CN111964864A - 直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置及标定加载方法 - Google Patents

直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置及标定加载方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，包括试验装置，其包括装置台、扭矩天平、旋翼天平、旋翼轴、动态扭矩传感器、制动器和制动器支架；所述旋翼天平设置于装置台上，扭矩天平设置于旋翼轴上，扭矩天平与旋翼轴通过膜片联轴器连接；所述旋翼轴穿过装置台和旋翼天平，旋翼轴上端通过动态扭矩传感器与制动器连接；制动器通过制动器支架与旋翼天平连接；拉力定滑轮组，其设置于制动器的上方；水平定滑轮，其设置于制动器的侧方；砝码盘，其设置于滑轮绳的末端。采用本发明的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置及标定加载方法，能实现给出旋转状态下的旋翼天平、扭矩天平标定系数。

Description

直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置及标定加载方法
技术领域
本发明涉及直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置及标定加载方法，属于直升机风洞试验技术领域。
背景技术
旋翼天平和扭矩天平是直升机风洞试验台中用来测量旋翼气动性能的重要设备。其中，旋翼天平用来测量旋翼的拉力、水平力、侧力和滚转力矩、俯仰力矩，扭矩天平用来测量旋翼扭矩。目前，旋翼天平和扭矩天平的标定均分别独立在天平标定加载架上完成，风洞试验中旋翼天平和扭矩天平使用上述方法获得的天平系数。这种方案可能存在两方面问题：1.试验运行过程中，扭矩天平的旋转信号是经过集流环传输至数据采集系统中的，集流环在旋转过程中会产生摩擦电阻，导致了扭矩信号在旋转状态下受到影响。而扭矩天平的静态加载给出的扭矩天平系数没有考虑到旋转信号传输的干扰影响。2.目前，扭矩天平与旋翼轴大多应用双膜片式联轴器连接，在载荷测量时认为联轴器只存在旋转方向刚度。而膜片式联轴器的实际轴向刚度并不为零，这意味着会有轴向附加力的产生，目前旋翼天平与扭矩天平分开独立静态加载的方式无法计入联轴器的附加轴向力。
为了在直升机风洞试验中获得更为准确的旋翼气动力和气动力矩的测量结果，需要模拟旋翼天平与扭矩天平在试验中的真实受载和信号传输方式来加载标定旋翼天平与扭矩天平组合体。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置及标定加载方法，本发明能实现给出旋转状态下的旋翼天平、扭矩天平标定系数。
本发明采用的技术方案如下：
直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，包括试验装置，其包括装置台、扭矩天平、旋翼天平、旋翼轴、动态扭矩传感器、制动器和制动器支架；所述旋翼天平设置于装置台上，扭矩天平设置于旋翼轴上，扭矩天平与旋翼轴通过膜片联轴器连接；所述旋翼轴穿过装置台和旋翼天平，旋翼轴上端通过动态扭矩传感器与制动器连接；制动器通过制动器支架与旋翼天平连接；
拉力定滑轮组，其设置于制动器的上方，通过滑轮绳与制动器的顶部连接；
水平定滑轮，其设置于制动器的侧方，通过滑轮绳与制动器的侧面连接；所述水平定滑轮包括两组水平定滑轮，每组水平定滑轮包括位于制动器相对两侧的两个定滑轮，两组水平定滑轮的连线相互垂直；
砝码盘，其设置于滑轮绳的末端。
在本发明中，将旋翼天平和扭矩天平连接至数据采集系统，开启与旋翼轴连接的电机，驱动旋翼轴转速达到试验转速，然后调节制动器的制动扭矩，以实现扭矩天平的旋转扭矩加载。旋转扭矩标定参考值通过动态扭矩传感器读数和旋翼天平偏航力矩得出，从而实现计入集流环旋转电阻干扰影响情况下扭矩天平的加载；同时在砝码盘上加挂标准砝码，通过变化砝码的组合可以实现在旋转扭矩加载的同时对旋翼天平的拉力、水平力、侧力和滚转力矩、俯仰力矩的加载。
制动器通过制动器支架与旋翼天平连接，并通过滑轮绳与砝码盘连接，从而实现在旋转扭矩加载的同时对旋翼天平力和力矩的加载。其中，旋转扭矩由扭矩天平、动态扭矩传感器、制动器轴传递；制定器的反扭矩由制动器支架传递至旋翼天平上，从而由旋翼天平偏航力矩测出；旋翼天平的水平力、侧力、俯仰力和翻滚力通过水平定滑轮加载，旋翼天平的拉力通过拉力定滑轮组加载。
作为优选，所述拉力定滑轮组数量为4组，滑轮绳与制动器的连接点对称分布。
作为优选，对称的两拉力定滑轮组之间的连线，与其中一组水平定滑轮平行。
作为优选，所述拉力定滑轮组包括2个高度相同的定滑轮，其中一个定滑轮位于滑轮绳与制动器连接点的正上方，另一个定滑轮超过水平定滑轮。
在上述方案中，通过多个拉力定滑轮均匀连接，可以通过多个拉力定滑轮共同表征旋翼天平的拉力载荷，相比单个拉力定滑，使用多个的数据更准确。
作为优选，所述水平定滑轮位于同一水平面，水平定滑轮与制动器侧面的距离相同。
作为优选，所述滑轮绳为钢带。
作为优选，所述制动器为磁粉制动器、电涡流制动器或电机。
作为优选，所述动态扭矩传感器包括内圈和外圈，所述外圈通过连接板与制动器支架连接，内圈跟随旋翼轴转动。
作为优选，所述制动器支架的底部为与旋翼天平连接的支架板。
作为优选，所示砝码盘位于同一水平面。
还包括一种直升机风洞试验台天平标定方法，使用上述直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，包括扭矩载荷加载、拉力载荷加载、水平力载荷加载、侧力载荷加载、俯仰力载荷加载和滚转力矩载荷加载，开启与旋翼轴连接的电机，驱动旋翼轴转速达到试验转速，砝码盘上安放砝码，其中，
扭矩载荷加载：调节制动器的制动扭矩，扭矩载荷标定值为动态扭矩传感器读数或旋翼天平偏航力矩；
拉力载荷加载：拉力载荷标定值为M5g+M6g+M7g+M8g；
水平力载荷加载：水平力载荷标定值为(M1g-M2g)或(M2g-M1g)；
侧力载荷加载：侧力载荷标定值为(M3g-M4g)或(M4g-M3g)；
俯仰力矩载荷加载：俯仰力矩载荷标定值为(M1g-M2g)×L12或(M2g-M1g)×L12；
滚转力矩载荷加载：滚转力矩载荷标定值为(M3g-M4g)×L34或(M4g-M3g)×L34。
在本发明中，将水平定滑轮连接的砝码盘记为F1、F2、F3和F4，将拉力定滑轮组连接的砝码盘记为F5、F6、F7和F8，M1—M8为砝码盘F1—F8上安放的砝码重量，其中F1F2的连线与F5F7的连线、F6F8的连线平行，F1F2的连线与F3F4的连线垂直，L12是指旋翼天平中心至砝码盘F1、F2滑轮绳在制动器侧面连接部位的距离，L34是指旋翼天平中心至砝码盘F3、F4滑轮绳在制动器侧面连接部位的距离。
扭矩载荷标定值为动态扭矩传感器读数或旋翼天平偏航力矩，动态扭矩传感器读数和旋翼天平偏航力矩数值应当相同(误差范围内)，从而实现动态的扭矩载荷标定，达到计入集流环旋转电阻干扰影响情况下扭矩天平的加载。
本发明的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置及标定加载方法，通过动态加载校准，综合计入了旋翼天平、扭矩天平、联轴器受力以及信号传输采集过程中干扰因素的影响，实现给出更准确的旋翼天平、扭矩天平标定系数。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、旋翼天平、扭矩天平的组合体在试验状态下加载，综合计入了旋翼天平、扭矩天平、联轴器受力以及信号传输采集过程中干扰因素的影响，使得校准数据更全面；
2、制动器通过制动器支架与旋翼天平连接，并通过滑轮绳与砝码盘连接，从而实现在旋转扭矩加载的同时对旋翼天平力和力矩的加载；
3、通过高精度动态扭矩传感器为扭矩天平的标定提供了可靠的参考值，制动产生的反扭矩由旋翼天平的偏航力矩读数给出，从而扭矩由动态扭矩传感器和旋翼天平的偏航力矩共同加载。
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是标定加载装置侧视图；
图2是标定加载装置正视图；
图3是试验装置结构示意图；
图4是砝码盘的俯视位置图。
图中标记：1-装置台、2-扭矩天平、3-旋翼天平、4-旋翼轴、5-动态扭矩传感器、6-制动器、7-制动器支架、8-拉力定滑轮组、9-水平定滑轮、10-滑轮绳、11-砝码盘。
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。
如图1-3所示，本实施例的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，包括试验装置，其包括装置台1、扭矩天平2、旋翼天平3、旋翼轴4、动态扭矩传感器5、制动器6和制动器支架7；所述旋翼天平3设置于装置台1上，扭矩天平2设置于旋翼轴4上，扭矩天平2与旋翼轴4通过膜片联轴器连接；所述旋翼轴4穿过装置台1和旋翼天平3，旋翼轴4上端通过动态扭矩传感器5与制动器6连接，动态扭矩传感器5包括内圈和外圈，所述外圈通过连接板与制动器支架7连接，内圈跟随旋翼轴4转动；制动器6通过制动器支架7与旋翼天平3连接，制动器6为磁粉制动器6；
拉力定滑轮组8，其设置于制动器6的上方，通过钢带与制动器6的顶部连接，拉力定滑轮组8数量为4组，钢带与制动器6的连接点对称分布，拉力定滑轮组8包括2个高度相同的定滑轮，其中一个定滑轮位于钢带与制动器6连接点的正上方，另一个定滑轮超过水平定滑轮9；
水平定滑轮9，其设置于制动器6的侧方，通过钢带与制动器6的侧面连接；所述水平定滑轮9包括两组水平定滑轮9，每组水平定滑轮9包括位于制动器6相对两侧的两个定滑轮，两组水平定滑轮9的连线相互垂直；4个水平定滑轮9位于同一水平面，水平定滑轮9与制动器6侧面的距离相同；
砝码盘11，其设置于钢带的末端，8个砝码盘11位于同一水平面。
在本实施例中，将旋翼天平3和扭矩天平2连接至数据采集系统，开启与旋翼轴4连接的电机，驱动旋翼轴4转速达到试验转速，然后调节制动器6的制动扭矩，以实现扭矩天平2的旋转扭矩加载。旋转扭矩标定参考值通过动态扭矩传感器5读数和旋翼天平3偏航力矩得出，从而实现计入集流环旋转电阻干扰影响情况下扭矩天平2的加载；同时在砝码盘11上加挂标准砝码，通过变化砝码的组合可以实现在旋转扭矩加载的同时对旋翼天平3的拉力、水平力、侧力和滚转力矩、俯仰力矩的加载，其中，旋翼天平3的水平力、侧力、俯仰力和翻滚力通过水平定滑轮9加载，旋翼天平3的拉力通过拉力定滑轮组8加载。
一种直升机风洞试验台天平标定方法，使用上述直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，包括扭矩载荷加载、拉力载荷加载、水平力载荷加载、侧力载荷加载、俯仰力载荷加载和滚转力矩载荷加载，开启与旋翼轴4连接的电机，驱动旋翼轴4转速达到试验转速，砝码盘11上安放砝码，其中，
扭矩载荷加载：调节制动器6的制动扭矩，扭矩载荷标定值为动态扭矩传感器5读数或旋翼天平3偏航力矩；
拉力载荷加载：拉力载荷标定值为M5g+M6g+M7g+M8g；
水平力载荷加载：水平力载荷标定值为(M1g-M2g)或(M2g-M1g)；
侧力载荷加载：侧力载荷标定值为(M3g-M4g)或(M4g-M3g)；
俯仰力矩载荷加载：俯仰力矩载荷标定值为(M1g-M2g)×L12或(M2g-M1g)×L12；
滚转力矩载荷加载：滚转力矩载荷标定值为(M3g-M4g)×L34或(M4g-M3g)×L34。
在本实施例中，将水平定滑轮9连接的砝码盘11记为F1、F2、F3和F4，将拉力定滑轮组8连接的砝码盘11记为F5、F6、F7和F8，M1—M8为F1—F8砝码盘11上安放的砝码重量，其中F1F2的连线与F5F7的连线、F6F8的连线平行，F1F2的连线与F3F4的连线垂直，L12是指旋翼天平3中心至砝码盘11F1、F2滑轮绳10在制动器6侧面连接部位的距离，L34是指旋翼天平3中心至砝码盘11F3、F4滑轮绳10在制动器6侧面连接部位的距离。
综上所述，采用本发明的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置及标定加载方法，旋翼天平、扭矩天平的组合体在试验状态下加载，综合计入了旋翼天平、扭矩天平、联轴器受力以及信号传输采集过程中干扰因素的影响，使得测试数据更准确；制动器通过制动器支架与旋翼天平连接，并通过滑轮绳与砝码盘连接，从而实现在旋转扭矩加载的同时对旋翼天平力和力矩的加载；
通过高精度动态扭矩传感器为扭矩天平的标定提供了可靠的参考值，制动产生的反扭矩由旋翼天平的偏航力矩读数给出，从而扭矩由动态扭矩传感器和旋翼天平的偏航力矩共同加载。
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)

1.一种直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，其特征在于：包括试验装置，其包括装置台(1)、扭矩天平(2)、旋翼天平(3)、旋翼轴(4)、动态扭矩传感器(5)、制动器(6)和制动器支架(7)；所述旋翼天平(3)设置于装置台(1)上，扭矩天平(2)设置于旋翼轴(4)上，扭矩天平(2)与旋翼轴(4)通过膜片联轴器连接；所述旋翼轴(4)穿过装置台(1)和旋翼天平(3)，旋翼轴(4)上端通过动态扭矩传感器(5)与制动器(6)连接；制动器(6)通过制动器支架(7)与旋翼天平(3)连接；
拉力定滑轮组(8)，其设置于制动器(6)的上方，通过滑轮绳(10)与制动器(6)的顶部连接；
水平定滑轮(9)，其设置于制动器(6)的侧方，通过滑轮绳(10)与制动器(6)的侧面连接；所述水平定滑轮(9)包括两组水平定滑轮(9)，每组水平定滑轮(9)包括位于制动器(6)相对两侧的两个定滑轮，两组水平定滑轮(9)的连线相互垂直；
砝码盘(11)，其设置于滑轮绳(10)的末端。
2.如权利要求1所述的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，其特征在于：所述拉力定滑轮组(8)数量为4组，滑轮绳(10)与制动器(6)的连接点对称分布。
3.如权利要求2所述的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，其特征在于：对称的两拉力定滑轮组(8)之间的连线，与其中一组水平定滑轮(9)平行。
4.如权利要求1所述的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，其特征在于：所述水平定滑轮(9)位于同一水平面，水平定滑轮(9)与制动器(6)侧面的距离相同。
5.如权利要求1所述的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，其特征在于：所述滑轮绳(10)为钢带。
6.如权利要求1所述的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，其特征在于：所述制动器(6)为磁粉制动器(6)、电涡流制动器(6)或电机。
7.如权利要求1所述的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，其特征在于：所述动态扭矩传感器(5)包括内圈和外圈，所述外圈通过连接板与制动器支架(7)连接。
8.如权利要求1所述的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，其特征在于：所述制动器支架(7)的底部为与旋翼天平(3)连接的支架板。
9.如权利要求1所述的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，其特征在于：所示砝码盘(11)位于同一水平面。
10.一种直升机风洞试验台天平标定方法，使用如权利要求1-9任一项所述的直升机风洞试验台天平旋转标定加载装置，其特征在于：包括扭矩载荷加载、拉力载荷加载、水平力载荷加载、侧力载荷加载、俯仰力载荷加载和滚转力矩载荷加载，开启与旋翼轴(4)连接的电机，驱动旋翼轴(4)转速达到试验转速，砝码盘(11)上安放砝码，其中，
扭矩载荷加载：调节制动器(6)的制动扭矩，扭矩载荷标定值为动态扭矩传感器(5)读数或旋翼天平(3)偏航力矩；
拉力载荷加载：拉力载荷标定值为M5g+M6g+M7g+M8g；
水平力载荷加载：水平力载荷标定值为(M1g-M2g)或(M2g-M1g)；
侧力载荷加载：侧力载荷标定值为(M3g-M4g)或(M4g-M3g)；
俯仰力矩载荷加载：俯仰力矩载荷标定值为(M1g-M2g)×L12或(M2g-M1g)×L12；
滚转力矩载荷加载：滚转力矩载荷标定值为(M3g-M4g)×L34或(M4g-M3g)×L34。
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