CN111537186A - 一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型及其制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型及其制作工艺，属于直升机风洞试验技术领域；该模型包括桨叶，该桨叶内部设置有扁形通道，该桨叶的表面设置有用于装配传感器的凹槽，该凹槽与扁形通道之间开设有走线孔以连通凹槽与扁形通道，通过走线孔以便于传感器装配在凹槽内将引线通过扁形通道引出；本发明解决了在保持桨叶当地型面的前提下内嵌动态压力传感器的问题，为通过风洞试验开展直升机旋翼桨叶模型表面脉动压力测量研究提供了重要的技术支撑，在旋翼高速旋转的工况下，可高质量的完成桨叶表面的动态压力测量，能够为开展直升机旋翼噪声和振动问题研究提供可靠性较高的数据。

Description

一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型及其制作工艺
技术领域
本发明涉及一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型及其制作工艺，属于直升机风洞试验技术领域。
背景技术
旋翼是直升机的关键部件，它提供直升机飞行所需的升力、推进力和操纵力。同时，旋翼又是直升机的振动和噪声源，在前飞时旋翼桨叶处于复杂的周期变化的气动环境中，从而产生周期性的非定常气动载荷，这些气动载荷是直升机振动问题的主要根源，同时，前飞时桨叶桨尖涡和后续桨叶的干扰是产生噪声的重要因素。因此，为了提高直升机的性能，减小振动、降低噪声，需要详细研究旋翼的气动载荷分布。
测量旋翼桨叶表面动态压力分布，是目前获得旋翼气动载荷分布的有效手段之一。桨叶上的压力分布测量结果可以提供桨叶各处的局部流动环境信息，而且，如果沿弦向进行足够多的压力测量，也能获得较好的局部升力和俯仰力矩系数结果。但由于直升机旋翼高速旋转，即使在相对稳定的悬停状态下，旋翼桨叶表面的压力分布也是非定常的，因此，测量桨叶上的表面动态压力需要采用特殊的技术手段。风洞试验是研究直升机旋翼的气动载荷分布的重要手段之一，开展直升机旋翼模型桨叶表面动态压力测量技术，获得旋翼桨叶的非定常压力脉动数据，对预估直升机的振动及旋翼桨涡干扰噪声有重要的意义和研究价值。
传统压力传感器测量方法具有测试准度和动态响应频率较高的优点，可为开展旋翼噪声和振动问题研究提供可靠性较高的数据，但这种方法需要在保持桨叶当地型面的前提下内嵌动态压力传感器，桨叶需特制，工艺复杂。因此，发展桨叶内嵌压力传感器的技术工艺，通过试验获取旋翼桨叶表面动态压力分布，能够为理解和精确预测旋翼非定常气动载荷，分析旋翼噪声发生机理和实施降噪措施提供重要的技术支撑。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型及其制作工艺，用以开展桨叶表面的动态压力测量，为直升机旋翼噪声和振动问题研究提供可靠性较高的数据。
本发明采用的技术方案如下：
一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型，包括桨叶，该桨叶内部设置有扁形通道，该桨叶的表面设置有用于装配传感器的凹槽，该凹槽与扁形通道之间开设有走线孔以连通凹槽与扁形通道，通过走线孔以便于传感器装配在凹槽内将引线通过扁形通道引出。
进一步的，该传感器通过盒形套管装配于凹槽内，该盒形套管上壁开设有便于传感器测量压力的圆孔，该盒形套管还设置有线槽以便于传感器装配后引线的收纳和排布。
进一步的，传感器装配于盒形套管后，盒形套管具有线槽的一端部朝向旋翼桨叶根部设置。
进一步的，该桨叶包括设置于内部的泡沫芯以及外表面的蒙皮，该泡沫芯与蒙皮之间还设置有大梁，还包括设置于桨叶根部的桨根衬套以便于安装，在桨叶的前缘设置有前缘配重条，扁形通道设置于泡沫芯的内部，并沿桨根至桨尖方向贯穿泡沫芯，该凹槽设置于蒙皮的表面，在桨叶的后缘设置有后缘条。
一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型制作工艺，包括以下步骤：
步骤1，根据桨叶要求设计加工成型模具以及根据桨叶内部扁形通道加工用于扁形通道成型的芯模，根据桨叶上传感器安装位置在成型模具的型腔面上对应位置固定金属块；
步骤2，根据桨叶的结构设计，利用成型模具和复合材料将桨叶制作成型；
步骤3，在每个凹槽靠近桨根的一端加工走线孔，通过走线孔连通凹槽和扁形通道，
步骤4，制作盒形套管的外壳，用微型钻头在盒形套管上加工用于传感器感应面工作的圆孔，修整套管内壁，使其两侧面与传感器形成紧配合，上下面和传感器形成松配合；
步骤5，检查传感器的电阻值，确定传感器的完好性后，将传感器装入盒形套管，用胶封住盒形套管的端部，使其感应面位于圆孔的正下方，通过测量传感器的电阻值判定传感器的完好性；
步骤6，用胶带封住盒形套管上圆孔，将靠近传感器的引线用胶固定在盒形套管的线槽里，静置待胶完全固化后检查传感器的电阻值，确定传感器完好无损后再将其安装到凹槽上；
步骤7，将传感器引线通过桨叶表面凹槽上的走线孔导入扁形通道，并从桨叶根部后缘开口处引出并做好标识，同时通过测量传感器的电阻值判定传感器的完好性；
步骤8，将装有传感器的盒形套管固定在桨叶的凹槽中。
进一步的，所述桨叶采用复合材料制成，成型的温度不超过120℃。
进一步的，所述步骤2中，桨叶的成型工艺包括铺层、合模、固化、脱模、裁边的方法加工桨叶，最后取出扁形通道内的芯模和嵌在桨叶表面的金属块。
进一步的，所述圆孔的直径为0.5mm。
进一步的，所述步骤8中，将装有传感器的盒形套管用石蜡固定在桨叶的凹槽中并修整外形，使装有传感器所在位置的表面与桨叶表面一致。
进一步的，桨叶结构设计中，对桨叶模型进行强度校核计算，使桨叶模型满足强度设计要求。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型及其制作工艺，解决了在保持桨叶当地型面的前提下内嵌动态压力传感器的问题，为通过风洞试验开展直升机旋翼桨叶模型表面脉动压力测量研究提供了重要的技术支撑，在旋翼高速旋转的工况下，可高质量的完成桨叶表面的动态压力测量，能够为开展直升机旋翼噪声和振动问题研究提供可靠性较高的数据。
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是本发明的结构示意图；
图2是本发明截面的结构示意图；
图3是本发明凹槽布局的结构示意图之一；
图4是本发明凹槽布局的结构示意图之二；
图5是本发明成型模具的结构示意图；
图6是盒形套管的俯视截面图；
图7是盒形套管的正视截面图。
图中标记：1-扁形通道、2-后缘条、3-凹槽、4-走线孔、5—盒形套管、6-圆孔、7-线槽、8-泡沫芯、9-蒙皮、10-大梁、11-桨根衬套、12-前缘配重条。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型，如图1至图7所示，包括桨叶，该桨叶内部设置有扁形通道1，该桨叶的外侧面设置有用于装配传感器的凹槽3，该凹槽与扁形通道之间开设有走线孔4以连通凹槽与扁形通道，通过走线孔以便于传感器装配在凹槽内将引线通过扁形通道引出。
在本实施例中，通过对现有的直升机旋翼桨叶的结构进行优化，并且为了便于装配传感器，尤其是在本领域中，该传感器是微型传感器，传统的方式是将传感器直接粘接在桨叶的表面，在桨叶表面引线至桨根处，对桨叶的外形型面有一定的破坏，严重影响了旋翼气动载荷的精准度，同时，在风洞试验中，桨叶的转速较高，有时会出现传感器脱落的现象，该传感器价格相对来说比较昂贵，为了解决这个问题，在本实施例中引入了走线孔，用于安装的凹槽以及扁形通道来实现整个传感器的装配和走线，有效的改善传统的装配方式带来的弊端。
作为更加具体的设计，基于上述的结构设计基础上，该传感器通过盒形套管5装配于凹槽内，该盒形套管上壁开设有便于传感器测量压力的圆孔6，该盒形套管还设置有线槽7以便于传感器装配后引线的收纳和排布。针对该盒型套管5的具体结构设计，以图示为例，传感器自身体积是非常小的，而利用盒型进行装配保护，并且预留引线固定的线槽，利用该线槽的设计来解决引线的问题。
在上述具体设计的基础上，作为进一步的设计，传感器装配于盒形套管后，盒形套管具有线槽的一端部朝向旋翼桨叶根部设置于凹槽内。该结构的设计有效的对传感器的引线进行统一方向设计，以及更加便于引线的整理和排布。
更加具体的，进一步的设计，该桨叶包括设置于内部的泡沫芯8以及外表面的蒙皮9，该泡沫芯与蒙皮之间还设置有大梁10，还包括设置于桨叶根部的桨根衬套11以便于安装，在桨叶前缘端部的蒙皮内侧设置有前缘配重条12，扁形通道设置于泡沫芯的内部，并沿桨根至桨尖方向贯穿泡沫芯，该凹槽3设置于蒙皮的外侧面，在桨叶的后缘端部设置有后缘条2。 具体的设计，该前缘配重条为铅配重条，用于调整桨叶的弦向有效重心。更加具体的，该后缘条采用单向玻璃纤维制成，用于调整桨叶的摆振刚度。
更加具体的，所述大梁10为C形大梁。具体的，桨叶根部预埋两个金属衬套，C形大梁的单向玻璃纤维缠绕在衬套上。
针对传感器的数量设计是根据试验要求进行排布，以图示为例，本实施例中采用的桨叶上表面设置有4个，下表面设置有3个。
在具体的设计结构上，以图示为说明，传感器在装配盒形套管后，传感器的检测面朝向外侧，以用于检测桨叶上下表面的压力情况。同时，该盒型套管可采用工程塑料通过3D打印技术加工制成。制作成型后，再在套管的对应面上采用微型钻头进行加工0.5mm的圆孔，该圆孔是用于传感器的感应面对桨叶表面压力进行检测。
实施例2
一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型制作工艺，包括以下步骤：
步骤1，根据桨叶要求设计加工成型模具以及根据桨叶内部扁形通道加工用于扁形通道成型的芯模，根据桨叶上传感器安装位置在成型模具的型腔面上对应位置固定金属块；
步骤2，根据桨叶的结构设计，利用成型模具和复合材料将桨叶制作成型；
步骤3，在每个凹槽靠近桨根的一端加工走线孔，通过走线孔连通凹槽和扁形通道。
步骤4，制作盒形套管的外壳，用微型钻头在盒形套管上加工用于传感器感应面工作的圆孔，修整套管内壁，使其两侧面与传感器形成紧配合，上下面和传感器形成松配合；
步骤5，检查传感器的电阻值，确定传感器的完好性后，将传感器装入盒形套管，用胶封住盒形套管的端部，使其感应面位于圆孔的正下方，通过测量传感器的电阻值判定传感器的完好性；
步骤6，用胶带封住盒形套管上圆孔，将靠近传感器的引线用胶固定在盒形套管的线槽里，静置待胶完全固化后检查传感器的电阻值，确定传感器完好无损后再将其安装到凹槽上；
步骤7，将传感器引线通过桨叶表面凹槽上的走线孔导入扁形通道，并从桨叶根部后缘开口处引出并做好标识，同时通过测量传感器的电阻值判定传感器的完好性；
步骤8，将装有传感器的盒形套管固定在桨叶的凹槽中。
作为具体的设计，所述桨叶采用复合材料制成，成型的温度不超过120℃。
具体的，步骤2中，借助成型模具和复合材料实现桨叶的整体结构制作，其中，扁形通道则是通过芯模塑型形成。以芯模为基准，在外侧借助复合材料和成型模具制作成型。
进一步的设计，所述步骤2中，桨叶的成型工艺包括铺层、合模、固化、脱模、裁边的方法加工桨叶，最后取出扁形通道内的芯模和嵌在桨叶表面的金属块。
进一步的设计，所述圆孔的直径为0.5mm。该圆孔的加工采用小型钻头即可实现开孔的设计。
进一步的设计，所述步骤8中，将装有传感器的盒形套管用石蜡固定在桨叶的凹槽中并修整外形，使装有传感器所在位置的表面与桨叶表面一致。
进一步的设计，桨叶结构设计中，对桨叶模型进行强度校核计算，使桨叶模型满足强度设计要求。
上述步骤6中，传感器装配于盒形套管中后，静置24小时后待胶完全固化后检查传感器的电阻值，确定传感器完好无损后再将其安装到凹槽上。
结合上述的具体结构以及制作工艺设计的基础上，作为具体的，桨叶的结构设计上，须计算桨叶模型剖面特性，包括桨叶沿展向各剖面的刚度、质量、形心位置等，计算桨叶剖面特性时不考虑表面凹槽的影响。
进一步的，桨叶结构设计时须计算桨叶模型固有频率，通过调整结构参数改变桨叶的质量、刚度分布，进而改变桨叶的固有频率。
具体的，通过改变桨叶的固有频率，使旋翼在正常工作转速下桨叶的固有频率尽量远离旋翼工作转速的整数倍，以降低桨叶工作时的动应力和旋翼的振动水平。
作为进一步的设计，所述传感器为动态压力传感器，结构具体的设计上，动态压力传感器的导线穿过走线圆孔、沿着桨叶内部扁形管道从桨叶根部引出，然后连接到信号调理和数据采集设备上。
综上所述，本发明的一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型及其制作工艺，解决了在保持桨叶当地型面的前提下内嵌动态压力传感器的问题，为通过风洞试验开展直升机旋翼桨叶模型表面脉动压力测量研究提供了重要的技术支撑，在旋翼高速旋转的工况下，可高质量的完成桨叶表面的动态压力测量，能够为开展直升机旋翼噪声和振动问题研究提供可靠性较高的数据。
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)

1.一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型，其特征在于：包括桨叶，该桨叶内部设置有扁形通道（1），该桨叶的表面设置有用于装配传感器的凹槽（3），该凹槽与扁形通道之间开设有走线孔（4）以连通凹槽与扁形通道，通过走线孔以便于传感器装配在凹槽内将引线通过扁形通道引出。
2.如权利要求1所述的一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型，其特征在于：该传感器通过盒形套管（5）装配于凹槽内，该盒形套管上壁开设有便于传感器测量压力的圆孔（6），该盒形套管还设置有线槽（7）以便于传感器装配后引线的收纳和排布。
3.如权利要求2所述的一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型，其特征在于：传感器装配于盒形套管后，盒形套管具有线槽的一端部朝向旋翼桨叶根部设置。
4.如权利要求1所述的一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型，其特征在于：该桨叶包括设置于内部的泡沫芯（8）以及外表面的蒙皮（9），该泡沫芯与蒙皮之间还设置有大梁（10），还包括设置于桨叶根部的桨根衬套（11）以便于安装，在桨叶的前缘设置有前缘配重条（12），扁形通道设置于泡沫芯的内部，并沿桨根至桨尖方向贯穿泡沫芯，该凹槽（3）设置于蒙皮的表面，在桨叶的后缘设置有后缘条（2）。
5.如权利要求1至4任一项所述的一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，根据桨叶要求设计加工成型模具以及根据桨叶内部扁形通道加工用于扁形通道成型的芯模，根据桨叶上传感器安装位置在成型模具的型腔面上对应位置固定金属块；
步骤2，根据桨叶的结构设计，利用成型模具和复合材料将桨叶制作成型；
步骤3，在每个凹槽靠近桨根的一端加工走线孔，通过走线孔连通凹槽和扁形通道；
步骤4，制作盒形套管的外壳，用微型钻头在盒形套管上加工用于传感器感应面工作的圆孔，修整套管内壁，使其两侧面与传感器形成紧配合，上下面和传感器形成松配合；
步骤5，检查传感器的电阻值，确定传感器的完好性后，将传感器装入盒形套管，用胶封住盒形套管的端部，使其感应面位于圆孔的正下方，通过测量传感器的电阻值判定传感器的完好性；
步骤6，用胶带封住盒形套管上圆孔，将靠近传感器的引线用胶固定在盒形套管的线槽里，静置待胶完全固化后检查传感器的电阻值，确定传感器完好无损后再将其安装到凹槽上；
步骤7，将传感器引线通过桨叶表面凹槽上的走线孔导入扁形通道，并从桨叶根部后缘开口处引出并做好标识，同时通过测量传感器的电阻值判定传感器的完好性；
步骤8，将装有传感器的盒形套管固定在桨叶的凹槽中。
6.如权利要求5所述的一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型制作工艺，其特征在于：所述桨叶采用复合材料制成，成型的温度不超过120℃。
7.如权利要求5所述的一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型制作工艺，其特征在于：所述步骤2中，桨叶的成型工艺包括铺层、合模、固化、脱模、裁边的方法加工桨叶，最后取出扁形通道内的芯模和嵌在桨叶表面的金属块。
8.如权利要求5所述的一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型制作工艺，其特征在于：所述圆孔的直径为0.5mm。
9.如权利要求5所述的一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型制作工艺，其特征在于：所述步骤8中，将装有传感器的盒形套管用石蜡固定在桨叶的凹槽中并修整外形，使装有传感器所在位置的表面与桨叶表面一致。
10.如权利要求5所述的一种内嵌压力传感器直升机旋翼桨叶模型制作工艺，其特征在于：桨叶结构设计中，对桨叶模型进行强度校核计算，使桨叶模型满足强度设计要求。
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