CN112193435B - 一种无人直升机桨发匹配测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人直升机测试系统，特别涉及一种无人直升机桨发匹配测试系统。包括无人直升机旋翼系统、无人直升机发动机、无人直升机齿轮箱、交流电力测功机及在线监测模块；无人直升机齿轮箱的输入轴通过发动机扭矩转速传感器和发动机电磁离合器与无人直升机发动机连接；无人直升机齿轮箱的一输出轴通过测功机扭矩转速传感器和测功机电磁离合器与交流电力测功机连接；另一输出轴通过旋翼系统扭矩转速传感器和旋翼系统电磁离合器与无人直升机旋翼系统连接；在线监测模块接收扭矩转速传感器的检测信号及控制电磁离合器的啮合和分离。本发明可进行无人直升机旋翼需用功率测试、发动机输出轴功率测试、齿轮箱功率传递系数及无人直升机桨发匹配特性。
Description
技术领域
本发明涉及无人直升机测试系统，特别涉及一种无人直升机桨发匹配测试系统。
背景技术
无人直升机桨发匹配时，需要分别搭建旋翼测试塔和发动机测功台进行旋翼需用功率和发动机输出轴功率测试，再进行数值匹配，无法实际测试发动机与旋翼需用功率和转速的匹配特性。同时无人直升机齿轮箱作为传递旋翼和发动机之间需用功率和转速的关键系统，其在额定工况下的功率传递系数也是需要测定的。因此，一种可以测试无人直升机旋翼需用功率、发动机输出轴功率、齿轮箱功率传递系数以及无人直升机桨发匹配的测试系统亟待解决。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种无人直升机桨发匹配测试系统，该系统可以测试无人直升机旋翼需用功率、发动机输出轴功率、齿轮箱功率传递系数以及无人直升机桨发匹配特性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种无人直升机桨发匹配测试系统，包括无人直升机旋翼系统、无人直升机发动机、无人直升机齿轮箱、交流电力测功机及在线监测模块；
所述无人直升机齿轮箱的输入轴通过发动机扭矩转速传感器和发动机电磁离合器与无人直升机发动机连接；
所述无人直升机齿轮箱的一输出轴通过测功机扭矩转速传感器和测功机电磁离合器与交流电力测功机连接；
所述无人直升机齿轮箱的另一输出轴通过旋翼系统扭矩转速传感器和旋翼系统电磁离合器与无人直升机旋翼系统连接；
所述在线监测模块用于接收各扭矩转速传感器的检测信号及控制各电磁离合器的啮合和分离状态，实现在线测试模式的切换。
所述无人直升机发动机上设有实时监测发动机运行状态的发动机状态监测单元，所述发动机状态监测单元与所述在线监测模块连接。
所述发动机状态监测单元包括油耗仪、缸头温度传感器及排气温度传感器，其中油耗仪用于监测所述无人直升机发动机的耗油状态；所述缸头温度传感器用于监测所述无人直升机发动机的缸头温度；所述排气温度传感器用于监测所述无人直升机发动机的排气筒的排气温度。
所述缸头温度传感器包括右缸头温度传感器和左缸头温度传感器；
所述右缸头温度传感器和左缸头温度传感器分别监测所述无人直升机发动机的两个缸头的温度；
所述排气温度传感器包括右排气温度传感器和左排气温度传感器；
所述右排气温度传感器和左排气温度传感器分别监测所述无人直升机发动机的两个排气筒的排气温度。
所述无人直升机齿轮箱包括箱体及设置于所述箱体内的锥齿轮Ⅰ、锥齿轮Ⅱ及锥齿轮Ⅲ，其中锥齿轮Ⅰ设置于所述无人直升机齿轮箱的输入轴上；所述锥齿轮Ⅲ设置于所述无人直升机齿轮箱的一输出轴上；所述锥齿轮Ⅱ设置于所述无人直升机齿轮箱的另一输出轴上，并且与所述锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅲ啮合。
所述锥齿轮Ⅱ与所述锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅲ的传动比相同。
所述无人直升机旋翼系统上设有实时监测旋翼运行状态的旋翼状态监测单元，所述旋翼状态监测单元与所述在线监测模块连接。
所述旋翼状态监测单元包括六分量力传感器，所述六分量力传感器连接在所述无人直升机旋翼系统与所述旋翼系统电磁离合器之间。
所述在线监测模块包括数采分析模块和上位机，其中数采分析模块与各扭矩转速传感器和各电磁离合器连接，用于实时采集检测信号并进行数据分析，并由上位机实时显示。
所述无人直升机桨发匹配测试系统包括发动机输出轴功率测试系统运行模式、旋翼需用功率测试系统运行模式及无人直升机桨发匹配测试系统运行模式；
当发动机电磁离合器和测功机电磁离合器处于啮合状态，旋翼系统电磁离合器处于分离状态时，发动机输出轴功率测试系统运行；
当测功机电磁离合器、旋翼系统电磁离合器处于啮合状态，发动机电磁离合器处于分离状态时，旋翼需用功率测试系统运行；
当发动机电磁离合器和旋翼系统电磁离合器处于啮合状态，测功机电磁离合器处于分离状态时，无人直升机桨发匹配测试系统运行。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明可以单独进行无人直升机旋翼需用功率测试和发动机输出轴功率测试，还可以在上述测试过程中测试齿轮箱功率传递系数，同时还可以实际测试无人直升机桨发匹配特性。
2.本发明可通过上位机控制电磁离合器进行三种测试模式选择。
3.本发明通过交流电力测功机分别实现旋翼需用功率测试的动力源和发动机输出轴功率的负载端。
4.本发明通过上位机实时监测旋翼需用功率测试和发动机输出轴功率测试。
附图说明
图1为本发明无人直升机桨发匹配测试系统的结构示意图；
图2为本发明中齿轮箱的结构示意图。
图中：1为无人直升机旋翼系统，2为无人直升机发动机，3为无人直升机齿轮箱，4为交流电力测功机，5为测功机扭矩转速传感器，6为发动机扭矩转速传感器，7为旋翼系统扭矩转速传感器，8为油耗仪，9为右缸头温度传感器，10为左缸头温度传感器，11为右排气温度传感器，12为左排气温度传感器，13为发动机电磁离合器，14为测功机电磁离合器，15为旋翼系统电磁离合器，16为六分量力传感器，17为数采分析模块，18为上位机，19为锥齿轮Ⅰ，20为锥齿轮Ⅱ，21为锥齿轮Ⅲ。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种无人直升机桨发匹配测试系统，包括无人直升机旋翼系统1、无人直升机发动机2、无人直升机齿轮箱3、交流电力测功机4及在线监测模块；无人直升机齿轮箱3的输入轴通过发动机扭矩转速传感器6和发动机电磁离合器13与无人直升机发动机2连接；无人直升机齿轮箱3的一输出轴通过测功机扭矩转速传感器5和测功机电磁离合器14与交流电力测功机4连接；无人直升机齿轮箱3的另一输出轴通过旋翼系统扭矩转速传感器7和旋翼系统电磁离合器15与无人直升机旋翼系统1连接；在线监测模块用于接收各扭矩转速传感器的检测信号及控制各电磁离合器的啮合和分离状态，实现在线测试模式的切换。
无人直升机桨发匹配测试系统包括三种运行模式：发动机输出轴功率测试系统运行模式、旋翼需用功率测试系统运行模式及无人直升机桨发匹配测试系统运行模式；当发动机电磁离合器13和测功机电磁离合器14处于啮合状态，旋翼系统电磁离合器15处于分离状态时，发动机输出轴功率测试系统运行；当测功机电磁离合器14、旋翼系统电磁离合器15处于啮合状态，发动机电磁离合器13处于分离状态时，旋翼需用功率测试系统运行；当发动机电磁离合器13和旋翼系统电磁离合器15处于啮合状态，测功机电磁离合器14处于分离状态时，无人直升机桨发匹配测试系统运行。
如图1所示，本发明的实施例中，在线监测模块包括数采分析模块17和上位机18，其中数采分析模块17与各扭矩转速传感器和各电磁离合器连接，用于实时采集检测信号并进行数据分析，并由上位机18实时显示。
在上述实施例的基础上，无人直升机发动机2上设有实时监测发动机运行状态的发动机状态监测单元，发动机状态监测单元与在线监测模块中的数采分析模块17连接。本实施例中，发动机状态监测单元包括油耗仪8、缸头温度传感器及排气温度传感器，其中油耗仪8用于监测无人直升机发动机2的耗油状态；缸头温度传感器用于监测无人直升机发动机2的缸头温度；排气温度传感器用于监测无人直升机发动机2的排气筒的排气温度。所测数据由数采分析模块17实时采集并进行数据分析，并由上位机18实时显示。
进一步地，缸头温度传感器包括右缸头温度传感器9和左缸头温度传感器10，右缸头温度传感器9和左缸头温度传感器10分别监测无人直升机发动机2的两个缸头的温度。排气温度传感器包括右排气温度传感器11和左排气温度传感器12，右排气温度传感器11和左排气温度传感器12分别监测无人直升机发动机2的两个排气筒的排气温度。
在上述实施例的基础上，无人直升机旋翼系统1上设有实时监测旋翼运行状态的旋翼状态监测单元，旋翼状态监测单元与在线监测模块中的数采分析模块17连接。本实施例中，如图1所示，旋翼状态监测单元包括六分量力传感器16，六分量力传感器16连接在无人直升机旋翼系统1与旋翼系统电磁离合器15之间，实时监测旋翼运行状态，所测数据由数采分析模块17实时采集并进行数据分析，并由上位机18实时显示。
如图2所示，本发明的实施例中，无人直升机齿轮箱3包括箱体及设置于箱体内的锥齿轮Ⅰ19、锥齿轮Ⅱ20及锥齿轮Ⅲ21，其中锥齿轮Ⅰ19设置于无人直升机齿轮箱3的输入轴上，锥齿轮Ⅲ21设置于无人直升机齿轮箱3的一输出轴上，锥齿轮Ⅱ20设置于无人直升机齿轮箱3的另一输出轴上，并且与锥齿轮Ⅰ19和锥齿轮Ⅲ21啮合。本实施例中，锥齿轮Ⅱ20和锥齿轮Ⅰ19组成齿轮传动的传动比与锥齿轮Ⅱ20和锥齿轮Ⅲ21组成齿轮传动的传动比相同。
本发明的实施例中，无人机直升机发动机2、发动机电磁离合器13、发动机扭矩转速传感器6、无人直升机齿轮箱3、测功机扭矩转速传感器5、交流电力测功机4和测功机电磁离合器14组成发动机输出轴功率测试系统，油耗仪8、缸头温度传感器9、缸头温度传感器10、排气温度传感器11和排气温度传感器12组成发动机状态监测单元，实时监测发动机运行状态，所测数据由数采分析模块17实时采集并进行数据分析，并由上位机18实时显示。
本发明的实施例中，无人直升机旋翼系统1、六分量力传感器16、旋翼系统电磁离合器15、旋翼系统扭矩转速传感器7、无人直升机齿轮箱3、测功机扭矩转速传感器5、测功机电磁离合器14和交流电力测功机4组成旋翼需用功率测试系统。
本发明的实施例中，无人直升机旋翼系统1、六分量力传感器16、旋翼系统电磁离合器15、旋翼系统扭矩转速传感器7、无人直升机齿轮箱3、发动机扭矩转速传感器6、发动机电磁离合器13和无人直升机发动机2组成无人直升机桨发匹配测试系统。
发动机输出轴功率测试系统运行时，发动机电磁离合器13和测功机电磁离合器14处于啮合状态，旋翼系统电磁离合器15处于分离状态；旋翼需用功率测试系统运行时，测功机电磁离合器14和旋翼系统电磁离合器15处于啮合状态，发动机电磁离合器13处于分离状态；无人直升机桨发匹配测试系统运行时，发动机电磁离合器13和旋翼系统电磁离合器15处于啮合状态，测功机电磁离合器14处于分离状态。
交流电力测功机4具有电力-测功两种运行状态，可以运行在四象限状态，既可以作发电机运转，又可以作电动机运转；既可以正向加载，也可反向加载；同时不需额外冷却辅助设施。发动机扭矩转速传感器6、旋翼系统扭矩转速传感器7和六分量力传感器16组成无人直升机桨发匹配监测单元，实时监测桨发匹配状态，所测数据由数采分析模块17实时采集并进行数据分析，并由上位机18实时显示，并根据发动机扭矩转速传感器6、旋翼系统扭矩转速传感器7实时计算无人直升机齿轮箱3的功率传递效率。发动机电磁离合器13、测功机电磁离合器14和旋翼系统电磁离合器15可与上位机18通讯，上位机18可在线控制各电磁离合器啮合或分离状态，实现在线选择三种测试模式。
本发明的工作原理是：
本发明通过上位机18在线控制发动机电磁离合器13、测功机电磁离合器14和旋翼系统电磁离合器15的啮合/分离状态，在线选择“发动机输出轴功率测试”、“旋翼需用功率测试”及“无人直升机桨发匹配测试”三种测试模式，并通过数采分析模块17和上位机18进行实时在线监测。在测试过程中进行齿轮箱功率传递系数测试，弥补了分别搭建旋翼测试塔和发动机测功台进行旋翼需用功率和发动机输出轴功率测试，再进行数值匹配的不足，提高了无人直升机桨发匹配一体化、自动化水平，为无人直升机桨发匹配提供了一种新的测试手段。
本发明可以单独进行无人直升机旋翼需用功率测试和发动机输出轴功率测试，还可以在上述测试过程中测试齿轮箱功率传递系数，同时还可以实际测试无人直升机桨发匹配特性。本发明通过交流电力测功机分别实现旋翼需用功率测试的动力源和发动机输出轴功率的负载端，通过上位机实时监测旋翼需用功率测试和发动机输出轴功率测试，操作简单，方便快捷，节省成本。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。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、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种无人直升机桨发匹配测试系统，其特征在于，包括无人直升机旋翼系统（1）、无人直升机发动机（2）、无人直升机齿轮箱（3）、交流电力测功机（4）及在线监测模块；
所述无人直升机齿轮箱（3）的输入轴通过发动机扭矩转速传感器（6）和发动机电磁离合器（13）与无人直升机发动机（2）连接；
所述无人直升机齿轮箱（3）的一输出轴通过测功机扭矩转速传感器（5）和测功机电磁离合器（14）与交流电力测功机（4）连接；
所述无人直升机齿轮箱（3）的另一输出轴通过旋翼系统扭矩转速传感器（7）和旋翼系统电磁离合器（15）与无人直升机旋翼系统（1）连接；
所述在线监测模块用于接收各扭矩转速传感器的检测信号及控制各电磁离合器的啮合和分离状态，实现在线测试模式的切换；
所述无人直升机发动机（2）上设有实时监测发动机运行状态的发动机状态监测单元，所述发动机状态监测单元与所述在线监测模块连接；
所述无人直升机旋翼系统（1）上设有实时监测旋翼运行状态的旋翼状态监测单元，所述旋翼状态监测单元与所述在线监测模块连接。
2.根据权利要求1所述的无人直升机桨发匹配测试系统，其特征在于，所述发动机状态监测单元包括油耗仪（8）、缸头温度传感器及排气温度传感器，其中油耗仪（8）用于监测所述无人直升机发动机（2）的耗油状态；所述缸头温度传感器用于监测所述无人直升机发动机（2）的缸头温度；所述排气温度传感器用于监测所述无人直升机发动机（2）的排气筒的排气温度。
3.根据权利要求2所述的无人直升机桨发匹配测试系统，其特征在于，所述缸头温度传感器包括右缸头温度传感器（9）和左缸头温度传感器（10）；
所述右缸头温度传感器（9）和左缸头温度传感器（10）分别监测所述无人直升机发动机（2）的两个缸头的温度；
所述排气温度传感器包括右排气温度传感器（11）和左排气温度传感器（12）；
所述右排气温度传感器（11）和左排气温度传感器（12）分别监测所述无人直升机发动机（2）的两个排气筒的排气温度。
4.根据权利要求1所述的无人直升机桨发匹配测试系统，其特征在于，所述无人直升机齿轮箱（3）包括箱体及设置于所述箱体内的锥齿轮Ⅰ（19）、锥齿轮Ⅱ（20）及锥齿轮Ⅲ（21），其中锥齿轮Ⅰ（19）设置于所述无人直升机齿轮箱（3）的输入轴上；所述锥齿轮Ⅲ（21）设置于所述无人直升机齿轮箱（3）的一输出轴上；所述锥齿轮Ⅱ（20）设置于所述无人直升机齿轮箱（3）的另一输出轴上，并且与所述锥齿轮Ⅰ（19）和锥齿轮Ⅲ（21）啮合。
5.根据权利要求4所述的无人直升机桨发匹配测试系统，其特征在于，所述锥齿轮Ⅱ（20）与所述锥齿轮Ⅰ（19）和锥齿轮Ⅲ（21）的传动比相同。
6.根据权利要求1所述的无人直升机桨发匹配测试系统，其特征在于，所述旋翼状态监测单元包括六分量力传感器（16），所述六分量力传感器（16）连接在所述无人直升机旋翼系统（1）与所述旋翼系统电磁离合器（15）之间。
7.根据权利要求1所述的无人直升机桨发匹配测试系统，其特征在于，所述在线监测模块包括数采分析模块（17）和上位机（18），其中数采分析模块（17）与各扭矩转速传感器和各电磁离合器连接，用于实时采集检测信号并进行数据分析，并由上位机（18）实时显示。
8.根据权利要求1所述的无人直升机桨发匹配测试系统，其特征在于，所述无人直升机桨发匹配测试系统包括发动机输出轴功率测试系统运行模式、旋翼需用功率测试系统运行模式及无人直升机桨发匹配测试系统运行模式；
当发动机电磁离合器（13）和测功机电磁离合器（14）处于啮合状态，旋翼系统电磁离合器（15）处于分离状态时，发动机输出轴功率测试系统运行；
当测功机电磁离合器（14）、旋翼系统电磁离合器（15）处于啮合状态，发动机电磁离合器（13）处于分离状态时，旋翼需用功率测试系统运行；
当发动机电磁离合器（13）和旋翼系统电磁离合器（15）处于啮合状态，测功机电磁离合器（14）处于分离状态时，无人直升机桨发匹配测试系统运行。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |