CN111380690B - 一种活塞式发动机输出推力测量器及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机测量技术领域，具体涉及一种活塞式发动机输出推力测量器及测量方法，包括可移动式底座，底座上一侧固定设置有控制平台，所述的底座上还设置有支撑平台，支撑平台3上固定设置有支撑架和数据处理单元，所述的支撑架上固定设置有用于固定发动机的固定架，所述的支撑平台与底座之间设置有减震感应单元，减震感应单元包括用于对支撑平台移动位移进行采集的路程感应器，路程感应器与所述的数据处理单元连接将采集的数据传递给所述的所述的数据处理单元，所述的数据处理单元与控制平台通过通讯线连接将测处理结果在控制平台上显示，该方法通过力与反作用力的原理计算出发动机的推力大小，能够实时监测发动机推力的变化。

Description

一种活塞式发动机输出推力测量器及测量方法

技术领域

本发明属于发动机测量技术领域，具体涉及一种活塞式发动机输出推力测量器及测量方法。

背景技术

活塞式发动机是使用于螺旋桨飞机上的一种发动机，具有重量轻，体积小，输出推力大的特点，由于在发动机启动运转过程中转速变化较快，发动机的输出推力较难检测。推力检测则是发动机试验与测试中需要测量的一个重要参数。要研究发动机推力，需要做大量反复的试验，这些试验若放到飞行试验中是不可能的，主要原因在于飞行试验成本高、周期长、信息收货量小、具有冒险性、需要耗费大量的人力，这就需要进行发动机地面试车试验，对系统进行静态试验，获取描述系统的各项性能指标信息，以便解决发动机推力测试过程中的关键问题，然而现有技术中，对于发动机推力的试验设备或者方法都较复杂，考虑的问题也较多，所以对结果的准确性就有较大的影响。

公开号为CN105004463A的发明专利公开了一种活塞式螺旋桨发动机推力测量方法及装置，属于航空发动机技术领域，为解决现有测量装置难以用于飞机机体发动机推力测量的问题，安装于发动机减震支座与飞机机体之间的四个压电薄膜传感器，对活塞式螺旋桨发动机施加于飞机机体的压力信号进行检测采集；内置信号调理电路将压电薄膜传感器采集到的压力信号进行放大处理；逐次逼近型A/D转换将模拟压力信号转换为数字信号；单片机预置程序解算出各压电薄膜传感器实际压力，将压力数据传输给机载数据记录仪进行存储；传感器数据记录模块存储发动机转速数据和经过数据处理的压力信号数据；飞行数据记录模块存储飞机各指令数据和状态数据；地面数据处理单元对存储在机载数据记录仪中数据进行处理分析。该专利是通过压力传感器对发动机施加于飞机机体的压力信号直接进行检测采集，并通过单片机进行解算其压力的，压力传递过程中会存在损耗，其测量结果存在一定的误差。

公开号为CN110726504A的发明专利公开了一种发动机试验台进气推力测量装置，包括定架，动架，加载测量装置和测量段；加载测量装置包括弹簧片，加载机构和工作力传感器；动架通过弹簧片悬挂在定架上；加载机构固定安装在定架上，工作力传感器两端分别连接定架和动架；所述测量段固定安装在动架上。该发动机推力测量装置及测量方法，是直接测量通过力传感器对发动机推力进行测量，发动机启动过程中其转速有增减不稳定，其推力也是不稳定的，通过力传感器直接测量不能准确检测其变化。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种活塞式发动机输出推力测量器及测量方法，该测量装置结构简单、操作方便，通过路程传感器对由推力推动的弹簧的弹性变化路程进行采集和检测，并通过力与反作用力的原理计算出发动机的推力大小，能够实时监测发动机推力的变化。

本发明的技术方案是：

一种活塞式发动机输出推力测量器，包括可移动式底座，所述的底座上一侧固定设置有控制平台，所述的底座上还设置有支撑平台，所述的支撑平台上固定设置有支撑架和数据处理单元，所述的支撑架上固定设置有用于固定发动机的固定架，所述的支撑平台与底座之间设置有减震感应单元，所述的减震感应单元包括用于对支撑平台移动位移进行采集的路程感应器，所述的路程感应器与所述的数据处理单元连接将采集的数据传递给所述的数据处理单元，所述的数据处理单元与控制平台通过通讯线连接将处理结果在控制平台上显示。

具体的，所述的减震感应单元有四个，分别位于支撑平台的下表面四个角处，每个所述的减震感应单元包括用于安装固定轴的位于固定轴两端的两个固定座，所述的固定轴上滑动设置有沿固定轴滑动的滑块，所述的滑块上表面与支撑平台固定连接，所述的滑块的两侧分别设置有弹簧，弹簧环套在固定轴上且一端同时顶着滑块，所述的滑块上安装有路程感应器。

具体的，同侧的所述减震感应单元位于同一水平线上，所述的路程感应器位于滑块上的位置相同。

具体的，所述的可移动式底座的下表面四个角处分别安装有万向轮。

具体的，所述的控制平台包括有用于存储数据的存储单元。

具体的，所述的滑块中部设置有通孔，所述的固定轴贯穿该通孔。

如上所述的活塞式发动机输出推力测量器的测量方法，包括如下步骤：

S1、安装装置，将待测量的活塞式发动机安装在固定架上；

S2、启动控制平台，此时活塞式发动机尚未启动，路程感应器所处的位置为初始位置标记为X₀，并将该位置信息发送到数据处理单元，经数据处理单元处理后显示在控制平台上，此时推力为0；

S3、启动发动机，活塞式发动机在∆t时间内转速加减过程中带动支撑平台做水平方向运动，并挤压弹簧，每个路程感应器此时所处的位置标记为实时位置Xa，当时间变化∆t取极小值时，该力系看做在极短时间内做匀速直线运动的平衡力系，所以在时间点t_a，根据所使用的弹簧的劲度系数k，得弹簧的反作用力F_反=4×k×（Xa－X₀），则推出该发动机的输出推力为F=F_反=4×k×（Xa－X₀）；

S4、当待测活塞式发动机停留在选定转速运转时，该力系处于相对静止状态，力系平衡，每个路程感应器所处的位置标记实时位置X_b，则此时发动机输出推力既F=F反=4×k×（X_b－X₀）；

S5、测试完成，停止发动机，停止控制平台。

目前的活塞式螺旋桨发动机推力测量技术，主要采用基于发动机台架的地面静推力试验以及风洞试验。在地面静止环境下，进行发动机推力试验，测量并记录得到发动机静推力数据；在风洞吹风环境下，模拟实际飞行状态，测量并记录得到发动机动推力数据。单纯进行地面静推力试验，无法得到动推力数据；而为得到动推力数据进行风洞试验，又要花费大量的时间与资金。在具体的实现技术上，传统的地面试验台架采用S型拉压力传感器检测采集压力信号。工作机理为，S型拉压力传感器在发动机推力作用下发生变形，安装在其内部的高精度电阻应变片因其发生形变而引起阻值发生变化，在外界激励电压影响下，输出相应模拟电流信号，通过检测模拟电流信号计算得到压力数值大小。这种检测方式的优点是技术成熟、简便可靠，但是由于其结构复杂，难以将其直接移植到飞机机体进行发动机推力测量。

本发明的有益效果是：本发明包括底座、控制平台及支撑平台，支撑平台上固定设置有支撑架和数据处理单元，支撑平台与底座之间设置减震感应单元，减震感应单元包括用于对支撑平台移动位移进行采集的路程感应器，所述的路程感应器与所述的数据处理单元7连接将采集的数据传递给所述的所述的数据处理单元，所述的数据处理单元7与控制平台1通过通讯线连接将测处理结果在控制平台上显示，通过在减震系统中加装感应器，当发动机启动运转后，感应器感应并测量减震系统中弹簧的形变，同时将测量数据上传到数据处理中心；数据处理中心根据感应器上传数据进行比对、计算，得出发动机实时输出的推力，并将结果输出到显示操作单元；显示操作单元接收数据后，将数据显示在控制平台的屏幕上，并将数据记录在储存单元中。本发明提供的设备结构简单，操作方便，使用该设备进行测量发动机推力的方法简便、准确度高，降低了试验成本，避免了能源浪费。

附图说明

图1为本发明提供测量装置的结构示意图；

图2为图1局部放大结构示意图；

图3为图1的侧视结构示意图。

1显示操作控制单元、2底座、3支撑平台、4支撑架、5固定架、6减震感应单元、7数据处理单元、8固定座、9弹簧、10固定轴、11滑块、12路程感应器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1

如图1和3所示为本实施例提供的一种活塞式发动机输出推力测量器的结构示意图，包括可移动式底座2，所述的底座2上一侧固定设置有控制平台1，所述的底座2上还设置有支撑平台3，所述的支撑平台3上固定设置有支撑架4和数据处理单元7，所述的支撑架4上固定设置有用于固定发动机的固定架5，所述的支撑平台3与底座2之间设置有减震感应单元6，所述的减震感应单元6包括用于对支撑平台移动位移进行采集的路程感应器12，所述的路程感应器12与所述的数据处理单元7连接将采集的数据传递给所述的数据处理单元7，所述的数据处理单元7与控制平台1通过通讯线连接将处理结果在控制平台1上显示，所述的控制平台1包括有用于存储数据的存储单元。为了增加移动的方便性，所述的可移动式底座2的下表面四个角处分别安装有万向轮。

本实施例中所述的减震感应单元6有四个，分别位于支撑平台3的下表面四个角处，是为了使得支撑平台3在发动机运动的过程中移动的平稳，进而弹簧收缩一致，避免因弹簧收缩不一致影响的计算和误差产生。同侧的所述减震感应单元6位于同一水平线上，所述的路程感应器12位于滑块11上的位置相同。每个所述的减震感应单元6包括用于安装固定轴10的位于固定轴10两端的两个固定座8，如图2所示，所述的固定轴10上滑动设置有沿固定轴10滑动的滑块11，所述的滑块11上表面与支撑平台3固定连接，所述的滑块11的两侧分别设置有弹簧9，所述的滑块11中部设置有通孔，所述的固定轴10贯穿该通孔，弹簧9环套在固定轴10上且一端同时顶着滑块11，所述的滑块11上安装有路程感应器12。发动机启动运转过程中会带动支撑平台3向左侧运动，滑块11会推动弹簧在固定轴10上移动，由于弹簧的反弹特性使得滑块11移动的距离不至于过大，所以在生产支撑平台3时不需要特别大的距离，只要弹簧9的弹性系数满足待测发动机动力的需要即可，对于制作结构简单的设备有支撑性作用。

本实施例将对ROTAX914活塞式发动机的推力进行测量。如上所述的活塞式发动机输出推力测量器的测量方法，包括如下步骤：

S1、安装装置，将待测量的ROTAX914活塞式发动机安装在固定架5上；

S2、启动控制平台1，此时活塞式发动机尚未启动，路程感应器12所处的位置为初始位置标记为X₀，并将该位置信息发送到数据处理单元7，经数据处理单元7处理后显示在控制平台1上，此时推力为0；

S3、启动发动机，活塞式发动机在∆t时间内转速加减过程中带动支撑平台3做水平方向运动，并挤压弹簧，每个路程感应器12此时所处的位置标记为实时位置Xa，当时间变化∆t取极小值时，该力系看做在极短时间内做匀速直线运动的平衡力系，所以在时间点t_a，根据所使用的弹簧9的劲度系数k，得弹簧9的反作用力F_反=4×k×（Xa－X₀），则推出该发动机的输出推力为F=F_反=4×k×（Xa－X₀）；

S4、当待测活塞式发动机停留在选定转速运转时，该力系处于相对静止状态，力系平衡，每个路程感应器12所处的位置标记实时位置X_b，则此时发动机输出推力既F=F反=4×k×（X_b－X₀）；

S5、测试完成，停止发动机，停止控制平台1。

本发明通过在减震系统中加装感应器，当发动机启动运转后，感应器感应并测量减震系统中弹簧的形变，同时将测量数据上传到数据处理中心；数据处理中心根据感应器上传数据进行比对、计算，得出发动机实时输出的推力，并将结果输出到显示操作单元；显示操作单元接收数据后，将数据显示在控制平台的屏幕上，并将数据记录在储存单元中。本发明提供的设备结构简单，操作方便，使用该设备进行测量发动机推力的方法简便、准确度高，降低了试验成本，避免了能源浪费。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种活塞式发动机输出推力测量器，包括可移动式底座（2），其特征在于，所述的底座（2）上一侧固定设置有控制平台（1），所述的底座（2）上还设置有支撑平台（3），所述的支撑平台（3）上固定设置有支撑架（4）和数据处理单元（7），所述的支撑架（4）上固定设置有用于固定发动机的固定架（5），所述的支撑平台（3）与底座（2）之间设置有减震感应单元（6），所述的减震感应单元（6）包括用于对支撑平台移动位移进行采集的路程感应器（12），所述的路程感应器（12）与所述的数据处理单元（7）连接将采集的数据传递给所述的数据处理单元（7），所述的数据处理单元（7）与控制平台（1）通过通讯线连接将处理结果在控制平台（1）上显示；

所述的减震感应单元（6）有四个，分别位于支撑平台（3）的下表面四个角处，每个所述的减震感应单元（6）包括用于安装固定轴（10）的位于固定轴（10）两端的两个固定座（8），所述的固定轴（10）上滑动设置有沿固定轴（10）滑动的滑块（11），所述的滑块（11）上表面与支撑平台（3）固定连接，所述的滑块（11）的两侧分别设置有弹簧（9），弹簧（9）环套在固定轴（10）上且一端同时顶着滑块（11），所述的滑块（11）上安装有路程感应器（12）。

2.根据权利要求1所述活塞式发动机输出推力测量器，其特征在于，同侧的所述减震感应单元（6）位于同一水平线上，所述的路程感应器（12）位于滑块（11）上的位置相同。

3.根据权利要求1所述活塞式发动机输出推力测量器，其特征在于，所述的可移动式底座（2）的下表面四个角处分别安装有万向轮。

4.根据权利要求1所述活塞式发动机输出推力测量器，其特征在于，所述的控制平台（1）包括有用于存储数据的存储单元。

5.根据权利要求2所述活塞式发动机输出推力测量器，其特征在于，所述的滑块（11）中部设置有通孔，所述的固定轴（10）贯穿该通孔。

6.如上所述权利要求1至5任意一项权利要求所述的活塞式发动机输出推力测量器的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、安装装置，将待测量的活塞式发动机安装在固定架（5）上；

S2、启动控制平台（1），此时活塞式发动机尚未启动，路程感应器（12）所处的位置为初始位置标记为X₀，并将该位置信息发送到数据处理单元（7），经数据处理单元（7）处理后显示在控制平台（1）上，此时推力为0；

S3、启动发动机，活塞式发动机在∆t时间内转速加减过程中带动支撑平台（3）做水平方向运动，并挤压弹簧，每个路程感应器（12）此时所处的位置标记为实时位置Xa，当时间变化∆t取极小值时，该力系看做在极短时间内做匀速直线运动的平衡力系，所以在时间点t_a，根据所使用的弹簧（9）的劲度系数k，得弹簧（9）的反作用力F_反=4×k×（Xa－X₀），则推出该发动机的输出推力为F=F_反=4×k×（Xa－X₀）；

S4、当待测活塞式发动机停留在选定转速运转时，该力系处于相对静止状态，力系平衡，每个路程感应器（12）所处的位置标记实时位置X_b，则此时发动机输出推力既F=F反=4×k×（X_b－X₀）；

S5、测试完成，停止发动机，停止控制平台（1）。

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