CN112268036B - 一种用于模拟直升机apu起动负载的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模拟直升机APU起动负载的装置，包括底座以及安装在底座上的APU起动液压马达和APU起动负载装置，APU起动负载装置包括依次连接的扭矩转速传感器、惯量模拟机构、扭矩传感器以及加载液压马达；当APU起动液压马达启动后，惯量模拟装置将产生对应的惯性负载，并传递给APU起动液压马达；同时，惯量模拟装置将其高速端的输入转速按照设定的速比减少后输出到加载液压马达，加载液压马达将被动地跟随APU起动液压马达旋转。本发明在液压系统地面全模拟试验中不安装机上APU的情况下能真实模拟APU起动外负载，能快速地根据APU起动马达的转速状态实时给出对应的外负载，为APU装置完成相关试验提供了所必需的负载，降低了试验成本、缩短了试验周期。

Description

一种用于模拟直升机APU起动负载的装置

技术领域

本发明涉及机电控制设计领域，涉及直升机液压系统地面全模拟试验台的专项设备，具体涉及一种用于模拟直升机APU起动负载的装置。

背景技术

随着高涵道比、大功率发动机在现代直升机上的应用，辅助动力装置(APU，Auxiliary Power Unit)也得到了广泛的使用，并且成为直升机机上不可或缺的关键设备之一。目前，国内外大型直升机上无一例外地采用了APU。APU是装在直升机上的一套不依赖机外任何能源、自成独立体系的小型动力装置。

APU在直升机上的主要作用如下：

1)用于地面起动主发动机：APU正常运转之后，APU的压气机压缩空气，将该空气输送到主发动机，用于起动主发动机。

2)为地面操作提供电源以及提供空中应急电源：APU正常运转之后，驱动发电机工作，从而为直升机提供电源。

3)它还可向直升机提供附加推力，改善直升机的飞行性能。

在某型直升机上，首次采用蓄压器驱动液压马达，从而带动APU起动的液压起动方案。从APU的作用来看，其可靠性水平、性能水平将会对直升机整机的可靠性水平产生直接的影响。因此，对机载APU设备进行性能参数检测、可靠性水平验证的地面试验具有十分重要的现实意义。

在液压系统地面模拟试验台上安装机上APU，不仅试验成本大幅增加而且严重影响试验进度延长试验周期，而APU起动负载模拟装置作为地面半实物仿真系统中的一种重要专用设备，可在地面试验室条件下不安装APU的情况下为APU装置完成相关试验提供所必需的负载，复现其近似的工作状态，其研制的意义也是显而易见的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于模拟直升机APU起动负载的装置，用以解决现有试验方法所存在的试验成本高、试验周期长的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种用于模拟直升机APU起动负载的装置，包括底座以及安装在底座上的APU起动液压马达和APU起动负载装置，所述APU起动负载装置包括依次连接的扭矩转速传感器、惯量模拟机构、扭矩传感器以及加载液压马达；

所述APU起动液压马达为直升机上的APU起动单元中的液压马达，APU起动液压马达通过蓄压器驱动起动后，带动所述APU起动负载装置运转；

所述APU起动负载装置用于模拟APU转动部分的转动惯量、压气机工作时所需克服的空气阻力、摩擦阻力；

所述扭矩转速传感器用于反映APU起动单元所承受的模拟外负载，包括模拟机构产生的扭矩和加载液压马达所加载的载荷谱扭矩；

所述惯量模拟机构用于模拟APU外负载的角惯量；所述惯量模拟机构包括惯量盘与减速器，其中惯量盘用于提供外负载的角惯量，减速器用于对加载液压马达输出的转速进行减速；

所述扭矩传感器用于实现除惯量盘产生的扭矩之外的加载载荷谱扭矩，所述扭矩为加载液压马达所需要控制精度的扭矩；

所述加载液压马达用于提供加载载荷谱扭矩，其中载荷谱扭矩是模拟由于压气机工作时所需克服的空气阻力、摩擦阻力而产生的扭矩。

进一步地，当APU起动液压马达以设定的角加速度启动后，惯量模拟装置将产生对应的惯性负载，并传递给APU起动液压马达；同时，惯量模拟装置将其高速端的输入转速按照设定的速比减少后输出到加载液压马达，加载液压马达将被动地跟随APU起动液压马达旋转。

进一步地，所述扭矩转速传感器与APU起动液压马达通过第一渐开线花键联轴器连接。

进一步地，惯量模拟机构的低速端通过双平键联轴器与扭矩传感器连接，扭矩传感器与加载液压马达通过第二渐开线花键联轴器连接。

进一步地，所述惯量模拟机构具有与润滑系统连接的接口，并设置有吊装所用的吊环。

进一步地，所述底座上设置有第一安装支架和第二安装支架，其中：

第一安装支架上安装所述扭矩转速传感器，并在扭矩转速传感器外部设置有保护罩；

第二安装支架上安装所述扭矩传感器，并在扭矩传感器外部设置有保护罩。

进一步地，所述扭矩转速传感器、惯量模拟机构、扭矩传感器以及加载液压马达同轴设置。

进一步地，惯量模拟机构高速端通过膜片联轴器与扭矩转速传感器进行连接，膜片联轴器用于补偿主动轴和从动轴的不同轴度，同时消除膜片联轴器角向间隙，抑制瞬间启动或换向时的冲击。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

本发明在液压系统地面全模拟试验中不安装机上APU的情况下能真实模拟APU起动的外负载(包括惯性力矩、阻尼力矩、摩擦力矩等)，能快速地根据APU起动马达的转速状态实时给出对应的外负载，为APU装置完成相关试验提供了所必需的负载，降低了试验成本、缩短了试验周期，该装置结构紧凑，对接的夹具安装方便，连接可靠，维护性好。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图。

图中标号说明：1底座，2第一安装支架，3第二安装支架，4APU起动液压马达，5第一渐开线花键联轴器，6扭矩转速传感器，7膜片联轴器，8惯量模拟机构，9双平键联轴器，10扭矩传感器，11第二渐开线花键联轴器，12加载液压马达。

具体实施方式

参见图1，本发明公开了一种用于模拟直升机APU起动负载的装置，包括底座1以及安装在底座1上的APU起动液压马达和APU起动负载装置，所述APU起动负载装置包括扭矩转速传感器6、惯量模拟机构8、扭矩传感器10以及加载液压马达12，其中，扭矩转速传感器6与APU起动液压马达通过第一渐开线花键联轴器5连接，扭矩传感器10与惯量模拟机构8的高速端通过膜片联轴器7连接；惯量模拟机构8的低速端通过双平键联轴器9与扭矩传感器10连接，扭矩传感器10与加载液压马达12通过第二渐开线花键联轴器11连接；

所述APU起动液压马达为直升机上的APU起动单元中的液压马达，APU起动液压马达通过蓄压器驱动起动后，带动所述APU起动负载装置运转；

所述APU起动负载装置用于模拟APU转动部分的转动惯量、压气机工作时所需克服的空气阻力、摩擦阻力等；

所述扭矩转速传感器6用于反映APU起动单元所承受的模拟外负载，包括模拟机构产生的扭矩和加载液压马达12所加载的载荷谱扭矩；

所述惯量模拟机构8用于模拟APU外负载的角惯量；所述惯量模拟机构8包括惯量盘与减速器，其中惯量盘用于提供外负载的角惯量，减速器用于对加载液压马达12输出的转速进行减速；

所述扭矩传感器10用于实现除惯量盘产生的扭矩之外的加载载荷谱扭矩，该扭矩为加载液压马达12所需要控制精度的扭矩；

所述加载液压马达12用于提供加载载荷谱扭矩，其中载荷谱扭矩是模拟由于压气机工作时所需克服的空气阻力、摩擦阻力而产生的扭矩。

参见图1给出的示例，在该示例中，加载模拟依靠加载液压马达12来实现，输入端为机上的APU起动液压马达，负载为加载液压马达12，加载液压马达12采用的是速度较低的大扭矩液压马达，例如可采用AV6变量马达。由于APU起动液压马达的输出转速较高，故两者通过惯量模拟机构8进行连接。其他的连接机构包括第一渐开线花键联轴器5、膜片联轴器7、双平键联轴器9、第二渐开线花键联轴器11和用于对扭矩转速传感器6、扭矩传感器10进行保护的保护罩。

在该示例中，惯量模拟机构8用于模拟APU外负载的角惯量，从APU起动液压马达轴侧看，APU起动液压马达为逆时针旋转，而从高速轴侧看惯量模拟机构8中的高速端为顺时针转动。惯量模拟机构8高速端通过膜片联轴器7与扭矩转速传感器6进行连接，采用膜片联轴器7可以补偿主动轴和从动轴的不同轴度，同时可以消除膜片联轴器7角向间隙，抑制瞬间启动或换向时的冲击；扭矩转速传感器6通过第一渐开线花键联轴器5与APU起动液压马达进行连接，扭矩转速传感器6两侧轴伸均为对称双键，键尺寸按国家标准选取；本方案中，将扭矩转速传感器6放置在APU起动液压马达的近端，可较为真实的反映APU所承受的模拟外负载(包括惯量盘产生的扭矩和加载液压马达12加载载荷谱扭矩)。将扭矩传感器10放置在加载液压马达12的近端，可实现除惯量盘产生的扭矩之外的加载载荷谱扭矩，这是加载液压马达12给出的需要控制精度的扭矩。惯量模拟机构8低速端通过双平键联轴器9与扭矩传感器10连接，之后再通过第二渐开线花键联轴器11与加载液压马达12连接。

惯量模拟机构8具有与润滑系统连接的接口，并设置有吊装所用的吊环；高速端、低速端均可承受双向的扭矩载荷，并能承受对应设计载荷的冲击而不会产生故障。

当APU起动液压马达以设定的角加速度启动后，惯量模拟装置将产生对应的惯性负载，并传递给APU起动液压马达。同时，惯量模拟装置将其高速端的输入转速(即APU起动液压马达的输出转速)按照设定的速比减少后输出到加载液压马达12，加载液压马达12将被动地跟随APU起动液压马达旋转。

本发明作为地面半实物仿真系统中的一种重要专用设备，在不安装APU的情况下，能快速地根据APU起动马达的转速状态实时给出对应的外负载，包括惯性力矩、阻尼力矩、摩擦力矩等，为APU起动系统完成相关试验提供所必需的负载，复现其近似的工作状态。

以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于模拟直升机APU起动负载的装置，其特征在于，包括底座(1)以及安装在底座(1)上的APU起动液压马达和APU起动负载装置，所述APU起动负载装置包括依次连接的扭矩转速传感器(6)、惯量模拟机构(8)、扭矩传感器(10)以及加载液压马达(12)；

所述APU起动液压马达为直升机上的APU起动单元中的液压马达，APU起动液压马达通过蓄压器驱动起动后，带动所述APU起动负载装置运转；

所述APU起动负载装置用于模拟APU转动部分的转动惯量、压气机工作时所需克服的空气阻力、摩擦阻力；

所述扭矩转速传感器(6)用于反映APU起动单元所承受的模拟外负载，包括模拟机构产生的扭矩和加载液压马达(12)所加载的载荷谱扭矩；

所述惯量模拟机构(8)用于模拟APU外负载的角惯量；所述惯量模拟机构(8)包括惯量盘与减速器，其中惯量盘用于提供外负载的角惯量，减速器用于对加载液压马达(12)输出的转速进行减速；

所述扭矩传感器(10)用于实现除惯量盘产生的扭矩之外的加载载荷谱扭矩，所述加载载荷谱扭矩为加载液压马达(12)所需要控制精度的扭矩；

所述加载液压马达(12)用于提供加载载荷谱扭矩，其中载荷谱扭矩是模拟由于压气机工作时所需克服的空气阻力、摩擦阻力而产生的扭矩；

当APU起动液压马达以设定的角加速度启动后，惯量模拟机构(8)将产生对应的惯性负载，并传递给APU起动液压马达；同时，惯量模拟机构(8)将其高速端的输入转速按照设定的速比减少后输出到加载液压马达(12)，加载液压马达(12)将被动地跟随APU起动液压马达旋转；

所述扭矩转速传感器(6)与APU起动液压马达通过第一渐开线花键联轴器(5)连接，扭矩转速传感器(6)与惯量模拟机构(8)的高速端通过膜片联轴器(7)连接；

所述惯量模拟机构(8)的低速端通过双平键联轴器(9)与扭矩传感器(10)连接，扭矩传感器(10)与加载液压马达(12)通过第二渐开线花键联轴器(11)连接；

所述惯量模拟机构(8)高速端通过膜片联轴器(7)与扭矩转速传感器(6)进行连接，膜片联轴器(7)用于补偿主动轴和从动轴的不同轴度，同时消除膜片联轴器(7)角向间隙，抑制瞬间启动或换向时的冲击。

2.根据权利要求1所述的用于模拟直升机APU起动负载的装置，其特征在于，所述惯量模拟机构(8)具有与润滑系统连接的接口，并设置有吊装所用的吊环。

3.根据权利要求1所述的用于模拟直升机APU起动负载的装置，其特征在于，所述底座(1)上设置有第一安装支架(2)和第二安装支架(3)，其中：

第一安装支架(2)上安装所述扭矩转速传感器(6)，并在扭矩转速传感器(6)外部设置有保护罩；

第二安装支架(3)上安装所述扭矩传感器(10)，并在扭矩传感器(10)外部设置有保护罩。

4.根据权利要求1所述的用于模拟直升机APU起动负载的装置，其特征在于，所述扭矩转速传感器(6)、惯量模拟机构(8)、扭矩传感器(10)以及加载液压马达(12)同轴设置。

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