CN111649907A - 一种筋条式微轴向力环形二分量应变天平 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种筋条式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:包括内外嵌套设置的固定端和浮动端,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;所述固定端和浮动端通过应变梁连接,所述应变梁上设有扭矩测量单元和拉力测量单元。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
技术领域
本发明涉及航空测力试验测量技术领域,尤其涉及一种筋条式微轴向力环形二分量应变天平。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息,而不必然地构成在先技术。
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准度不够。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
针对上述存在的问题,本发明公开了一种筋条式微轴向力环形二分量应变天平,可在测出旋翼轴扭矩的同时,实现对旋翼残余拉力的测量。
本发明采用的技术方案如下:
一种筋条式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:包括内外嵌套设置的固定端和浮动端,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;所述固定端和浮动端通过应变梁连接,所述应变梁上设有扭矩测量单元和拉力测量单元。
本发明公开了一种优选的应变天平,其特征在于:所述扭矩测量单元和拉力测量单元分别用于测量旋翼轴扭矩和旋翼拉力,所述扭矩测量单元和/或拉力测量单元包括若干由用于拉压力传感的应变片构成的电桥。
进一步地,所述扭矩测量单元的一个电桥中共有四个应变片,两两分别设在应变梁的两个侧面上,一个侧面上的两个应变片分别偏向应变梁的两端;更进一步地,一个侧面上的两个应变片分别设在应变梁的两端。
进一步地,所述拉力测量单元的一个电桥共有四个应变片,分别设在对位设置的两片所述应变梁的顶底两面上;更进一步地,四个应变片分别设在对位的两片所述应变梁的顶底两面上靠近天平内侧的一端。
本发明公开了一种优选的应变天平,其特征在于:所述固定端和/或浮动端为圆环体,或为由若干呈环形阵列分布的单体组成的整体,所述固定端和浮动端中位于内侧的一个还可为圆柱体。
进一步地,所述固定端位于外侧的圆环体,与所述动力系统相固联;所述浮动端为位于内侧的圆柱体,与所述旋翼系统相固联。
本发明公开了一种优选的应变天平,其特征在于:所述固定端和浮动端设有用于与所述旋翼系统和动力系统连接且呈环形阵列分布的连接孔,所述固定端上至少一个所述连接孔带有凸台。
进一步地,所述固定端和浮动端均设有呈环形阵列均布的四个连接孔。
本发明公开了一种优选的应变天平,其特征在于:所述应变梁设有若干,且呈环形阵列分布。
进一步地,所述应变梁呈环形阵列均布有四个;所述扭矩测量单元包括两个电桥,分别设在对位设置的两片所述应变梁上;所述拉力测量单元包括一个电桥,设在另外两片对位设置的所述应变梁上。
本发明公开了一种优选的应变天平,其特征在于:所述应变梁的高度和宽度之比不大于1,适用于轴向拉力与扭矩之比不大于2:5m-1时的组合载荷测量。
通过综合采用上述技术方案,本发明能够取得如下有益效果:
(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,准确测量扭矩和残余拉力;
(3)本发明因具有环形特征,体积小,结构简单,安装方便。
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是一些实施例中筋条式微轴向力环形二分量应变天平的立体图;
图2是一些实施例中筋条式微轴向力环形二分量应变天平的俯视图;
图3是图2中M-M处的剖面图;
图4是一些实施例中载荷测量数值模拟中拉力的分布云图;
图5是一些实施例中载荷测量数值模拟中扭矩的分布云图;
图6a是一些实施例中拉力测量单元中一个电桥的结构图;
图6b是一些实施例中扭矩测量单元中一个电桥的结构图;
图6c是一些实施例中扭矩测量单元中另一个电桥的结构图。
附图标记说明:
1-固定端,2-浮动端,3-拉力测量单元,4-扭矩测量单元,5-外连接孔,6-内连接孔,7-应变梁。
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做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。
在本发明的附图中,需要理解的是,不具有相互替代性的不同技术特征显示在同一附图,仅是为了便于简化附图说明及减少附图数量,而不是指示或暗示参照所述附图进行描述的实施例包含所述附图中的所有技术特征,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。
本发明公开了一种筋条式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。该应变天平包括内外嵌套设置的固定端1和浮动端2,其中一个与旋翼系统相固联,另一个与动力系统相固联。需注意的是,对于固定端1和浮动端2的内外嵌套式结构,并不必然地对应固定端1在内、浮动端2在外,也不必然地对应固定端1在外、浮动端2在内。固定端1和浮动端2通过应变梁7连接,应变梁7上设有扭矩测量单元4和拉力测量单元3,分别用于测量旋翼轴扭矩和旋翼拉力。
通过嵌套设置的固定端1和浮动端2,能够实现扭矩和拉力的充分解耦,在测出旋翼轴扭矩的同时,有效地捕捉传递到旋翼天平以外的这部分残余拉力,提高旋翼气动载荷测量结果的准度。
在一些实施例中,扭矩测量单元4和/或拉力测量单元3包括若干由用于拉压力传感的应变片构成的电桥。应变片是由敏感栅等构成,用于测量应变的元件。电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的,即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时,其电阻值相应地也发生变化。
惠斯通电桥是利用应变片电阻的变化来测量物理量的变化,是一种精度很高的测量方式。在一些实施例中,扭矩测量单元4的一个电桥中共有四个应变片,构成惠斯通电桥,这四个应变片叫做电桥的桥臂。具体地,这四个应变片两两分别设在应变梁7的两个侧面上,一个侧面上的两个应变片分别偏向应变梁7的两端。如图5所示,其为载荷测量数值模拟中扭矩的分布云图,可知应变梁7两端的应变较大。在至少一个实施例中,一个侧面上的两个应变片分别设在应变梁7的两端。
在一些实施例中,拉力测量单元3的一个电桥共有四个应变片,分别设在对位设置的两片应变梁7的顶底两面上。应变梁7设于嵌套式结构的固定端1和浮动端2之间,所述“对位设置”是指两片应变梁7相对于固定端和浮动端中位于内侧的一个对称设置。如图4所示,其为载荷测量数据模拟中拉力的分布云图,可知应变梁7上靠近天平内侧的一端的应变较大。在至少一个实施例中,四个应变片分别设在对位的两片应变梁7的顶底两面上靠近天平内侧的一端。
固定端1和浮动端2设置嵌套式结构,能够实现扭矩和拉力的充分解耦,这种嵌套式结构可以有多种实施方式。在一些实施例中,固定端1和/或浮动端2为圆环体,或为由若干呈环形阵列分布的单体组成的整体,固定端1和浮动端2中位于内侧的一个还可为圆柱体。在至少一个实施例中,固定端1位于外侧的圆环体,与动力系统相固联;浮动端2为位于内侧的圆柱体,与旋翼系统相固联。
在一些实施例中,应变梁7设有若干,且呈环形阵列分布。根据实际测量精度需要,也可以适当加密电桥的分布。例如,可采用沿应变梁7的长度向设置更多应变片,或者在更多的应变梁7设置应变片等方式加密电桥的分布数量。另外,应变梁7的设置数量和分布结构对测量单元中电桥设置方式有较大影响,电桥的设置应根据应变梁的数量等的不同而做适应性调整。例如,当应变梁7呈环形阵列均布有四个时,在一个实施例中,扭矩测量单元4包括两个电桥,分别设在对位设置的两片应变梁7上;拉力测量单元3包括一个电桥,设在另外两片对位设置的应变梁7上。在至少一个实施例中,扭矩测量单元4可设置成两个或四个电桥,拉力测量单元3可设置成一个或两个电桥。
在一些实施例中,固定端1和浮动端2设有用于与旋翼系统和动力系统连接且呈环形阵列分布的连接孔,固定端1上至少一个连接孔带有凸台。连接孔的设置数量及分布圆等参数可根据实际需要进行设置。在至少一个实施例中,固定端1和浮动端2均设有呈环形阵列均布的四个连接孔。
在一些实施例中,应变梁7的高度和宽度之比不大于1,适用于轴向拉力与扭矩之比不大于2:5m-1时的组合载荷测量。
现结合附图提供至少一个示例性实施例,附图中提供的示例性实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,仅仅表示本发明中提供的示例性实施例而已。
示例性实施例1
如图1所示,一种筋条式微轴向力环形二分量应变天平,包括固定端1、浮动端2、拉力测量单元3和扭矩测量单元4。固定端1与动力系统相固联,浮动端2与旋翼系统相固联。固定端1和浮动端2呈内外嵌套式结构,固定端1在外,浮动端2在内,二者之间通过应变梁7连接。该应变天平用于轴向拉力与扭矩之比不大于2:5m-1时的组合载荷测量,应变梁7的高度h和宽度b之比不大于1。
如图1和2所示,固定端1为带有外连接孔5的圆环体,浮动端2为带有内连接孔6的圆柱体。固定端1的外连接孔5为带有凸台的连接孔,且呈90°夹角环形阵列分布在圆环体上。浮动端2的内连接孔6呈90°夹角环形阵列分布在圆柱体上。应变梁7呈90°夹角环形阵列分布在浮动端2和固定端1之间。
拉力测量单元3用于测量旋翼拉力,通过设在两片对位设置的应变梁7的顶底两面上的四个应变片(A1、A2、A3、A4)组成的一个电桥进行测量,如图2和图6a所示。图中标识A1(A2)是指应变片A1和应变片A2在平面上的投影重合。扭矩测量单元4用于测量旋翼轴扭矩,通过设在另外两片对位设置的应变梁7的两个侧面上的八个应变片(B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8)组成的两个电桥进行测量,如图3和图6b、6c所示。图6a、6b和6c中,U端为电桥的电压输入端,S端为电压输出端。
本发明拉力测量工作原理是:结合图4可以看出,应变片A1和A3产生同向的应变,应变片A2和A4产生同向的应变,这两组应变片的变形相反,即当应变片A1、A3受到拉力变形时,A2、A4则受到压力变形,再根据图6a可以得出由于应变片发生上述变形,引起应变片的阻值发生相应变化,使得输出端S产生压差,即天平的输出电压,再通过乘以校准后的天平系数,并扣除旋翼轴扭矩对其的干扰量,通过迭代计算,可获得旋翼残余拉力的大小。
本发明扭矩测量工作原理是:结合图5可以看出,应变片B1、B4、B5、B8产生同向的应变,应变片B2、B3、B6、B7产生同向的应变,这两组应变片的变形相反,即当应变片B1、B4、B5、B8受到压力变形时,B2、B3、B6、B7则受到拉力变形,再根据图6b、6c可以得出由于应变片发生上述形变,引起应变片的阻值发生相应变化,使得输出端S产生压差,即天平的输出电压,再通过乘以校准后的天平系数,并扣除旋翼残余拉力对其的干扰量,通过迭代计算,可获得旋翼轴扭矩的大小。
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)
1.一种筋条式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:包括内外嵌套设置的固定端和浮动端,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;所述固定端和浮动端通过应变梁连接,所述应变梁上设有扭矩测量单元和拉力测量单元。
2.根据权利要求1所述的应变天平,其特征在于:所述扭矩测量单元和/或拉力测量单元包括若干由用于拉压力传感的应变片构成的电桥。
3.根据权利要求2所述的应变天平,其特征在于:所述扭矩测量单元的一个电桥中共有四个应变片,两两分别设在应变梁的两个侧面上,一个侧面上的两个应变片分别偏向应变梁的两端;所述拉力测量单元的一个电桥共有四个应变片,分别设在对位设置的两片所述应变梁的顶底两面上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的应变天平,其特征在于:所述固定端和/或浮动端为圆环体,或为由若干呈环形阵列分布的单体组成的整体,所述固定端和浮动端中位于内侧的一个还可为圆柱体。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的应变天平,其特征在于:所述固定端位于外侧的圆环体,与所述动力系统相固联;所述浮动端为位于内侧的圆柱体,与所述旋翼系统相固联。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的应变天平,其特征在于:所述固定端和浮动端设有用于与所述旋翼系统和动力系统连接且呈环形阵列分布的连接孔,所述固定端上至少一个所述连接孔带有凸台。
7.根据权利要求6所述的应变天平,其特征在于:所述固定端和浮动端均设有呈环形阵列均布的四个连接孔。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的应变天平,其特征在于:所述应变梁设有若干,且呈环形阵列分布。
9.根据权利要求8所述的应变天平,其特征在于:所述应变梁呈环形阵列均布有四个;所述扭矩测量单元包括两个电桥,分别设在对位设置的两片所述应变梁上;所述拉力测量单元包括一个电桥,设在另外两片对位设置的所述应变梁上。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的应变天平,其特征在于:所述应变梁的高度和宽度之比不大于1,适用于轴向拉力与扭矩之比不大于2:5m-1时的组合载荷测量。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200911 |