CN110435923A - 一种旋翼测试塔 - Google Patents

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徐祖国
刘杨舜
裴桃林
吴艳朋
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    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/60—Testing or inspecting aircraft components or systems

Abstract

本发明实施例提供了一种旋翼测试塔，通过预设高度的支撑架，将固定支架置于预设高度之上，可以减少地面效应对直升机旋翼的影响，并且，通过驱动机构与直升机旋翼连接，在驱动机构驱动直升机旋翼处于运动状态下，固定于固定支架上的多维力传感器就可以测量直升机旋翼处于运动状态下的动态力，这样就可以实现对直升机旋翼的性能进行测试。

Description

一种旋翼测试塔
技术领域
本发明涉及无人直升机技术领域，特别是涉及一种旋翼测试塔。
背景技术
随着直升机的快速发展，人们对直升机的飞行性能提出更高的要求。由于直升机旋翼的性能直接决定直升机的飞行性能和飞行品质，因而对于直升机旋翼的性能研究显得至关重要。
目前相关技术中通过旋翼测试塔测试直升机旋翼的性能，为了对测量直升机旋翼的性能进行测试，一般需要先排除地面效应的影响。由于地面效应机理的复杂性，因此对地面效应进行相关的试验研究显得非常重要。在国内，由于试验条件的限制，使得如何在减少地面效应对直升机旋翼的影响的条件下，实现对直升机旋翼的性能进行测试成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种旋翼测试塔，用以在减少地面效应对直升机旋翼的影响的条件下，实现对直升机旋翼的性能进行测试。具体技术方案如下：
本发明实施例提供了一种旋翼测试塔，包括：
一预设高度的支撑架1；
固定于所述支撑架1上的固定支架2；
设置于所述固定支架2上的力测量结构3，所述力测量结构3包括：测量直升机旋翼4处于运动状态下的动态力的多维力传感器31、主机架32及用于驱动所述直升机旋翼4进行运动的驱动机构33，其中，
所述多维力传感器31固定于所述固定支架2上，所述主机架32设置于所述多维力传感器31与所述驱动机构33之间，所述驱动机构33与所述直升机旋翼4连接。
进一步的，所述驱动机构33包括：电控柜331，驱动电机332、同步带333及主减速器334；
所述电控柜331与所述驱动电机332连接，所述驱动电机332安装在所述主机架32上，所述主减速器334安装于所述主机架32上，所述同步带333连接于所述驱动电机332与所述主减速器334之间，其中，所述驱动电机332通过所述同步带333与所述主减速器334的输入带轮连接，向所述主减速器334传递功率；所述主减速器334的输出轴3341连接于所述直升机旋翼4，用于驱动所述直升机旋翼4旋转。
进一步的，所述驱动机构包括：直升机旋翼舵机及飞控335，所述飞控335安装于所述主机架32，并与所述驱动电机332之间间隔所述主减速器334，所述飞控335位于所述主减速器334一侧，所述驱动电机332位于所述主减速器334另一侧；
所述旋翼舵机安装于所述所述主减速器334的输出轴3341上，用于驱动所述直升机旋翼4变距。
进一步的，所述旋翼测试塔还包括：冷却结构，所述冷却结构包括：水泵及水箱51，所述水泵与所述水箱51连接，所述水箱51通过水管连接于所述驱动电机33。
进一步的，所述多维力传感器31与所述主机架32之间通过螺钉连接固定；
所述多维力传感器31与所述固定支架2之间通过销钉连接固定。
进一步的，所述支撑架1上设置有爬梯11；所述旋翼测试塔还包括：连接于所述支撑架1上的支撑平台12，所述支撑平台12上设置有护栏121，所述护栏121位于所述直升机旋翼4的外围。
本发明实施例提供的一种旋翼测试塔，通过预设高度的支撑架，将固定支架置于预设高度之上，可以减少地面效应对直升机旋翼的影响，并且，通过驱动机构与直升机旋翼连接，在驱动机构驱动直升机旋翼处于运动状态下，固定于固定支架上的多维力传感器就可以测量直升机旋翼处于运动状态下的动态力，这样就可以实现对直升机旋翼的性能进行测试。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种旋翼测试塔的第一结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种旋翼测试塔的第二结构示意图；
附图标记说明：
1-支撑架；2-固定支架；3-力测量结构；31-多维力传感器；32-主机架；33-驱动机构；331-电控柜；332-驱动电机；333-同步带；334-主减速器；3341-主减速器的输出轴；335-飞控；4-直升机旋翼；51-水箱；12-支撑平台；121-护栏；6-混凝土地基。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
针对现有技术中如何在减少地面效应对直升机旋翼的影响的条件下，实现对直升机旋翼的性能进行测试的问题，本发明实施例提供一种旋翼测试塔，本发明实施例中，通过预设高度的支撑架，将固定支架置于预设高度之上，可以减少地面效应对直升机旋翼的影响，并且，通过驱动机构与直升机旋翼连接，在驱动机构驱动直升机旋翼处于运动状态下，固定于固定支架上的多维力传感器就可以测量直升机旋翼处于运动状态下的动态力，这样就可以实现对直升机旋翼的性能进行测试。
首先，介绍一下地面效应对直升机的影响。
地面效应是指当直升机贴近地面悬停或低速飞行时，在一定的功率下，直升机旋翼的拉力离地面较远时有所增加；或者，在一定的拉力下，直升机旋翼的需用功率离地面较远时有所减少的现象。地面效应对直升机的起飞和着陆有很大意义。由于地面效应机理的复杂性，对其进行相关的试验研究显得非常重要。
地面效应的产生是由于地面的存在显著的影响了直升机旋翼流场，包括诱导速度、人流速度的大小和分布。
为了能够在减少地面效应对直升机旋翼的影响的条件下，实现对直升机旋翼的性能进行测试，下面继续对本发明实施例提供的一种旋翼测试塔进行介绍。
本发明实施例针对服务器所提供的一种旋翼测试塔，可以应用于直升机领域，进一步的应用于无人直升机领域。
如图1所示，本发明实施例所提供的一种旋翼测试塔，该旋翼测试塔可以包括：
一预设高度的支撑架1；固定于支撑架1上的固定支架2；设置于所述固定支架2上的力测量结构3，力测量结构3包括：测量直升机旋翼4处于运动状态下的动态力的多维力传感器31、主机架32及用于驱动直升机旋翼4进行运动的驱动机构33，其中，多维力传感器31固定于固定支架2上，主机架32设置于多维力传感器31与驱动机构33之间，驱动机构33与直升机旋翼4连接。
其中，预设高度可以是指高于用于支撑所述支撑架所在的支撑面的距离，此处的预设高度可以是根据用户需求设置的。示例性的，预设高度可以但不限于大于20米小于30米。比如，预设高度可以但不限于为21.5米。
上述支撑面可以为地面，也可以为测量台。为了加固支撑面，可以在支撑面可以是混凝土地基上的面。此处的混凝土地基可以是加固在支撑架上与支撑面接触的，各用于用力的支撑脚上。比如，支撑架可以为设置于地面上，且高于地面预设高度的支撑架，或者支撑架可以为设置于地面之下，且距离凹地面预设高度的支撑架，支撑架用于使直升机旋翼远离影响直升机旋翼流场的障碍物，比如地面或凹地面，此处的障碍物会使得直升机旋翼产生地面效应。
上述支撑架可以但不限于包括：用于支撑固定支架的支撑平台，用于固定所述支撑架的支撑脚、连接于所述支撑平台与所述支撑脚之间的支撑架主体、所述支撑平台与所述支撑脚设置于支撑主体的两端。其中，支撑架主体可以是由多个杆连接成型，所述多个杆之间相互间隔，所述支撑架主体也可以是由多个管连接成型，所述多个管之间相互间隔，这样存在间隔或者存在孔的支撑架主体，支撑架主体没有完整面，减少承载直升机旋翼旋转对空气产生的压力。
在正常能够使用支撑架的状态下，支撑平台位于支撑架的最上端，支撑脚位于支撑架的最下端，为了能够提高支撑架的稳定程度，支撑脚可以根据用户需求设置。支撑脚的数量一般可以大于3个，比如是3个或4个，支撑脚的数量越多，支撑的稳定性越高，但是成本也较大。支撑架可以是钢筋架，也可以是铁架。
上述支撑架可以但不限于包括：设置于支撑架的爬梯，进一步的，设置于支撑架上的一个侧爬梯，或者设置于支撑架的多侧爬梯。这样爬梯可以方便人员攀爬。进一步的，如图1所示，支撑架1上设置有爬梯11；所述爬梯上设置有防护圈，这样可以保证攀爬人员的安全性。旋翼测试塔还包括：连接于支撑架1上的支撑平台12，支撑平台12上设置有护栏121，护栏121位于直升机旋翼4的外围。这样可以防止直升机旋翼发生意外时，可以对周围人员、财物进行保护防范。
对于上述驱动机构33来说，上述驱动机构33可以是直升机的驱动机构33，也可以是单独设置的驱动机构33，只要是本发明实施例能够实现的驱动机构33，均属于本发明实施例的保护范围，在此不再一一举例。进一步的，说明驱动机构33如下：
在一种上述驱动机构33中，上述驱动机构33可以包括：电控柜331、驱动电机332、同步带333，主减速器334；
所述电控柜331与所述驱动电机332连接，所述驱动电机332安装在所述主机架32上，所述主减速器334安装于所述主机架32上，同步带333连接于驱动电机332与主减速器334之间，其中，驱动电机332通过同步带333与主减速器334的输入带轮连接，向主减速器334传递功率；主减速器334的输出轴3341连接于直升机旋翼4，用于驱动直升机旋翼4旋转。
其中，上述电控柜可以与驱动电机设置在同一位置，比如，上述电控柜设置在支撑平台上；上述电控柜也可以设置在旋翼测试塔的最低端，比如，上述电控柜可以与固定支架使用同一支撑面，也就是上述电控柜可以设置在与用于支撑支撑架的支撑面上，这样前者电控柜通过电缆或者线缆，与所述驱动电机连接，使得支撑平台的压力变大，可能会影响测量，因此可以采用后者，后者电控柜设置在支撑面上。
上述主减速器包括：主减速器的输入带轮及主减速器的输出轴。
如图2所示，在另一种上述驱动机构33中，所述驱动机构包括：直升机旋翼舵机及飞控335，飞控335安装于主机架32，并与驱动电机332之间间隔主减速器334，飞控335位于主减速器334一侧，驱动电机332位于主减速器334另一侧；飞控335与驱动电机332相对设置；
所述连接于所述直升机旋翼4上，所述旋翼舵机安装于所述主减速器334的输出轴3341上，用于驱动所述直升机旋翼4变距。
上述旋翼舵机安装于所述主减速器334的输出轴3341上，并提供直升机旋翼变距的操纵力。这样通过飞控的指令操纵旋翼舵机，使得直升机旋翼变距。多维力传感器测量被操纵的直升机旋翼处于运动状态的动态力，这样可以得到直升机旋翼的力学特性。
本发明实施例也可以同时包括上述一种上述驱动机构和另一种上述驱动机构，这样可以驱动直升机旋翼变距和旋转；如果上述一种上述驱动机构工作，则实现驱动直升机旋翼旋转；如果上述另一种上述驱动机构工作，则实现驱动直升机旋翼变距。在实际应用中，根据用户需求进行设置，在此不再详细说明。
为了得到直升机旋翼的力学特性，上述多维力传感器可以但不限于六维力传感器，通过六维传感器来消除地面效应并精确测量动态力。动态力可以但不限于是主机架所承受的力，或者可以但不限于是直升机旋翼的拉力，或者可以但不限于是直升机旋翼旋转对空气产生的力。六维力传感器可以测量的动态力，可以是指六维力传感器中六个自由度方向的力和力矩。
其中，上述多维力传感器可以但不限于八维力传感器。上述多维力传感器可以使用多种方式分别与主机架和固定支架连接，比如，上述多维力传感器31与主机架32之间通过螺钉连接固定，用于定位；多维力传感器31与固定支架2之间通过销钉连接固定，用于定位。
基于上述多维传感器、驱动机构、支撑架，为了减少承载直升机旋翼旋转对空气产生的压力，下面继续介绍固定支架。
固定支架可以不形成影响直升机旋翼流场的障碍物。所述固定支架的每个面呈镂空状或者呈网面，所述固定支架可以是由多个杆连接成型，所述多个杆之间相互间隔，所述固定支架也可以是由多个管连接成型，所述多个管之间相互间隔，这样存在间隔或者存在孔的固定支架，固定支架没有完整面，减少承载直升机旋翼旋转对空气产生的压力。
本发明实施例中，通过预设高度的支撑架，将固定支架置于预设高度之上，可以减少地面效应对直升机旋翼的影响，并且，通过驱动机构与直升机旋翼连接，在驱动机构驱动直升机旋翼处于运动状态下，固定于固定支架上的多维力传感器就可以测量直升机旋翼处于运动状态下的动态力，这样就可以实现对直升机旋翼的性能进行测试。
上述直升机旋翼的性能指直升机旋翼在多个飞行控制状态下所反映的不同的升力/横滚力矩/偏航力矩/俯仰力矩大小。
本发明实施例还提供的一种旋翼测试塔，所述旋翼测试塔还包括：冷却结构，所述冷却结构包括：水泵及水箱51，水泵与水箱51连接，水箱51通过水管连接于驱动电机33。
上述水箱可以但不限于是用于容纳冷却水的水箱，也可以称为冷水箱；上述水管可以但不限于是用于容乃冷水的管，也可以称为冷水管。冷水箱中的冷却水通过水泵和冷水管连接于驱动电机上，驱动电机与电控柜通过电缆或线缆连接。
上述水箱可以与电控柜设置在同一位置，也就是设置在旋翼测试塔的最低端，比如，上述水箱可以与固定支架使用同一支撑面，也就是上述水箱可以设置在与用于支撑支撑架的支撑面上，这样水箱通过冷水管，与驱动电机连接，这样使用水箱等内容，可以为驱动电机降温，保证驱动电机的正常工作。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种旋翼测试塔，其特征在于，包括：
一预设高度的支撑架(1)；
固定于所述支撑架(1)上的固定支架(2)；
设置于所述固定支架(2)上的力测量结构(3)，所述力测量结构(3)包括：测量直升机旋翼(4)处于运动状态下的动态力的多维力传感器(31)、主机架(32)及用于驱动所述直升机旋翼(4)进行运动的驱动机构(33)，其中，
所述多维力传感器(31)固定于所述固定支架(2)上，所述主机架(32)设置于所述多维力传感器(31)与所述驱动机构(33)之间，所述驱动机构(33)与所述直升机旋翼(4)连接。
2.如权利要求1所述的旋翼测试塔，其特征在于，所述驱动机构(33)包括：电控柜(331)，驱动电机(332)、同步带(333)及主减速器(334)；
所述电控柜(331)与所述驱动电机(332)连接，所述驱动电机(332)安装在所述主机架(32)上，所述主减速器(334)安装于所述主机架(32)上，所述同步带(333)连接于所述驱动电机(332)与所述主减速器(334)之间，其中，所述驱动电机(332)通过所述同步带(333)与所述主减速器(334)的输入带轮连接，向所述主减速器(334)传递功率；所述主减速器(334)的输出轴(3341)连接于所述直升机旋翼(4)，用于驱动所述直升机旋翼(4)旋转。
3.如权利要求2所述的旋翼测试塔，其特征在于，所述驱动机构包括：直升机旋翼舵机及飞控(335)，所述飞控(335)安装于所述主机架(32)，并与所述驱动电机(332)之间间隔所述主减速器(334)，所述飞控(335)位于所述主减速器(334)一侧，所述驱动电机(332)位于所述主减速器(334)另一侧；
所述旋翼舵机安装于所述主减速器(334)的输出轴(3341)上，用于驱动所述直升机旋翼(4)变距。
4.如权利要求2所述的旋翼测试塔，其特征在于，所述旋翼测试塔还包括：冷却结构，所述冷却结构包括：水泵及水箱(51)，所述水泵与所述水箱(51)连接，所述水箱(51)通过水管连接于所述驱动电机(33)。
5.如权利要求1所述的旋翼测试塔，其特征在于，所述多维力传感器(31)与所述主机架(32)之间通过螺钉连接固定；
所述多维力传感器(31)与所述固定支架(2)之间通过销钉连接固定。
6.如权利要求1至4任一项所述的旋翼测试塔，其特征在于，所述支撑架(1)上设置有爬梯(11)；所述旋翼测试塔还包括：连接于所述支撑架(1)上的支撑平台(12)，所述支撑平台(12)上设置有护栏(121)，所述护栏(121)位于所述直升机旋翼(4)的外围。
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