CN110844113B - 一种同时测量上下旋翼载荷的刚性共轴双旋翼试验台 - Google Patents

一种同时测量上下旋翼载荷的刚性共轴双旋翼试验台 Download PDF

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Abstract

本发明属于直升机旋翼测试领域，涉及一种同时测量上下旋翼载荷的刚性共轴双旋翼试验台。该试验台包括电机、台体、传动装置、第一扭矩天平、第二扭矩天平、上旋翼助力器、固定式旋翼总天平、总传力支撑机匣、旋翼轴过渡连接件、下旋翼助力器、旋转旋翼天平、上下旋翼系统，传动装置一端与电机连接另一端与总传力支撑机匣的一端连接，上旋翼助力器一端固定在台体上另一端与传动装置连接，固定式旋翼总天平设置在总传力支撑机匣上，第一扭矩天平和第二扭矩天平分别串联在传动装置中，旋翼轴过渡连接件与总传力支撑机匣的另一端连接，上旋转旋翼天平设置在上下旋翼系统内。通过本发明的试验台能够同时测量上下旋翼载荷。

Description

一种同时测量上下旋翼载荷的刚性共轴双旋翼试验台
技术领域
本发明属于直升机旋翼测试领域，具体涉及一种同时测量上下旋翼载荷的刚性共轴双旋翼试验台。
背景技术
高速直升机采用刚性共轴双旋翼加推力桨构型。刚性共轴双旋翼在结构、操纵、气动以及动力学方面等与常规单旋翼差别很大，属于全新旋翼系统。全新旋翼系统需要在旋翼试验台上进行全尺寸功能性试验、气动性能试验、初步耐久性试验和旋转动特性试验。刚性共轴双旋翼需要在试验台上能够同时测量上下旋翼的载荷。上旋翼采用轴内操纵，下旋翼采用与常规单旋翼相同的外操纵。为了提高上旋翼轴的刚度，在下旋翼桨毂对应的内外轴之间设置径向轴承。操纵的复杂性和上下旋翼轴之间的交联，使得上下旋翼载荷测量变得极为困难。
发明内容
本发明的目的：提供一种同时测量上下旋翼载荷的刚性共轴双旋翼试验台，通过固定式旋翼总天平和上旋翼旋转天平组合同时测量上下旋翼载荷。试验台设计合适的传动装置、旋翼天平，使得上下旋翼载荷汇总到固定式旋翼总天平。在上下旋翼之间的上旋翼轴串联旋转旋翼天平测量上旋翼载荷。本专利适用于上旋翼采用内轴操纵的刚性共轴双旋翼上下旋翼同时测量。
本发明的技术方案：
第一方面，提供了一种同时测量上下旋翼载荷的刚性共轴双旋翼试验台，包括：
包括电机1、台体2、传动装置3、第一扭矩天平41、第二扭矩天平42、上旋翼助力器5、固定式旋翼总天平6、总传力支撑机匣7、旋翼轴过渡连接件8、下旋翼助力器9、旋转旋翼天平10、上下旋翼系统11，其中，
传动装置3设置在台体上，传动装置3一端与电机1连接，传动装置3另一端与总传力支撑机匣7的一端连接，上旋翼助力器5一端固定在台体2上，上旋翼助力器5另一端与传动装置3连接，固定式旋翼总天平6设置在总传力支撑机匣7上，第一扭矩天平41和第二扭矩天平42分别串联在传动装置3中，旋翼轴过渡连接件8与总传力支撑机匣7的另一端连接，下旋翼助力器9固定在总传力支撑机匣7上，旋转旋翼天平10串联在旋翼轴过渡连接件8上，上下旋翼系统11分别设置在旋翼轴过渡连接件8上，旋转旋翼天平10设置在上下旋翼系统内。
可选地，传动装置3包括联轴节31、一分三输入减速器32、上旋翼输入轴33、下旋翼输入轴34、共轴反转减速器35、上旋翼输出轴37、下旋翼输出轴36和下旋翼输出轴滚珠花键38和上旋翼输出轴滚珠花键39，其中，一分三输入减速器32包括一个输入端和三个输出端，一分三输入减速器32的输入端与电机1的输出轴连接，一分三输入减速器32的两个输出端分别与上旋翼输入轴33和下旋翼输入轴34连接，上旋翼输入轴33和下旋翼输入轴34分别串联第一扭矩天平41和第二扭矩天平42之后与共轴反转减速器35的两个输入端连接，共轴反转减速器35的两个输出端分别连接至上旋翼输出轴37和下旋翼输出轴36，上旋翼输出轴37和下旋翼输出轴36是共轴反转的，上旋翼输出轴37与上旋翼输出轴滚珠花键39连接，下旋翼输出轴36与下旋翼输出轴滚珠花键38连接。
可选地，旋翼轴过渡连接件8包括上旋翼轴过渡连接件81、下旋翼轴过渡连接件82、下旋翼轴过渡法兰84和轴承83，其中，上旋翼轴过渡连接件81和下旋翼轴过渡连接件82通过轴承83固定连接，下旋翼轴过渡连接件82和下旋翼轴过渡法兰84通过螺栓连接。
可选地，上下旋翼系统11包括上旋翼轴111、下旋翼轴112、下自动倾斜器113、下旋翼桨毂114、径向支撑轴承115和上旋翼桨毂116，其中，上旋翼轴111在下旋翼桨毂114中心位置处由径向支撑轴承115支撑，下自动倾斜器113安装下旋翼轴112上，上旋翼桨毂116固定在上旋翼轴111上，下旋翼桨毂114固定在下旋翼轴112上。
可选地，台体2包括底部平台21、中部平台22和上部平台23，其中，底部平台21和中部平台22通过螺栓连接，中部平台22和上部平台23通过螺栓连接。
可选地，上部平台23为圆锥形。
可选地，底部平台21、中部平台22为圆柱形。
可选地，旋转旋翼天平10为圆柱形。
本发明的有益效果：本发明的同时测量上下旋翼载荷的刚性共轴双旋翼试验台，采用底部平台、中部平台和上部平台模块化组合。传动装置采用一分三输入减速器和共轴反转减速器，实现电机在试验台置中和上下旋翼共轴正反转。采用旋转旋翼天平和固定式旋翼天平、扭矩天平组合，可同时测量上下旋翼载荷。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的刚性共轴双旋翼试验台的结构示意图。
图2是根据本发明的实施例的试验台的台体示意图。
图3是根据本发明的实施例的试验台的传动装置示意图。
图4是根据本发明的实施例的试验台的旋翼轴过渡连接件示意图。
图5是根据本发明的实施例的试验台的上下旋翼系统示意图。
其中，电机1、台体2、传动装置3、第一扭矩天平41、第二扭矩天平42、上旋翼助力器5、固定式旋翼总天平6、总传力支撑机匣7、旋翼轴过渡连接件8、下旋翼助力器9、旋转旋翼天平10、上下旋翼系统11，联轴节31，一分三输入减速器32、上旋翼输入轴33、下旋翼输入轴34、共轴反转减速器35、上旋翼输出轴37、下旋翼输出轴36和下旋翼输出轴滚珠花键38和上旋翼输出轴滚珠花键39，上旋翼轴过渡连接件81、下旋翼轴过渡连接件82、下旋翼轴过渡法兰84和轴承83，上旋翼轴111、下旋翼轴112、下自动倾斜器113、下旋翼桨毂114、径向支撑轴承115和上旋翼桨毂116，底部平台21、中部平台22、上部平台23。
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。
本发明的一种同时测量上下旋翼载荷的刚性共轴双旋翼试验台，包括电机1、台体2、传动装置3、扭矩天平4、上旋翼操纵系统5、固定式旋翼总天平6、总传力支撑机匣7、旋翼轴过渡连接件8、下旋翼操纵系统9、旋转旋翼天平10和上下旋翼示意系统11，如图1所示。
台体2由底部平台21、中部平台22和上部平台23组成2，如图2所示。底部平台21和中部平台22通过螺栓连接，中部平台22和上部平台23通过螺栓连接。
传动装置3由联轴节31、一分三输入减速器32、上旋翼输入轴33、下旋翼输入轴34、共轴反转减速器35、上旋翼输出轴37、下旋翼输出轴36和下旋翼输出轴滚珠花键38和上旋翼输出轴滚珠花键39等组成，如图3所示。电机1通过电机输出轴与传动装置联轴节31连接，通过一分三输入减速器32输出至联轴节31输出上旋翼输入轴33和下旋翼输入轴34，上旋翼输入轴33和下旋翼输入轴34串联扭矩天平4。上旋翼输入轴33和下旋翼输入轴34通过共轴反转减速器35变为共轴反转上旋翼输出轴37和下旋翼输出轴36。上旋翼输出轴37和上旋翼输出轴滚珠花键39连接只传递扭矩，下旋翼输出轴36和下旋翼输出轴滚珠花键38连接只传递扭矩。
旋翼轴过渡连接件8由上旋翼轴过渡连接件81、下旋翼轴过渡连接件82、下旋翼轴过渡法兰84和轴承83等组成，如图4所示。下旋翼轴过渡连接件82和下旋翼轴过渡法兰84通过螺栓连接。上旋翼轴过渡连接件81和下旋翼轴过渡连接件82通过轴承83固定连接。
上下旋翼系统11由上旋翼轴111、下旋翼轴112、下自动倾斜器113、下旋翼桨毂114、径向支撑轴承115和上旋翼桨毂116等组成，如图5所示。上旋翼轴111在下旋翼桨毂114中心位置处由径向支撑轴承115支撑。下自动倾斜器113安装下下旋翼导筒上。上旋翼桨毂116固定在上旋翼轴111上，下旋翼桨毂114固定在下旋翼轴112上。
电机安装在地基基础上。电机通过联轴节31连接电机输出轴和一分三输入减速器32。一分三输入减速器32通过安装支座螺栓安装在底部平台上面。一分三输入减速器32通过上旋翼输入轴33、下旋翼输入轴34和串联在上面的扭矩天平4传递给共轴反转减速器35。共轴反转减速器35安装在上部平台上面。共轴反转减速器35输出至下旋翼输出轴滚珠花键38和上旋翼输出轴滚珠花键39。上旋翼输出轴滚珠花键39和上旋翼轴过渡连接件81连接，下旋翼输出轴滚珠花键38和下旋翼轴过渡连接件82连接。上旋翼轴过渡连接件81和上旋翼轴111通过法兰螺栓连接，下旋翼轴过渡连接件82和下旋翼轴112通过法兰螺栓连接。固定式旋翼总天平6通过螺栓固定在共轴反转减速器35上。总传力支撑机匣7固定在固定式旋翼总天平6上。下旋翼轴112通过两点轴承支撑在总传力支撑机匣7上。下旋翼操纵系统9一端连接在下自动倾斜器113上，另一端固定在总传力支撑机匣7上。上旋翼操纵系统5一端固定在上部平台23下方，另外一端和上自动倾斜器相连。旋转旋翼天平安装在上下旋翼桨毂之间的上旋翼轴111上。
本发明的工作原理：
旋转旋翼天平测量上旋翼桨毂6力素(升力、侧向力、阻力、俯仰力矩、滚转力矩、扭矩)，固定式旋翼总天平测量上下旋翼桨毂5力素合力(升力、侧向力、阻力、俯仰力矩、滚转力矩)以及在上下旋翼输入轴上串联扭矩天平进行扭矩测量。传动装置合理设计，使得上下旋翼总载荷汇聚到固定式旋翼总天平上。旋转旋翼天平、固定式旋翼总天平和扭矩天平的组合，可以同时测量上下旋翼载荷。
本发明关键点：
试验台总体构型、组成和布置；
试验台体分为上部平台、中部平台和底部平台，各平台可模块化组合；
传动装置采用一分三输入减速器和共轴反转减速器，实现电机在试验台置中和上下旋翼共轴正反转；
旋转旋翼天平、固定式旋翼天平和扭矩天平组合测量上下旋翼桨毂6力素；
旋翼过渡连接件设计实现内轴轴承支撑传力和连接作用；
传动装置内外输出轴采用滚珠花键只传扭矩不传升力，消除传动装置对旋翼天平测量升力影响；
本发明试验台的安装方式：
1.在试验台地基基础上安装电机1。
2.安装底部平台21和试验台地基基础连接。
3.安装一分三输入减速器32，并实现联轴节31和电机1的输出轴连接。
4.安装中部平台22，中部平台22和底部平台21高强度螺栓固定。
5.安装上部平台23，上部平台23和中部平台22高强度螺栓固定。
6.安装下旋翼输入轴34、上旋翼输入轴33和一分三输入减速器32用联轴节31连接。
7.在下旋翼输入轴34和上旋翼输入轴33上串联扭矩天平4。
8.共轴反转减速器35安装在上部平台23上。
9.扭矩天平4和共轴反转减速器35连接。
10.安装固定式旋翼总天平6在共轴反转减速器35上。
11.安装旋翼轴过渡连接件8在总传力支撑机匣7内。
12.将总传力支撑机匣7安装在固定式旋翼总天平6上，上旋翼轴过渡连接件81和上旋翼输出轴滚珠花键39连接，下旋翼轴过渡连接件82和上旋翼输出轴滚珠花键38连接，
13.将旋转旋翼天平10串联安装在上下旋翼系统11上下旋翼之间。
14.将上下旋翼系统11与旋翼轴过渡连接件8连接。
15.将下旋翼操纵系统9一端与下旋翼系统自动倾斜器113连接，另一端安装在固定式旋翼总天平6上。
16.将上旋翼操作系统5一端与上旋翼系统自动倾斜器连接，另一端固定在上部平台23上。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，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。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种同时测量上下旋翼载荷的刚性共轴双旋翼试验台，其特征在于，包括：
包括电机(1)、台体(2)、传动装置(3)、第一扭矩天平(41)、第二扭矩天平(42)、上旋翼助力器(5)、固定式旋翼总天平(6)、总传力支撑机匣(7)、旋翼轴过渡连接件(8)、下旋翼助力器(9)、旋转旋翼天平(10)、上下旋翼系统(11)，其中，
传动装置(3)设置在台体上，传动装置(3)一端与电机(1)连接，传动装置(3)另一端与总传力支撑机匣(7)的一端连接，上旋翼助力器(5)一端固定在台体(2)上，上旋翼助力器(5)另一端与传动装置(3)连接，固定式旋翼总天平(6)设置在总传力支撑机匣(7)上，第一扭矩天平(41)和第二扭矩天平(42)分别串联在传动装置(3)中，旋翼轴过渡连接件(8)与总传力支撑机匣(7)的另一端连接，下旋翼助力器(9)固定在总传力支撑机匣(7)上，旋转旋翼天平(10)串联在旋翼轴过渡连接件(8)上，上下旋翼系统(11)分别设置在旋翼轴过渡连接件(8)上，旋转旋翼天平(10)设置在上下旋翼系统内。
2.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于，传动装置(3)包括联轴节(31)、一分三输入减速器(32)、上旋翼输入轴(33)、下旋翼输入轴(34)、共轴反转减速器(35)、上旋翼输出轴(37)、下旋翼输出轴(36)和下旋翼输出轴滚珠花键(38)和上旋翼输出轴滚珠花键(39)，其中，一分三输入减速器(32)包括一个输入端和三个输出端，一分三输入减速器(32)的输入端与电机(1)的输出轴连接，一分三输入减速器(32)的两个输出端分别与上旋翼输入轴(33)和下旋翼输入轴(34)连接，上旋翼输入轴(33)和下旋翼输入轴(34)分别串联第一扭矩天平(41)和第二扭矩天平(42)之后与共轴反转减速器(35)的两个输入端连接，共轴反转减速器(35)的两个输出端分别连接至上旋翼输出轴(37)和下旋翼输出轴(36)，上旋翼输出轴(37)和下旋翼输出轴(36)是共轴反转的，上旋翼输出轴(37)与上旋翼输出轴滚珠花键(39)连接，下旋翼输出轴(36)与下旋翼输出轴滚珠花键(38)连接。
3.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于，旋翼轴过渡连接件(8)包括上旋翼轴过渡连接件(81)、下旋翼轴过渡连接件(82)、下旋翼轴过渡法兰(84)和轴承(83)，其中，上旋翼轴过渡连接件(81)和下旋翼轴过渡连接件(82)通过轴承(83)固定连接，下旋翼轴过渡连接件(82)和下旋翼轴过渡法兰(84)通过螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于，上下旋翼系统(11)包括上旋翼轴(111)、下旋翼轴(112)、下自动倾斜器(113)、下旋翼桨毂(114)、径向支撑轴承(115)和上旋翼桨毂(116)，其中，上旋翼轴(111)在下旋翼桨毂(114)中心位置处由径向支撑轴承(115)支撑，下自动倾斜器(113)安装下旋翼轴(112)上，上旋翼桨毂(116)固定在上旋翼轴(111)上，下旋翼桨毂(114)固定在下旋翼轴(112)上。
5.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于，台体(2)包括底部平台(21)、中部平台(22)和上部平台(23)，其中，底部平台(21)和中部平台(22)通过螺栓连接，中部平台(22)和上部平台(23)通过螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于，上部平台(23)为圆锥形。
7.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于，底部平台(21)、中部平台(22)为圆柱形。
8.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于，旋转旋翼天平(10)为圆柱形。
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