，其特征在于所述的测力横梁和测力竖梁设为不锈钢板。

4.根据权利要求1所述的一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置，其特征在于所述的下刚性梁与测力横梁连接处的测力横梁外侧设有倒圆面。

5.一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的方法，其特征在于测量方法步骤如下：

（1）.预估推力和扭矩，确定测力计的量程：首先根据螺旋桨推力计算公式和扭矩的计算公式，式中：为推力，单位N；为转矩，单位N.m；为水的密度，单位；为螺旋桨转速，单位rev/s；为螺旋桨直径，单位m；分别为推力系数和扭矩系数，为无量纲量，结合螺旋桨厂家给定的螺旋桨敞水性能曲线，预估系泊工况下，即进速为0时螺旋桨的推力和扭矩，系泊工况下螺旋桨的推力系数与扭矩系数均为最大值，因此对应的推力和扭矩也最大，可作为测力计的最大量程设计参考值；

（2）. 测力单元组件、上刚性梁和下刚性梁的尺寸确定：首先确定测力竖梁的尺寸参数，定义测力竖梁弹性钢片的宽度为b，厚度为t，两个应变片间距为h，对于相关参数的确定主要分两步，第一步是根据公式初步的估算相应的尺寸：首先，选取应变的目标值，通常设定范围在之间；查找材料性能参数，获得弹性钢片的弹性模量E；然后根据推力、应变和弹性模量E，由公式求得的值，式中：E为材料的杨氏模量，单位Pa，可通过查找相应材料的性能参数表获得；为应变，为无量纲量；b为竖梁的宽度，单位m；t为竖梁厚度，单位m；为螺旋桨转矩，单位为N.m；h为竖梁两应变片之间的距离，单位m，调整各个参数，根据实际情况选取一个合适的t值，取t≥0.005 m，调整b，保证b是t的2~4倍；最后根据b和t的数值来确定h，保证h＝（10~15）*t，第二步是进行参数的校验：将得到的b、t、h带回公式中去进行验证，其应变值若在范围内，则结果合理，否则重新进行尺寸的调整；

然后进行测力横梁尺寸的确定，定义横梁长度为L，取L=（0.8~1.2）*h，测力横梁截面为矩形截面，矩形截面的一边长度与竖梁的厚度一致，即t，定义另一边长度为a，其尺寸的确定可以通过公式W=t*a*a/6和公式来确定，式中：f为安全系数；为最大弯曲应力，单位Pa；为许用应力，单位Pa；为最大扭矩值，单位N.m；W为抗弯截面系数，单位；t、a分别为矩形截面横梁的边长，单位m，参数确定过程如下：首先，查找横梁材料的许用应力值，取安全系数为f，由公式W=t*a*a/6计算出矩形截面的抗弯截面系数W，然后代入公式，调整a的大小，保证a≤t使公式满足即可；

再进行上刚性梁、下刚性梁形状尺寸的确定，上刚性梁和下刚性梁的形状尺寸相同，轴向长度为2h，矩形截面长为0.5L，宽为3a；

最后根据上述确定的各个尺寸参数后加工制作出测力装置，粘贴应变片，连接电路至应变仪，组成完整的测力系统，梁在扭矩和推力作用下产生微变形，使粘贴在轴上的电阻应变片也产生变形，变形使应变片的电阻值产生变化，这种变化与变形成正比关系，因此，测量应变片的电阻可以获得微应变值，从而换算出推力与扭矩的数值；

（3）. 测力装置的标定：即确定测力装置的测量方法。该过程在干的环境中完成，首先将上刚性梁固定在试验台架上，先通过实验台架向下刚性梁施加由小到大的推力载荷Tx，施加不同的推力载荷时，应变片R1、R2、R3、R4电阻值变化，应变仪输出不同的应变值x，绘制出不同的应变值对应的推力载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律，如果不满足，则应重新检验相关的参数与应变片的粘贴等是否正确，通过拟合得到的推力载荷与应变值应满足关系式Tx=k1*x，求出标定参数k1即完成测力竖梁的校验，同样的道理，通过试验台架向横梁施加由小到大的扭矩载荷Qz，应变片R5、R6、R7、R8阻值变化使得应变仪输出不同的应变值z，绘制出不同的应变值对应的扭矩载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律，通过拟合得到的扭矩载荷与应变值应满足关系式Qz=k2*z，求出标定参数k2即完成测力横梁的校验，完成整个标定工作，进而进行实际测量；

（4）. 实际测量：待测量的螺旋桨与标定好的实验装置连接，整体至于实验水槽中，使推进器本身与部分下刚性梁没于水中，然后对应变仪进行调零，接下来启动螺旋桨，分别测量由小到大不同转速下的通过应变片R1、R2、R3、R4输出的应变值x，再乘以前边标定系数k1即可得到对应的推力，不同转速下应变片R5、R6、R7、R8输出的应变值z，再乘以前边标定系数k2即可得到对应的扭矩。