CN111409857A - 一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及是一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，包括支撑底座、测试支撑机构、发动机动力机构和发动机测试机构，所述支撑底座水平放置，其上固定连接所述测试支撑机构，所述发动机动力机构和发动机测试机构均固定在所述测试支撑机构上，其中测试支撑机构设有上下分层结构，避免了发动机对传感器的振动影响，且发动机动力机构中采用两组支撑机构，使得发动机重心在两支撑机构之间，避免了悬臂结构，本发明解决了现有技术的测量过程中转矩和升力测量结果的误差较大的问题，提升了测量精度，避免了测试过程中发动机对测量结果的影响。

Description

一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体的说是一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置。

背景技术

近年来，随着民用无人机的迅猛发展，飞行器动力系统被应用得越来越多，但对于发动机的转矩及升力的测试方法不多，且测试效果不佳。常规的技术都是在发动机尾部加装一根转轴，然后将转轴装在直线轴承座里面，转轴既可旋转又可轴向移动，由于是悬臂结构，会在直线轴承部位产生很大的力矩，从而导致摩擦力很大，测量转矩和升力的误差大。当这种常规的技术应用到长度较长的发动机上时，由于安装位置距离尾部很长，会导致形成更大的力矩。

中国专利文献CN104483053B公开了一种小型发动机转矩测量装置，属于发动机性能测试的技术领域。所述装置包括螺旋桨、待测发动机、连接螺杆、双臂钢板、支承轴承、支撑光杆、压力传感器、总支撑板、有滑动导轨的台架、压力板、舵机和拉力计；其中，螺旋桨、待测发动机、连接螺杆、双臂钢板和支撑光杆构成悬臂系统，支承轴承、总支撑板和有滑动导轨的台架构成支撑系统，悬臂系统可以绕支撑光杆轴线自由旋转。本发明对于常用扭矩测量仪无法准确测量的小功率航模发动机的扭矩特性能进行较为准确的测量，同时能够测量发动机推力，但该装置采用悬臂结构，直线轴承受到很大的力矩，导致摩擦力增大，从而使测量转矩和升力的误差增大，并且该装置内发动机与传感器固定在一起，当发动机工作时，产生振动对传感器测量造成影响，降低测量精度。

中国专利文献CN106828971B公开了一种测量单涵道及单涵道飞行器升力的实验装置，主要包括涵道实验样机、实验车底座、导柱滑槽、多根导柱、螺丝穿孔、固定套、拉力测量器和系留电缆。其特征在于：涵道实验样机为单涵道式，安装于试验车底座上；实验车底座为三角形，试验车底座的三条梁上有导柱滑槽；三根导柱分别安装在试验车底座的三条导柱滑槽上；每根导柱上隔一定距离设置有螺丝穿孔；固定套套在每根导柱上，螺丝穿孔将固定套固定；固定套和涵道实验样机之间安装有拉力测量器；系留电缆连接在涵道实验样机上。本发明结构简单，能够提高实验测试效率和降低试验测试成本，但该装置测试过程中晃动较大，测量误差较大，且该装置无法测量发动机的扭矩。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明公布了一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，本发明解决了现有技术的测量过程中转矩和升力测量结果的误差较大的问题，避免了测试过程中发动机震动增加测量误差，提升了测量精度。

本发明所公开的具体的技术方案如下：一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，包括发动机测试机构和测试支撑机构。

所述测试支撑机构包括发动机支撑座和传感器支撑座，所述发动机支撑座与所述传感器支撑座分层设置，所述发动机支撑座位于上层，且所述发动机支撑座上方设置有用以固定发动机的发动机固定座，所述发动机支撑座与所述发动机固定座之间滚动连接，当然也可采用摩擦力小的滑动连接方式。

压力块呈T型结构，是一种将发动机的转矩传递至旋转压力传感器，以便于测得发动机转矩的部件。

所述发动机测试机构包括转矩测试机构和升力测试机构，所述转矩测试机构包括压力块和旋转压力传感器，所述压力块位于发动机下方，与发动机固定连接，所述旋转压力传感器与所述传感器固定座固定连接，所述压力块与所述旋转压力传感器之间滚动连接；所述升力测试机构包括压力传感器，所述压力传感器有两组，相对设置在所述发动机固定座的尾部，并分别与所述传感器支撑座固定连接。

由于发动机在运行过程中产生振动，会造成传感器测量过程中读数不稳，甚至损毁传感器内部结构，使传感器寿命降低，因此本装置中通过采用双层固定结构，将发动机与传感器分层固定，避免发动机振动对传感器造成影响，提高测量精度，同时延长传感器使用寿命。同时通过设置在装置中的旋转压力传感器和压力传感器可分别测量出发动机产生的扭矩和升力。

进一步的，所述发动机固定座上设有多组支撑座，所述支撑座上设置有轴线重合的轴孔，所述发动机可旋转的固定在所述轴孔内，且发动机与所述轴孔同轴。

进一步的，所述发动机与所述支撑座之间均设置有可旋转部件和发动机安装板，所述发动机安装板固定在所述发动机上对应相应支撑座的位置，所述可旋转部件，优选采用轴承零件，固定在所述发动机安装板和对应支撑座的间隙内。

上述结构中采用了多组支撑座，将发动机整体机身固定在发动机固定座上，避免了发动机悬空，也就避免了由于发动机自身重力原因造成下坠，对固定装置产生力矩，也避免对发动机周围的传感器产生力矩，使摩擦力增大，造成扭矩或压力测量不精确。

上述结构中扭矩测量原理为：发动机中螺旋桨运动时，会对发动机的机身产生反扭矩，造成发动机产生旋转的趋势，但由于旋转压力传感器的限制，发动机的旋转趋势转换成发动机上固定的压力块对旋转压力传感器的压力作用，从而测出压力块的压力数据，同时发动机旋转轴线与旋转压力传感器之间的距离固定，且可直接测得，因此通过旋转压力传感器所测得的压力数据乘以两者的距离，即可得到发动机的扭矩。

上述结构中升力测量原理：固定发动机的发动机固定座与发动机支撑座滑动固定，当发动机上螺旋桨运转产生升力，可带动发动机固定座向前运动，发动机固定座尾部对尾部设置的一组压力传感器产生压力作用，测得一组升力数据，即为发动机的升力。

进一步的，所述发动机上位于头部的发动机安装板设有向下延伸的竖向凸缘，所述竖向凸缘的表面与所述压力块固定连接；所述压力块与所述旋转压力传感器之间设有凸轮随动器，所述凸轮随动器固定在所述压力块上，且紧贴所述旋转压力传感器表面，由于凸轮随动器在旋转压力传感器表面滚动过程中摩擦力极小，进一步减小了尾部压力传感器的测量误差，提高了测量精度。

进一步的，所述发动机上位于中部及尾部的发动机安装板包括机身上安装板和机身下安装板，所述机身上安装板和所述机身下安装板通过紧固螺栓夹紧固定发动机。

进一步的，所述发动机固定座的中部位置延伸出水平凸缘，所述发动机支撑座上设有两组限制发动机单元位移的限位块，位于所述水平凸缘的两侧，通过紧固螺栓固定在所述发动机支撑座表面上，该结构为安全限位装置，防止螺栓松动后，发动机滑出掉落。

进一步的，所述测试支撑机构还包括底座、发动机支撑立柱和传感器支撑立柱，所述发动机支撑立柱和所述传感器支撑立柱均垂直固定在所述底座表面，所述发动机支撑立柱垂直连接所述发动机支撑座，所述传感器支撑立柱垂直连接所述传感器支撑座，该装置内采用双立柱结构，最大程度的减小了发动机振动对传感器造成的影响。

进一步的，所述发动机固定座下表面与所述发动机支撑座上表面之间采用滚动直线导轨连接，所述直线导轨也采用其他摩擦力小的直线导轨。

进一步的，所述发动机固定座的尾部设有方形孔，所述方形孔上设有窄边，所述窄边位于两组压力传感器之间，其中安装两组压力传感器是因为要测试不同的螺旋桨，有的螺旋桨是正桨，有的是反桨，正桨和反桨产生的力的方向不同。通过窄边结构对其中一组压力传感器产生的压力，可以直接通过传感器读出的一组压力数据，即可计算出发动机的升力。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

1)本发明将发动机通过多组支撑座固定机身，使得发动机重心在支撑座之间，避免悬臂结构带来的力矩和附加摩擦力，也避免了对固定装置和传感器造成损毁，降低了测量误差，既提高了测量数据的精确度，也延长了装置使用寿命。

2)本发明将传感器和发动机单独分开，且采用上下分层结构，将发动机与传感器分别安装，避免了发动机的振动对传感器的影响，进一步提高了测量精度。

3)本发明中发动机与支撑座之间设有可旋转部件，避免两者直接接触产生摩擦力，降低扭矩测量精度。

4)本发明将整个测量转矩的机构安装在直线导轨上，使得发动机保持旋转趋势，同时整个测量转矩的机构有沿直线导轨方向运动的趋势，可以同时测量转矩和拉力，增强装置实用性。

5)本发明采用的单根直线导轨，避免了双根导轨安装时两根导轨不平行，安装高度不一致带来的摩擦阻力大的问题，进一步提升了发动机升力测量精度。

附图说明

图1是本发明实施例中一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置的立体结构图；

图2是本发明实施例中一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置的侧视结构图；

图3是图2中A向的剖视图；

图4是图3中B部的局部视图；

图5是本发明实施例中一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置的侧向剖视图；

图6是图5中C部的局部视图

图7是本发明实施例中发动机安装板的结构图；

1-支撑底座、2-测试支撑机构、201-底座、202-发动机支撑立柱、203-传感器支撑立柱、204-发动机支撑座、20411-限位块、205-传感器支撑座、3-发动机动力机构、301-螺旋桨、302-第一支撑座、303-发动机安装板、304-发动机、305-第二支撑座、306-机身上安装板、307-机身下安装板、308-发动机固定座、309-第一轴承、310-第二轴承、4-发动机测试机构、401-压力传感器安装板、402-压力传感器、403-压力块、404-旋转压力传感器安装板、405-旋转压力传感器、406-凸轮随动器、5-直线导轨。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

结合图1-7所示，一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，包括支撑底座1、测试支撑机构2、发动机动力机构3和发动机测试机构4，所述支撑底座1水平放置，其上固定连接所述测试支撑机构2，所述发动机动力机构3和发动机测试机构4均固定在所述测试支撑机构2上，

所述测试支撑机构2包括底座201、发动机支撑座204、发动机支撑立柱202、传感器支撑座205和传感器支撑立柱203，所述底座201固定在所述支撑底座1表面；所述发动机支撑座204位于所述底座201正上方，通过多根发动机支撑立柱202将所述发动机支撑座204和所述底座201固定连接；所述传感器支撑座205位于所述发动机支撑座204正下方，且通过多根传感器支撑立柱203与所述底座201固定连接，

所述发动机动力机构3包括螺旋桨301、发动机304、发动机固定座308、第一支撑座302和第二支撑座305，所述发动机固定座308滚动连接在所述发动机支撑座204上；所述发动机304通过所述第一支撑座302和第二支撑座305可旋转的固定在所述发动机固定座308上，所述发动机304的传动轴连接所述螺旋桨301，

所述发动机测试机构4包括转矩测试机构和升力测试机构，所述转矩测试机构包括压力块403、凸轮随动器406、旋转压力传感器安装板404和旋转压力传感器405，所述压力块403固定在所述发动机304下方，随发动机一起旋转，所述旋转压力传感器安装板404固定在所述传感器支撑座205表面，其顶部固定所述旋转压力传感器405，正对所述旋转压力传感器405位置设有凸轮随动器406，所述凸轮随动器406固定在所述压力块403上；所述升力测试机构包括压力传感器安装板401和压力传感器402，所述压力传感器402有两组，相对设置在所述发动机固定座308的尾部，并分别固定在一组压力传感器安装板401上，所述压力传感器安装板401通过螺栓固定在所述传感器支撑座205表面。

所述发动机304与所述第一支撑座302之间设置有第一轴承309和发动机安装板303，所述发动机安装板303套设固定在所述发动机304上对应所述第一支撑座302的位置，所述第一轴承309固定在所述发动机安装板303与所述第一支撑座302的间隙内；所述发动机304与所述第二支撑座305之间设置有第二轴承310、机身上安装板306和机身下安装板307，所述机身上安装板306与所述机身下安装板307配合固定在所述发动机304上对应所述第二支撑座305的位置，所述第二轴承310固定在所述第二支撑座305与所述机身上安装板306和机身下安装板307的间隙内。

所述发动机安装板303的下方设有竖向凸缘，所述竖向凸缘的表面与所述压力块403固定连接。

所述发动机固定座308的中部侧面延伸出水平凸缘。

所述发动机支撑座204上设有两组限制发动机单元位移的限位块20411，所述限位块呈T型，位于所述水平凸缘的两侧，且通过紧固螺栓固定在所述发动机支撑座204表面。

所述发动机支撑座204表面设有矩形孔，所述矩形孔位置正对所述压力传感器安装板401。

所述发动机固定座308下表面与所述发动机支撑座204上表面之间采用直线导轨5连接，优选的，所述直线导轨5优选采用滚动直线导轨。

所述发动机固定座308的尾部设有方形孔，其中一组压力传感器402和压力传感器安装板401位于所述方形孔内。

所述方形孔的后端设有窄边，所述窄边位于两组压力传感器402之间。

本发明中该装置的运行原理为：发动机带动螺旋桨转动时，会对发动机自身产生反扭矩，发动机产生转动趋势，通过旋转压力传感器限制发动机的转动趋势，同时将该转动趋势转化为压力块对旋转压力传感器的压力作用，即可测得一组压力数据，之后可测量发动机轴线与旋转压力传感器的轴线距离，并以所测得的压力数据乘以轴线距离，即可得到扭矩；与此同时，螺旋桨转动产生升力，带动发动机及发动机固定座向前滑动，通过发动机固定座尾部对压力传感器产生的压力，可测得一组压力数据，即可得到发动机升力数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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之内。

Claims (10)

1.一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，包括发动机测试机构和测试支撑机构，其特征为：

所述测试支撑机构包括发动机支撑座和传感器支撑座，所述发动机支撑座与所述传感器支撑座分层设置，所述发动机支撑座位于上层，且所述发动机支撑座上方设置有用以固定发动机的发动机固定座，所述发动机支撑座与所述发动机固定座之间滚动连接；

所述发动机测试机构包括转矩测试机构和升力测试机构，所述转矩测试机构包括压力块和旋转压力传感器，所述压力块位于发动机下方，与发动机固定连接，所述旋转压力传感器与所述传感器固定座固定连接，所述压力块与所述旋转压力传感器之间滚动连接；所述升力测试机构包括压力传感器，所述压力传感器有两组，相对设置在所述发动机固定座的尾部，并分别与所述传感器支撑座固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，其特征为：所述发动机固定座上设有多组支撑座，所述支撑座上设置有轴线重合的轴孔，所述发动机可旋转的固定在所述轴孔内，且发动机与所述轴孔同轴。

3.根据权利要求2所述的一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，其特征为：所述发动机与所述支撑座之间均设置有可旋转部件和发动机安装板，所述发动机安装板固定在所述发动机上对应相应支撑座的位置，所述可旋转部件固定在所述发动机安装板和对应支撑座的间隙内。

4.根据权利要求3所述的一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，其特征为：所述发动机上位于头部的发动机安装板设有向下延伸的竖向凸缘，所述竖向凸缘的表面与所述压力块固定连接；所述压力块与所述旋转压力传感器之间设有凸轮随动器，所述凸轮随动器固定在所述压力块上，且紧贴所述旋转压力传感器表面。

5.根据权利要求4所述的一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，其特征为：所述发动机上位于中部及尾部的发动机安装板包括机身上安装板和机身下安装板，所述机身上安装板和所述机身下安装板通过紧固螺栓夹紧固定发动机。

6.根据权利要求5所述的一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，其特征为：所述发动机固定座的中部位置延伸出水平凸缘，所述发动机支撑座上设有两组限制发动机单元位移的限位块，位于所述水平凸缘的两侧，通过紧固螺栓固定在所述发动机支撑座表面上。

7.根据权利要求6所述的一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，其特征为：所述测试支撑机构还包括底座、发动机支撑立柱和传感器支撑立柱，所述发动机支撑立柱和所述传感器支撑立柱均垂直固定在所述底座表面，所述发动机支撑立柱垂直连接所述发动机支撑座，所述传感器支撑立柱垂直连接所述传感器支撑座。

8.根据权利要求7所述的一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，其特征为：所述发动机固定座下表面与所述发动机支撑座上表面之间采用滚动直线导轨连接。

9.根据权利要求8所述的一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，其特征为：所述发动机固定座的尾部设有方形孔，所述方形孔上设有窄边，所述窄边位于两组压力传感器之间。

10.根据权利要求9所述的一种飞行器动力系统转矩和升力的测量装置，其特征为：所述可旋转部件采用轴承零件。

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