CN111272379A - 一种微轴向力环形二分量应变天平 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微轴向力环形二分量应变天平，用于风洞试验中的旋翼载荷准确测量，设于旋翼系统与动力系统之间，其特征在于：包括外环和内环，其中一个与所述旋翼系统相固联，另一个与所述动力系统相固联；所述外环包括若干环阵单体和第一测量元件，所述环阵单体呈环形阵列排布而围成镂空环形结构，所述第一测量元件分别设于相邻的两块环阵单体之间进行连接；所述内环通过第二测量元件与所述环阵单体连接，相邻的两片第二测量元件之间至少间隔一块用于与所述旋翼系统或动力系统固联的环阵单体。该天平可在测出旋翼轴扭矩的同时，实现对旋翼残余拉力的测量。

Description

一种微轴向力环形二分量应变天平
技术领域
本发明涉及航空测力试验测量技术领域，尤其涉及一种微轴向力环形二分量应变天平。
背景技术
直升机旋翼技术是直升机发展的核心技术之一，其试验技术是其中的关键技术。近年来，随着各种飞行器的迅猛发展，对于旋翼的性能要求不断提高，旋翼载荷测量试验应运而生。直升机旋翼试验需要实时测量旋翼拉力、阻力、俯仰力矩、滚转力矩、扭矩等项目。直升机旋翼测力试验中，传统的测力方法为在旋翼系统与动力系统之间安装旋翼天平与扭矩天平，分别实现对旋翼气动载荷及旋翼轴扭矩的测量。如专利文献CN201069404Y中公开了一种高精度旋转模型分量载荷及扭矩测量装置，包括主动轴、从动轴，装于从动轴轴承座上的旋翼天平，在主动轴与从动轴上均固定有连接主动轴与从动轴的连接法兰，在两个连接法兰之间连接有扭矩天平；专利文献CN110261057A中公开了一种直升机旋翼、机身和尾桨组合模型风洞试验系统，包括机身模型，机身模型天平，主旋翼，主旋翼驱动系统，变桨距机构，主旋翼天平，扭矩天平，尾桨，尾桨驱动系统，尾桨天平，支撑系统，控制系统和测量系统。
然而，实际试验过程中，扭矩天平在获得旋翼轴扭矩的同时也传递了部分旋翼拉力，即还有部分残余拉力被传递到了旋翼天平以外，导致对旋翼气动载荷测量结果精度不够。因此，一种能够有效捕捉这部分残余拉力的新式天平就显得尤为重要。
发明内容
直升机旋翼测力试验中，传统的测力方法为在旋翼系统与动力系统之间安装旋翼天平与扭矩天平，分别实现对旋翼气动载荷及旋翼轴扭矩的测量。然而，实际试验过程中，扭矩天平在获得旋翼轴扭矩的同时也传递了部分旋翼拉力，即还有部分残余拉力被传递到了旋翼天平以外。为了捕获这类遗失的残余拉力，本发明提出了一种用于测量直升机旋翼扭矩和残余拉力的微轴向力环形二分量应变天平，该装置可在测出旋翼轴扭矩的同时，实现对旋翼残余拉力的测量。
本发明采用的技术方案如下：
一种微轴向力环形二分量应变天平，用于风洞试验中的旋翼载荷准确测量，设于旋翼系统与动力系统之间，其特征在于：包括外环和内环，其中一个与所述旋翼系统相固联，另一个与所述动力系统相固联；所述外环包括若干环阵单体和第一测量元件，所述环阵单体呈环形阵列排布而围成镂空环形结构，所述第一测量元件分别设于相邻的两块环阵单体之间进行连接；所述内环通过第二测量元件与所述环阵单体连接，相邻的两片第二测量元件之间至少间隔一块用于与所述旋翼系统或动力系统固联的环阵单体。
本发明公开的一种优选的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：至少一块不与所述内环连接的环阵单体与所述内环之间设有限位装置，用于限制所述内环和外环在轴向、径向和绕轴旋向上的相对位移。
进一步地，所述限位装置具有榫合限位结构，包括前端具有凹槽的凸榫和内部具有凸块的榫槽，所述凹槽和凸块的配合结构可用于限制所述内环和外环在轴向上的相对位移。
更进一步地，所述凸榫设于所述内环上，所述榫槽设于所述外环上。
更进一步地，所述凸榫和榫槽的配合处具有间隙，以保证所述第一测量单元和第二测量单元能够产生量程范围内的形变。
本发明公开的一种优选的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：所述第一测量元件和第二测量元件均包括测量梁和应变片，所述第一测量元件用于测量拉力，所述第二测量元件用于测量扭矩。通过测量梁的应变引起粘贴在测量梁上的应变片的变形，从而引起应变片阻值的变化，进而改变天平的输出电压，再通过乘以校准后的天平系数，即可获得扭矩和拉力的大小。
进一步地，所述第一测量单元、第二测量单元的测量梁均为片梁。
本发明公开的一种优选的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：所述内环上设有内环连接孔，用于与所述旋翼系统相固联；所述外环上设有外环连接孔，用于与所述动力系统相固联。
进一步地，所述内环连接孔、外环连接孔的位置与所述限位装置相对应。
本发明公开的一种优选的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：所述环阵单体共有多块，所述第一测量单元共有多件，所述第二测量单元共有多件，所述限位装置共有多套。
进一步地，所述限位装置可以共设置四套，与所在平面直角坐标系的四个象限相对应。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)本发明弥补传统扭矩天平传递却无法获得旋翼残余拉力的不足，可以测量出旋翼残余拉力，增加旋翼拉力测量结果的准确性；
(2)本发明可以实现扭矩和拉力充分解耦；
(3)本发明因具有环形特征，体积小，安装方便；
(4)本发明能够精确测量扭矩和残余拉力；
(5)本发明具有抗击载荷冲击硬限位保护的能力。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的微轴向力环形二分量应变天平立体图；
图2是本发明的微轴向力环形二分量应变天平俯视图；
图3是图2中A-A处的剖视图。
附图标记说明：
1-内环，2-外环，3-第二测量元件，4-第一测量元件，5-内环连接孔，6-外环连接孔，7-限位装置。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语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设备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的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和2所示，本发明涉及一种微轴向力环形二分量应变天平，设于旋翼系统与动力系统之间。该天平包括外环2和内环1，其中一个与旋翼系统相固联，另一个与动力系统相固联。
在一个具体的实施例中，该天平的内环1与旋翼系统的旋翼轴相固联，外环2与动力系统的下传动轴相固联。内环1上设有内环连接孔5，用于与旋翼系统相固联；外环2上设有外环连接孔6，用于与动力系统相固联。
如图1和2所示，外环包括若干环阵单体和第一测量元件4，环阵单体呈环形阵列排布而围成镂空环形结构，第一测量元件4分别设于相邻的两块环阵单体之间进行连接。内环通过第二测量元件3与环阵单体连接，相邻的两片第二测量元3件之间至少间隔一块用于与动力系统固联的环阵单体。
在一个具体实施例中，环阵单体共有八块，第一测量单元4共有八件，环阵单体和第一测量单元4交错地呈环形排布。环阵单体包括四块固定单体和四块上浮单体，固定单体和上浮单体交错地呈环形排布。四块上浮单体分别通过第二测量单元3与内环1连接。外环连接孔6设于外环的固定单体上，内环连接孔5设于内环1上与外环连接孔6相对应的位置。
在一个具体实施例中，第一测量元件4和第二测量元件3均包括测量梁和应变片，第一测量元件4用于测量拉力，第二测量元件3用于测量扭矩。第一测量单元4、第二测量单元3的测量梁均为片梁。当旋转轴与下传动轴间的旋转扭矩加载到天平上时，内环1和外环2发生相对旋转位移，第二测量单元3的测量梁产生形变，从而引起应变片阻值的变化，进而改变天平的输出电压，将输出电压乘以校准后的天平系数即可获得扭矩大小。同时，固定单体固定于下传动轴上，但由于残余拉力的存在，旋翼轴依次带动内环1、上浮单体，使得上浮单体与固定单体间产生径向相对位移，进而使得第一测量单元4的测量梁产生形变，并测得残余拉力。
本发明通过采用上述结构，可以实现扭矩和拉力充分解耦；能够精确测量扭矩和残余拉力；弥补传统扭矩天平传递却无法获得旋翼残余拉力的不足，可以测量出旋翼残余拉力，增加旋翼拉力测量结果的准确性；而且，本发明具有环形特征，因而还具有体积小、安装方便等优点。
如图1-3所示，在另一个具体实施例中，四块固定单体与内环1之间分别设有限位装置7，用于限制内环1和外环2在轴向、径向和绕轴旋向上的相对位移。限位装置7具有榫合限位结构，包括前端具有凹槽的凸榫和内部具有凸块的榫槽，凹槽和凸块的配合结构可用于限制内环1和外环2在轴向上的相对位移。凸榫设于内环1上，榫槽设于外环2上。内环连接孔、外环连接孔的位置与限位装置7相对应。凸榫和榫槽的配合处具有间隙，避免因凸榫和榫槽卡死，而致使第一测量单元4和第二测量单元3无法产生形变或形变量太小，影响测量精度。
本发明通过设置用上述限位装置，能够有效防止轴向拉力Fy、侧向力Fz、阻力Fx，俯仰力矩Mz，滚转力矩Mx，扭矩T载荷过大引起天平损坏，提高天平的抗冲击载荷硬限位保护的能力。并且，本发明中共设置有四套限位装置，与所在平面直角坐标系的四个象限相对应。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种微轴向力环形二分量应变天平，用于风洞试验中的旋翼载荷准确测量，设于旋翼系统与动力系统之间，其特征在于：包括外环和内环，其中一个与所述旋翼系统相固联，另一个与所述动力系统相固联；所述外环包括若干环阵单体和第一测量元件，所述环阵单体呈环形阵列排布而围成镂空环形结构，所述第一测量元件分别设于相邻的两块环阵单体之间进行连接；所述内环通过第二测量元件与所述环阵单体连接，相邻的两片第二测量元件之间至少间隔一块用于与所述旋翼系统或动力系统固联的环阵单体。
2.根据权利要求1所述的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：至少一块不与所述内环连接的环阵单体与所述内环之间设有限位装置，用于限制所述内环和外环在轴向、径向和绕轴旋向上的相对位移。
3.根据权利要求1或2所述的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：所述限位装置具有榫合限位结构，包括前端具有凹槽的凸榫和内部具有凸块的榫槽，所述凹槽和凸块的配合结构可用于限制所述内环和外环在轴向上的相对位移。
4.根据权利要求3所述的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：所述凸榫设于所述内环上，所述榫槽设于所述外环上。
5.根据权利要求3所述的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：所述凸榫和榫槽的配合处具有间隙，以保证所述第一测量单元和第二测量单元能够产生量程范围内的形变。
6.根据权利要求1或2所述的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：所述第一测量元件和第二测量元件均包括测量梁和应变片，所述第一测量元件用于测量拉力，所述第二测量元件用于测量扭矩。
7.根据权利要求1或2所述的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：所述内环上设有内环连接孔，用于与所述旋翼系统相固联；所述外环上设有外环连接孔，用于与所述动力系统相固联。
8.根据权利要求7所述的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：所述内环连接孔、外环连接孔的位置与所述限位装置相对应。
9.根据权利要求1或2所述的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：所述环阵单体共有多块，所述第一测量单元共有多件，所述第二测量单元共有多件，所述限位装置共有多套。
10.根据权利要求1或2所述的微轴向力环形二分量应变天平，其特征在于：所述第一测量单元、第二测量单元的测量梁均为片梁。
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