CN111442902A - 一种复合式六分量螺旋桨试验天平 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式六分量螺旋桨试验天平，包括螺旋桨安装端，所述螺旋桨安装端一侧设置有天平前部测量环，所述螺旋桨安装端另一侧设置有天平后部测量环，所述天平前部测量环、所述天平后部测量环内侧设置有天平固定环，所述天平前部测量环、所述天平后部测量环相对于所述螺旋桨安装端完全对称，所述天平前部测量环、所述天平后部测量环上下端与所述天平固定环连接。本发明采用了内外层复合式结构，天平沿轴线长度极大缩减，内外径之间需要的安装空间要求降低，可以在保持涡扇、涡桨发动机原有缩比的条件下完成螺旋桨六个分量的测量，有效弥补了传统环式天平的不足，具有很高的应用价值。

Description

一种复合式六分量螺旋桨试验天平

技术领域

本发明涉及航空航天测力试验空气动力测量技术领域，特别是涉及一种复合式六分量螺旋桨试验天平。

背景技术

天平是空气动力测力试验中的关键测量装置，用于测量作用在试验模型上的空气动力载荷(力与力矩)的大小、方向和作用点。在涉及螺旋桨空气动力测量试验时，由于模型结构复杂，支撑轴的内部空腔需要安装转轴等动力系统，天平安装空间严重受限，而通常的六分量环式测力天平体积太大，需要通过改变螺旋桨尺寸和支撑轴尺寸，扩大天平安装空间或者采用单分量或者二分量的较小体积天平进行测力，造成了试验几何模拟度较低以及试验数据不全面等问题，影响试验结果。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种复合式六分量螺旋桨试验天平，本发明采用了内外层复合式结构，天平沿轴线长度极大缩减，内外径之间需要的安装空间要求降低，可以在保持涡扇、涡桨发动机原有缩比的条件下完成螺旋桨六个分量的测量，有效弥补了传统环式天平的不足，具有很高的应用价值。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种复合式六分量螺旋桨试验天平，包括螺旋桨安装端，所述螺旋桨安装端一侧设置有天平前部测量环，所述螺旋桨安装端另一侧设置有天平后部测量环，所述天平前部测量环、所述天平后部测量环内侧设置有天平固定环，所述天平前部测量环、所述天平后部测量环相对于所述螺旋桨安装端完全对称，所述天平前部测量环、所述天平后部测量环上下端与所述天平固定环连接，所述天平前部测量环、所述天平后部测量环前后端与所述螺旋桨安装端连接，所述天平前部测量环、所述天平后部测量环上分别设置有四个天平前部测量环上的测量元件、天平后部测量环上的测量元件。

进一步设置：所述天平前部测量环、所述螺旋桨安装端、所述天平后部测量环、所述天平固定环、所述天平前部测量环上的测量元件、所述天平后部测量环上的测量元件为一体结构，为整块合金钢材料制成。

如此设置，提高整体的结构强度和动态稳定性，使产生变形小。

进一步设置：所述天平前部测量环上的测量元件、所述天平后部测量环上的测量元件分别位于所述天平前部测量环、所述天平后部测量环径向轴线倾斜±°上，且所述天平前部测量环上的测量元件、所述天平后部测量环上的测量元件外表面上对称粘贴电阻应变计并组成惠斯通电桥。

如此设置，使测量更满足使用需求，不仅可以在静态下使用，同时可以在动态下使用。

进一步设置：所述螺旋桨安装端、所述天平前部测量环、所述天平后部测量环、所述天平固定环呈圆盘状结构，且中心位置呈中空状。

如此设置，便于内部穿过支撑轴，方便安装定位，使得中间通气或者安装转轴更加容易，可对多个螺旋桨分别进行测力的试验同时进行测力，节省成本，增强了试验能力。

进一步设置：所述螺旋桨安装端上均匀设置有通孔，所述天平前部测量环、所述天平后部测量环靠外侧端面上均匀设置有螺孔。

如此设置，便于使所述螺旋桨安装端与螺旋桨或其它测力模型进行连接固定。

进一步设置：所述天平固定环内侧设置有键槽。

如此设置，使所述天平固定环便于与测量轴进行连接。

应用所述的一种复合式六分量螺旋桨试验天平，包括复合式六分量螺旋桨试验天平，所述复合式六分量螺旋桨试验天平设置在支撑轴上，所述复合式六分量螺旋桨试验天平外径上安装有螺旋桨，所述支撑轴内部设置有内部管道，所述内部管道用来安装另一组风扇转轴，所述复合式六分量螺旋桨试验天平与所述螺旋桨通过螺栓连接，所述复合式六分量螺旋桨试验天平与所述支撑轴通过键连接，便于使所述复合式六分量螺旋桨试验天平安装固定。

进一步设置：所述复合式六分量螺旋桨试验天平上粘贴有40个电阻应变计，且所有电阻应变计组成7个惠斯通电桥。

如此设置，使所有电阻应变计通过组合方式完成六个分量载荷测量。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本天平结构独特，突破了传统杆式风洞天平结构的局限，天平尺寸有效缩短，降低了天平安装空间要求；天平刚度和稳定性相对较好，静态和动态试验均能使用，可以在涡扇、涡桨发动机带动力测力试验中保持原有缩比模型条件下完成螺旋桨六分量气动力测量，也可以用于其它需要中间通气或者安装转轴的试验中模型气动力的测量，能满足更多测力试验需求。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述一种复合式六分量螺旋桨试验天平的轴测图；

图2是本发明所述一种复合式六分量螺旋桨试验天平的主视结构示意图；

图3是本发明所述一种复合式六分量螺旋桨试验天平的左视结构示意图；

图4是本发明所述一种复合式六分量螺旋桨试验天平的右视结构示意图；

图5是图2的A-A剖视结构示意图；

图6是图2的B-B剖视结构示意图；

图7是图2的C-C剖视结构示意图；

图8是本发明所述一种复合式六分量螺旋桨试验天平的典型应用装配示意图；

图9是本发明所述一种复合式六分量螺旋桨试验天平的应变计粘贴位置及惠斯通电桥组桥方法示意图。

附图标记说明如下：

1、天平前部测量环；2、螺旋桨安装端；3、天平后部测量环；4、天平固定环；5、天平前部测量环上的测量元件；6、天平后部测量环上的测量元件；7、螺旋桨；8、复合式六分量螺旋桨试验天平；9、支撑轴；10、内部管道。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系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装置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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-图7所示，一种复合式六分量螺旋桨试验天平，包括螺旋桨安装端2，螺旋桨安装端2一侧设置有天平前部测量环1，螺旋桨安装端2另一侧设置有天平后部测量环3，天平前部测量环1、天平后部测量环3内侧设置有天平固定环4，便于对天平进行固定支撑，天平前部测量环1、天平后部测量环3相对于螺旋桨安装端2完全对称，天平前部测量环1、天平后部测量环3上下端与天平固定环4连接，天平前部测量环1、天平后部测量环3前后端与螺旋桨安装端2连接，天平前部测量环1、天平后部测量环3上分别设置有四个天平前部测量环上的测量元件5、天平后部测量环上的测量元件6。

优选的：天平前部测量环1、螺旋桨安装端2、天平后部测量环3、天平固定环4、天平前部测量环上的测量元件5、天平后部测量环上的测量元件6为一体结构，由整块合金钢材料制成，提高整体的结构强度和动态稳定性，使产生变形小；天平前部测量环上的测量元件5、天平后部测量环上的测量元件6分别位于天平前部测量环1、天平后部测量环3径向轴线倾斜±45°上，且天平前部测量环上的测量元件5、天平后部测量环上的测量元件6外表面上对称粘贴电阻应变计并组成惠斯通电桥，使测量更满足使用需求，不仅可以在静态下使用，同时可以在动态下使用；螺旋桨安装端2、天平前部测量环1、天平后部测量环3、天平固定环4呈圆盘状结构，且中心位置呈中空状，便于内部穿过支撑轴9，方便安装定位，使得中间通气或者安装转轴更加容易，可对多个螺旋桨7分别进行测力的试验同时进行测力，节省成本，增强了试验能力；螺旋桨安装端2上均匀设置有通孔，天平前部测量环1、天平后部测量环3靠外侧端面上均匀设置有螺孔，便于使螺旋桨安装端2与螺旋桨或其它测力模型进行连接固定；天平固定环4内侧设置有键槽，使天平固定环4便于与测量轴进行连接。

如图8-9所示，应用的一种复合式六分量螺旋桨试验天平，包括复合式六分量螺旋桨试验天平8，复合式六分量螺旋桨试验天平8设置在支撑轴9上，复合式六分量螺旋桨试验天平8外径上安装有螺旋桨7，支撑轴9内部设置有内部管道10，复合式六分量螺旋桨试验天平8与螺旋桨7通过螺栓连接，复合式六分量螺旋桨试验天平8与支撑轴9通过键连接。

优选的：复合式六分量螺旋桨试验天平8上粘贴有40个电阻应变计，且所有电阻应变计组成7个惠斯通电桥，使所有电阻应变计通过组合方式完成六个分量载荷测量。

本发明工作原理及使用流程：通过将螺旋桨安装端2固定在螺旋桨或其它测力试验模型上，天平固定环4内侧安装有支撑轴9，天平固定环4、天平前部测量环1和天平后部测量环3、螺旋桨安装端2三者组成一个复合式悬臂梁结构，然后通过力矩天平原理完成测力；测力试验中，作用在螺旋桨7上的气动力通过螺旋桨安装端2传递至天平前部测量环1和天平后部测量环3，使其上的天平前部测量环上的测量元件5、天平后部测量环上的测量元件6产生变形，粘贴于天平前部测量环上的测量元件5、天平后部测量环上的测量元件6表面上的惠斯顿电桥失去原有的平衡从而产生电压信号增量，通过电桥输出电压与所受载荷之间的对应关系完成气动力测量；

实际应用时，先通过地面静态校准获得天平工作公式，然后在试验中将各分量的信号增量带入到天平工作公式中获得测力模型各分量气动力。未进行干扰分量修正的各分量计算公式为：

Y＝K₁·K₂·(U_M3+U_M4),M_Z＝K₁·K₂·(U_M4-U_M3),X＝K₁·K₂·(U_M5+U_M6),

M_x＝K₁·K₂·U_M7,Z＝K₁·K₂·(U_M1+U_M2),M_y＝K₁·K₂·(U_M1-U_M2).

其中Y、M_Z、X、M_x、Z和M_y为测量的六个分量载荷，K₁为天平校准主项系数，K₂为电压修正系数，U_M1、U_M2、U_M3、U_M4、U_M5、U_M6、U_M7分别是7个惠斯通电桥的输出电压。实际应用中可以根据试验精度要求对结果进行一次和二次干扰分量修正并迭代。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种复合式六分量螺旋桨试验天平，其特征在于：包括螺旋桨安装端(2)，所述螺旋桨安装端(2)一侧设置有天平前部测量环(1)，所述螺旋桨安装端(2)另一侧设置有天平后部测量环(3)，所述天平前部测量环(1)、所述天平后部测量环(3)内侧设置有天平固定环(4)，所述天平前部测量环(1)、所述天平后部测量环(3)相对于所述螺旋桨安装端(2)完全对称，所述天平前部测量环(1)、所述天平后部测量环(3)上下端与所述天平固定环(4)连接，所述天平前部测量环(1)、所述天平后部测量环(3)前后端与所述螺旋桨安装端(2)连接，所述天平前部测量环(1)、所述天平后部测量环(3)上分别设置有四个天平前部测量环上的测量元件(5)、天平后部测量环上的测量元件(6)。

2.根据权利要求1所述的一种复合式六分量螺旋桨试验天平，其特征在于：所述天平前部测量环(1)、所述螺旋桨安装端(2)、所述天平后部测量环(3)、所述天平固定环(4)、所述天平前部测量环上的测量元件(5)、所述天平后部测量环上的测量元件(6)为一体结构，由整块合金钢材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种复合式六分量螺旋桨试验天平，其特征在于：所述天平前部测量环上的测量元件(5)、所述天平后部测量环上的测量元件(6)分别位于所述天平前部测量环(1)、所述天平后部测量环(3)径向轴线倾斜±(45)°上，且所述天平前部测量环上的测量元件(5)、所述天平后部测量环上的测量元件(6)外表面上对称粘贴电阻应变计并组成惠斯通电桥。

4.根据权利要求1所述的一种复合式六分量螺旋桨试验天平，其特征在于：所述螺旋桨安装端(2)、所述天平前部测量环(1)、所述天平后部测量环(3)、所述天平固定环(4)呈圆盘状结构，且中心位置呈中空状。

5.根据权利要求1所述的一种复合式六分量螺旋桨试验天平，其特征在于：所述螺旋桨安装端(2)上均匀设置有通孔，所述天平前部测量环(1)、所述天平后部测量环(3)靠外侧端面上均匀设置有螺孔。

6.根据权利要求1所述的一种复合式六分量螺旋桨试验天平，其特征在于：所述天平固定环(4)内侧设置有键槽。

7.应用所述的一种复合式六分量螺旋桨试验天平，其特征在于：包括复合式六分量螺旋桨试验天平(8)，所述复合式六分量螺旋桨试验天平(8)设置在支撑轴(9)上，所述复合式六分量螺旋桨试验天平(8)外径上安装有螺旋桨(7)，所述支撑轴(9)内部设置有内部管道(10)，所述复合式六分量螺旋桨试验天平(8)与所述螺旋桨(7)通过螺栓连接，所述复合式六分量螺旋桨试验天平(8)与所述支撑轴(9)通过键连接。

8.根据权利要求7所述的一种复合式六分量螺旋桨试验天平，其特征在于：所述复合式六分量螺旋桨试验天平(8)上粘贴有40个电阻应变计，且所有电阻应变计组成7个惠斯通电桥。

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