CN112340062B - 一种基于气滑环的旋翼测压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于气滑环的旋翼测压系统，包括旋翼测压系统定子和旋翼测压系统转子；所述旋翼测压系统定子由支撑杆、气滑环定子和伺服电机定子组成，支撑杆与气滑环定子以及伺服电机定子固连；所述旋翼测压系统转子由伺服电机转子、气滑环转子组成，伺服电机转子与气滑环转子通过连接件固连；所述气滑环转子与支撑杆通过轴承相连；表面已经加工好测压孔的旋翼与伺服电机转子固连，从旋翼根部引出测压软管，接至气滑环转子气管接口，气滑环转子气管接口与气滑环定子气管接口气路连通，气滑环定子气管接口与测压系统通过软管连接。该系统在旋翼旋转过程中将压力信号传递到静止的气滑环定子上，从而实现将运动中旋翼表面压力的数据记录下来。
Description
技术领域
本发明属于空气动力学实验技术，特别是一种基于气滑环的旋翼测压系统。
背景技术
旋翼通过进行翼型设计，并绕旋翼轴旋转与空气发生相对运动，从而产生一定的气动力。旋翼被广泛应用于直升机、多旋翼、固定翼等飞行器的设计之中，是重要的升力或动力组件，对于旋翼的气动优化有利于提升使用旋翼飞行器的效率。
在实验空气动力学领域，压力测量是一种非常重要的实验手段，科研人员经常通过获取飞行器表面的压力分布，来分析飞行器的气动特性。由于压力在飞行器表面的积分就是气动力的大小，所以利用压力测量的好处之一是可以直观地看到飞行器某些气动特性产生的原因，二是可以精确的看到问题产生的区域范围。但是由于旋翼工作过程主要特征是快速的旋转运动，致使传统的测压方法和测量设备难以在旋翼上应用。
现有旋翼测压方法主要有两种，一种是在旋翼表面粘贴压力敏感元件测量表面压力，这种方法的缺点是由于压力敏感元件的面积较大，只能测量元件覆盖范围内的平均压力，且受限于面积大小，一次只能同时测量几个位置的表面压力。另一种方法是在旋翼表面涂压力敏感漆，压力敏感漆会在不同的压力作用下表现出不同的颜色，这种方法虽然能较方便地观测旋翼表面压力分布，但其精度较差，属于半定量测量，且成本较高，大部分研究单位不具有配备此类压力敏感漆的条件。而常用的固定翼测压装置，不需要考虑旋转部件，无法应用于旋翼测压系统上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于气滑环的旋翼测压系统，将气滑环转子与伺服电机转子固连，伺服电机转子再与旋翼固连，通过气滑环将旋翼上的压力传导至气滑环定子，再通过传统压力测量系统来测量压力分布。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于气滑环的旋翼测压系统，包括旋翼测压系统定子和旋翼测压系统转子；所述旋翼测压系统定子由支撑杆、气滑环定子和伺服电机定子组成，所述支撑杆与气滑环定子以及伺服电机定子固连；所述旋翼测压系统转子由伺服电机转子、气滑环转子组成，所述伺服电机转子与气滑环转子通过连接件固连；所述气滑环转子与支撑杆通过轴承相连；表面已经加工好测压孔的旋翼与伺服电机转子固连，从旋翼根部引出测压软管，接至气滑环转子气管接口，气滑环转子气管接口与气滑环定子气管接口气路连通，气滑环定子气管接口与测压系统通过软管连接。
进一步的，所述连接件为拐臂，拐处带弧度。
进一步的，测量时，所述支撑杆相对地面静止。
进一步的，旋翼表面布置测压孔，通过旋翼内部的气路导出至旋翼根部。
进一步的，伺服电机位于旋翼和气滑环转子之间。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：（1）本发明克服了传统的测压系统中软管对于动态实验的限制，在旋翼旋转过程中将压力信号传递到静止的气滑环定子上，从而实现将运动中旋翼表面压力的数据记录下来；（2）可以精确获取旋翼旋转过程中旋翼上的动态压力分布，应用于旋翼飞行器气动力建模和分析。
附图说明
图1为单侧旋翼利用气滑环测压系统测压的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出一种基于气滑环的旋翼测压系统，旋翼测压系统从上到下分别为被测旋翼1、测压软管4、伺服电机、气滑环转子8、气滑环定子9、支撑杆11。所述旋翼1表面按一定规律沿展向和弦向方向布置测压孔，并通过旋翼内部的气路导出至旋翼根部；所述测压软管4一端连接旋翼根部引出的气路，另一端连接气滑环转子8上的引气口；所述伺服电机位于旋翼1和气滑环转子8之间，伺服电机定子3与支撑杆11固连，伺服电机转子2与旋翼1固连，用于驱动旋翼1以给定转速旋转；气滑环将从旋转部件引出的测压软管气路转换到固定部件上。气滑环转子8套在支撑杆11上，与支撑杆11之间布置有轴承6，同时与伺服电机转子2固连，保证气滑环转子8的旋转始终与机翼旋转同步；所述气滑环定子9与支撑杆11固连，并从气滑环定子9的多路引气口将气体引出，最终导入到常规测压系统。
所述旋翼测压系统，包含了一套从旋转部件到固定部件的气体通路，具体为从旋翼1表面的测压孔通过旋翼内部气路连接到旋翼根部，旋翼根部接测压软管4将气体引入气滑环转子8，通过气滑环将气体引入到气滑环定子9，并最终将气体引入到数据采集系统中去。所述支撑杆11分别与地面、气滑环定子9、伺服电机定子3固连，与气滑环转子8通过轴承6相连，伺服电机定子3位于气滑环转子8上方，与气滑环转子8保持非接触状态。
下面结合实施例对本发明进一步详细说明。
实施例
1.气路连接方案
首先在旋翼表面按照实验要求布置测压孔，并通过旋翼内部的气路导出至旋翼根部；利用测压管连通旋翼根部引出的气路与气滑环转子上的引气口，将旋翼表面压力的分布传导至气滑环转子，气滑环转子的各个通道本身和定子之间的各个通道存在气压的连通，这样就将旋转的旋翼表面的压力分布传导至静止的气滑环定子的气管接口之上；最后将定滑环气管接口与测压系统相连，采集压力数据。
2.动力部分方案
整个系统的动力由单个伺服电机提供，伺服电机位于旋翼和气滑环转子之间，电机定子部分与支撑杆固连，转子部分与旋翼固连，用于驱动旋翼以给定转速旋转；气滑环转子套在支撑杆上，与支撑杆之间布置有轴承，同时与伺服电机转子固连，保证气滑环转子的旋转始终与机翼旋转同步。
如图1所示，在实验过程中，将表面已经加工好测压孔的旋翼1与伺服电机转子2固连，从旋翼1根部引出测压软管4，接至气滑环转子气管接口7，气滑环转子气管接口可与气滑环定子气管接口10气路连通，再将气滑环定子气管接口10与测压系统通过软管连接，获取压力数据。
将伺服电机转子2与气滑环转子8通过连接件5固连，固连件5拐角处加弧度以防止应力集中。
支撑杆11与气滑环定子9和伺服电机定子3固连，与气滑环转子8通过轴承6连接以减少摩擦力。
在实验过程中，开启伺服电机，旋翼1、伺服电机转子2以及气滑环转子8相对于地面以一定转速进行旋转，又由于三者固连在一起，相对静止，气滑环的作用是将旋转中气滑环转子8上的接口压力传导至气滑环定子气管接口10处，由于气滑环定子气管接口10是静止的，所以可以用常规的测压系统进行压力数据采集。
Claims (5)
1.一种基于气滑环的旋翼测压系统，其特征在于：包括旋翼测压系统定子和旋翼测压系统转子；所述旋翼测压系统定子由支撑杆（11）、气滑环定子（9）和伺服电机定子（3）组成，所述支撑杆（11）与气滑环定子（9）以及伺服电机定子（3）固连；所述旋翼测压系统转子由伺服电机转子（2）、气滑环转子（8）组成，所述伺服电机转子（2）与气滑环转子（8）通过连接件（5）固连；所述气滑环转子（8）与支撑杆（11）通过轴承（6）相连；表面已经加工好测压孔的旋翼（1）与伺服电机转子（2）固连，从旋翼（1）根部引出测压软管（4），接至气滑环转子气管接口（7），气滑环转子气管接口（7）与气滑环定子气管接口（10）气路连通，气滑环定子气管接口（10）与测压系统通过软管连接。
2.根据权利要求1所述的基于气滑环的旋翼测压系统，其特征在于：所述连接件（5）为拐臂，拐臂拐处带弧度。
3.根据权利要求1所述的基于气滑环的旋翼测压系统，其特征在于：测量时，所述支撑杆（11）相对地面静止。
4.根据权利要求1所述的基于气滑环的旋翼测压系统，其特征在于：所述旋翼（1）表面布置测压孔，通过旋翼内部的气路导出至旋翼根部。
5.根据权利要求1所述的基于气滑环的旋翼测压系统，其特征在于：伺服电机位于旋翼（1）和气滑环转子（8）之间。
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