CN112478193A - 一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于直升机旋翼试验和维护技术领域，具体涉及一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置和测量方法。装置包括：智能拉杆模块(100)，用于调节旋翼锥体；测试与控制模块(200)，用于采集旋翼的振动值和锥体值，并发出控制指令；集流环模块(300)，用于给所述智能拉杆模块(100)供电和传输信号；振动与转速测量模块(400)，用于测量旋翼的振动值和转速；桨尖轨迹测量模块(500)，用于测量旋翼锥体值。通过将测量的旋翼锥体和动平衡信号实时反馈给控制系统，控制系统根据控制模型和策略输出控制指令给智能拉杆进行锥体实时调节，使旋翼锥体始终保持良好平衡状态，降低由此引起的机体振动，提高直升机的维护性、安全性、舒适性以及经济性。

Description

一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置和测量方法

技术领域

本发明属于直升机旋翼试验和维护技术领域，具体涉及一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置和测量方法。

背景技术

旋翼作为直升机的主要升力面和操纵力面，在飞行过程中产生交变载荷，是直升机的主要振源。当直升机使用一段时间或更换了旋翼系统部件，以及在直升机振动变大到一定程度情况下，均需要进行旋翼锥体测量和调整，是直升机试验和使用维护过程中重要且关键的一项内容。

目前，直升机旋翼锥体测量主要在地面开车和空中悬停状态进行，测量完成后需要直升机停车进行人工调节变距拉杆长度，这种定期锥体测量和调整的直升机维护方式存在以下缺点：

(1)无法在飞行过程中进行，每次测量加调整一般地面开车至少3次，必要时空中仍需1-2次，消耗大量航油，缩短了发动机等有寿件的寿命，直接和间接损失较大；

(2)需要配备专用设备和有经验专业人员，维护不当、损伤旋翼关键部件事情时有发生，留下安全隐患；

(3)无法及时处理因磨损、变形、光滑度变差及轻微损伤等造成的较小锥体不平衡，这将使旋翼长时间处于不平衡状态，提高了桨毂等受力件的疲劳载荷，容易导致裂纹，危及飞行安全。

发明内容

本发明的目的：针对现有技术的不足，提出一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置和测量方法，将测量的旋翼锥体和动平衡信号实时反馈给控制系统，控制系统根据控制模型和策略输出控制指令给智能拉杆进行锥体实时调节，使旋翼锥体始终保持良好平衡状态，降低由此引起的机体振动，提高直升机的维护性、安全性、舒适性以及经济性。

本发明的技术方案：为了实现上述目的，为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置，包括：

智能拉杆模块100，用于调节旋翼锥体；

测试与控制模块200，用于采集旋翼的振动值和锥体值，并发出控制指令；

集流环模块300，用于给所述智能拉杆模块100供电和传输信号；

振动与转速测量模块400，用于测量旋翼的振动值和转速；

桨尖轨迹测量模块500，用于测量旋翼锥体值；

所述智能拉杆模块100设置于直升机旋翼下方，其上端与直升机旋翼铰接，下端与直升机旋翼自动倾斜器动环铰接；所述集流环模块300设置于直升机旋翼上方，与旋翼轴连接；所述振动与转速测量模块400设置于直升机旋翼下方，安装于直升机旋翼桨毂上；所述桨尖轨迹测量模块500设置于直升机旋翼下方，其上部对准直升机旋翼桨尖区域；所述智能拉杆模块100与所述集流环模块300相互电连接，所述智能拉杆模块100、集流环模块300、振动与转速测量模块400、桨尖轨迹测量模块500分别与所述测试与控制模块200电连接。

在一个可能的实施例中，所述智能拉杆模块100包括与直升机旋翼桨叶数量对应的智能变距拉杆，所述每个智能变距拉杆包括电机、行星减速器、行星滚柱丝杠、上下调心球轴承杆端；所述电机驱动行星减速器和行星滚柱丝杠机构，分别带动上下调心球轴承杆端运动实现伸缩变距。

在一个可能的实施例中，所述集流环模块300包括动环、不动环，所述动环与所述智能拉杆模块100电连接，所述不动环与所述测试与控制模块200电连接，用于实现信号和转动信号的连接。

在一个可能的实施例中，所述振动与转速测量模块400包括振动传感器、转速传感器；所述振动传感器安装于直升机旋翼桨毂上端面，用于测量旋翼转速一阶振动值；所述转速传感器包括在旋翼根部下表面贴设的反光片，用于测量旋翼转速。

在一个可能的实施例中，所述桨尖轨迹测量模块500包括包括发光单元、光敏单元；所述发光单元用于发出光学信号，所述光敏单元用于接收直升机旋翼桨叶扫过桨尖轨迹测量模块的光强变化。

根据本发明的第二方面，提供一种直升机旋翼锥体实时在线测量方法，采用上述测量装置，包括如下步骤：

S1:安装智能拉杆模块100；将直升机旋翼各桨叶原有的人工变距拉杆拆除，分别更换成相应接口和长度的智能变距拉杆；将直升机旋翼基准桨叶对应的智变距拉杆作为基准拉杆，其长度不进行调节；

S2：安装桨尖轨迹测量模块500；将桨尖轨迹测量模块500安装在直升机上，使所述桨尖轨迹测量模块500发出的光学信号可通过上端面发射到桨叶桨尖区域，所述桨尖轨迹测量模块500的安装位置与直升机旋翼桨叶之间的垂直距离不超过6m，所述桨尖轨迹测量模块500与水平面的安装角度大于65°；

S3:安装振动与转速测量模块400；将所述振动传感器安装在直升机旋翼桨毂上端面，以保证所述振动传感器的测振方向通过直升机旋翼中心，分别测量旋翼旋转平面XY两个方向的振动信号；

当选择光电式转速传感器时，将反光片粘贴在桨叶桨根下表面上，将光电式转速传感器安装在直升机主减速器上；当选择磁电式转速传感器时，将磁条贴设于直升机旋翼桨叶根部下表面上，将磁电式转速传感器安装在直升机旋翼主减速器上；

S4：安装集流环模块300；所述集流环模块300根据直升机旋翼传动结构不同可选择采用轴端安装或者抱轴安装；

S5：将所述桨尖轨迹测量模块500、振动和转速模块400的电源线及信号线连接到所述测试和控制模块200；将所述智能拉杆模块100的电源线及控制线连接到所述集流环模块300中的动环，将所述集流环模块300中的不动环线缆连接到所述测试和控制模块200；连接完成后，进行接口通讯、功能和性能调试；

S6：旋翼锥体实时在线测量和调整；

直升机旋翼锥体实时在线测量和调整可选择采用以下两种方式中的一种进行，一种为自动方式，当直升机进入规定的飞行状态并稳定一定时间后，测试和控制模块200启动振动和转速模块400、桨尖轨迹测量模块500、智能拉杆模块100，按照控制模型和策略每隔一定的时间间隔进行锥体测量和调节；

另外一种为手动方式，由机上人员启动测试和控制模块200，由测试和控制模块200启动振动和转速模块400、桨尖轨迹测量模块500、智能拉杆模块100，按照控制模型和策略每隔一定的时间间隔进行锥体测量和调节。

在一个可能的实施例中，在所述步骤S3中，当选择光电式转速传感器时，所述反光片贴设在直升机旋翼基准桨叶根部；当选择磁电式转速传感器时，所述磁条贴设在直升机旋翼基准桨叶根部。

在一个可能的实施例中，在所述步骤S2中，所述桨尖轨迹测量模块500发出的光学信号通过上端面发射到桨叶上距离桨叶长度0.7R的位置。

本发明的有益技术效果：本发明中采用的基于锥体和振动测量、控制模型和策略算法、智能变距拉杆的旋翼锥体测量和调整方法，组成了“测试、控制、执行”在内的完整闭环控制系统，能够进行自动和手动两种方式的旋翼锥体实时在线测量和调整，降低了对维护人员要求，提高了效率，实现对微小锥体不平衡及时处理，提高了直升机的使用安全性。

附图说明

图1是本发明实时在线测量装置结构示意图

图2是本发明实时在线测量装置信号连接关系示意图

其中

100-智能拉杆模块；200-测试与控制模块；300-集流环模块；400-振动与转速测量模块；500-桨尖轨迹测量模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置，包括：

智能拉杆模块100，用于调节旋翼锥体；

测试与控制模块200，用于采集旋翼的振动值和锥体值，并发出控制指令；

集流环模块300，用于给所述智能拉杆模块100供电和传输信号；

振动与转速测量模块400，用于测量旋翼的振动值和转速；

桨尖轨迹测量模块500，用于测量旋翼锥体值；

所述智能拉杆模块100设置于直升机旋翼下方，其上端与直升机旋翼铰接，下端与直升机旋翼自动倾斜器动环铰接；所述集流环模块300设置于直升机旋翼上方，与旋翼轴连接；所述振动与转速测量模块400设置于直升机旋翼下方，安装于直升机旋翼桨毂上；所述桨尖轨迹测量模块500设置于直升机旋翼下方，其上部对准直升机旋翼桨尖区域；所述智能拉杆模块100与所述集流环模块300相互电连接，所述智能拉杆模块100、集流环模块300、振动与转速测量模块400、桨尖轨迹测量模块500分别与所述测试与控制模块200电连接；

所述智能拉杆模块100包括与直升机旋翼桨叶数量对应的智能变距拉杆，所述每个智能变距拉杆包括电机、行星减速器、行星滚柱丝杠、上下调心球轴承杆端；所述电机驱动行星减速器和行星滚柱丝杠机构，分别带动上下调心球轴承杆端运动实现伸缩变距；

所述集流环模块300包括动环、不动环，所述动环与所述智能拉杆模块100电连接，所述不动环与所述测试与控制模块200电连接，用于实现信号和转动信号的连接；

所述振动与转速测量模块400包括振动传感器、转速传感器；所述振动传感器安装于直升机旋翼桨毂上端面，用于测量旋翼转速一阶振动值；所述转速传感器包括在旋翼根部下表面贴设的反光片，用于测量旋翼转速；

所述桨尖轨迹测量模块500包括包括发光单元、光敏单元；所述发光单元用于发出光学信号，所述光敏单元用于接收直升机旋翼桨叶扫过桨尖轨迹测量模块的光强变化；

如图2所示，本发明还提供一种直升机旋翼锥体实时在线测量方法，采用上述测量装置，包括如下步骤：

S1:安装智能拉杆模块100；将直升机旋翼各桨叶原有的人工变距拉杆拆除，分别更换成相应接口和长度的智能变距拉杆；将直升机旋翼基准桨叶对应的智变距拉杆作为基准拉杆，其长度不进行调节；

S2：安装桨尖轨迹测量模块500；将桨尖轨迹测量模块500安装在直升机上，使所述桨尖轨迹测量模块500发出的光学信号可通过上端面发射到桨叶桨尖区域，所述桨尖轨迹测量模块500的安装位置与直升机旋翼桨叶之间的垂直距离不超过6m，所述桨尖轨迹测量模块500与水平面的安装角度大于65°；

S3:安装振动与转速测量模块400；将所述振动传感器安装在直升机旋翼桨毂上端面，以保证所述振动传感器的测振方向通过直升机旋翼中心，分别测量旋翼旋转平面XY两个方向的振动信号；

当选择光电式转速传感器时，将反光片粘贴在桨叶桨根下表面上，将光电式转速传感器安装在直升机主减速器上；当选择磁电式转速传感器时，将磁条贴设于直升机旋翼桨叶根部下表面上，将磁电式转速传感器安装在直升机旋翼主减速器上；

S4：安装集流环模块300；所述集流环模块300采用轴端安装安装；

S5：将所述桨尖轨迹测量模块500、振动和转速模块400的电源线及信号线连接到所述测试和控制模块200；将所述智能拉杆模块100的电源线及控制线连接到所述集流环模块300中的动环，将所述集流环模块300中的不动环线缆连接到所述测试和控制模块200；连接完成后，进行接口通讯、功能和性能调试；

S6：旋翼锥体实时在线测量和调整；

选择自动方式，当直升机进入规定的飞行状态并稳定一定时间后，测试和控制模块200启动振动和转速模块400、桨尖轨迹测量模块500、智能拉杆模块100，按照控制模型和策略每隔一定的时间间隔进行锥体测量和调节。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置，其特征在于，包括：

智能拉杆模块(100)，用于调节旋翼锥体；

测试与控制模块(200)，用于采集旋翼的振动值和锥体值，并发出控制指令；

集流环模块(300)，用于给所述智能拉杆模块(100)供电和传输信号；

振动与转速测量模块(400)，用于测量旋翼的振动值和转速；

桨尖轨迹测量模块(500)，用于测量旋翼锥体值；

所述智能拉杆模块(100)设置于直升机旋翼下方，其上端与直升机旋翼铰接，下端与直升机旋翼自动倾斜器动环铰接；所述集流环模块(300)设置于直升机旋翼桨毂上方，与旋翼轴连接；所述振动与转速测量模块(400)设置于直升机旋翼下方，安装于直升机主减速器上端面；所述桨尖轨迹测量模块(500)设置于直升机旋翼下方，其上部对准直升机旋翼桨尖区域方向；所述智能拉杆模块(100)与所述集流环模块(300)相互电连接，所述智能拉杆模块(100)、集流环模块(300)、振动与转速测量模块(400)、桨尖轨迹测量模块(500)分别与所述测试与控制模块(200)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置，其特征在于，所述智能拉杆模块(100)包括与直升机旋翼各桨叶对应的智能变距拉杆，所述每个智能变距拉杆包括电机、行星减速器、行星滚柱丝杠、上下调心球轴承杆端；所述电机驱动行星减速器和行星滚柱丝杠机构，分别带动上下调心球轴承杆端运动以实现伸缩变距。

3.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置，其特征在于，所述集流环模块(300)包括动环、不动环，所述动环与所述智能拉杆模块(100)电连接，所述不动环与所述测试与控制模块(200)电连接。

4.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置，其特征在于，所述振动与转速测量模块(400)包括振动传感器、转速传感器，所述振动传感器安装于直升机旋翼桨毂上端面，用于测量旋翼振动值。

5.根据权利要求4所述的一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置，其特征在于，所述转速传感器可以选择光电式转速传感器或磁电式转速传感器中的一种。

6.根据权利要求5所述的一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置，其特征在于，使用所述光电式转速传感器时，还包括贴设于直升机旋翼桨叶根部下表面的反光片。

7.根据权利要求5所述的一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置，其特征在于，使用所述磁电式转速传感器时，还包括贴设于直升机旋翼桨叶根部下表面的磁条。

8.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置，其特征在于，所述桨尖轨迹测量模块(500)其上端面可透光，包括发光单元、光敏单元；所述发光单元用于发出光学信号，所述光敏单元用于接收直升机旋翼桨叶扫过桨尖轨迹测量模块的光强变化。

9.一种直升机旋翼锥体实时在线测量方法，采用权利要求1-8任意一项所述的一种直升机旋翼锥体实时在线测量装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1:安装智能拉杆模块(100)；将直升机旋翼各桨叶原有的人工变距拉杆拆除，分别更换成相应接口和长度的智能变距拉杆；将直升机旋翼基准桨叶对应的智变距拉杆作为基准拉杆，其长度不进行调节；

S2：安装桨尖轨迹测量模块(500)；将桨尖轨迹测量模块(500)安装在直升机上，使所述桨尖轨迹测量模块(500)发出的光学信号可通过上端面发射到桨叶桨尖区域，所述桨尖轨迹测量模块(500)的安装位置与直升机旋翼桨叶之间的垂直距离不超过6m，所述桨尖轨迹测量模块(500)与水平面的安装角度大于65°；

S3:安装振动与转速测量模块(400)；将所述振动传感器安装在直升机旋翼桨毂上端面，以保证所述振动传感器的测振方向通过直升机旋翼中心，分别测量旋翼旋转平面XY两个方向的振动信号；

当选择光电式转速传感器时，将反光片粘贴在桨叶桨根下表面上，将光电式转速传感器安装在直升机主减速器上；当选择磁电式转速传感器时，将磁条贴设于直升机旋翼桨叶根部下表面上，将磁电式转速传感器安装在直升机旋翼主减速器上；

S4：安装集流环模块(300)；所述集流环模块(300)根据直升机旋翼传动结构不同可选择采用轴端安装或者抱轴安装；

S5：将所述桨尖轨迹测量模块(500)、振动和转速模块(400)的电源线及信号线连接到所述测试和控制模块(200)；将所述智能拉杆模块(100)的电源线及控制线连接到所述集流环模块(300)中的动环，将所述集流环模块(300)中的不动环线缆连接到所述测试和控制模块(200)；连接完成后，进行接口通讯、功能和性能调试；

S6：旋翼锥体实时在线测量和调整；

直升机旋翼锥体实时在线测量和调整可选择采用以下两种方式中的一种进行，其中一种为自动方式，当直升机进入规定的飞行状态并稳定一定时间后，测试和控制模块(200)启动振动和转速模块(400)、桨尖轨迹测量模块(500)、智能拉杆模块(100)，按照控制模型和策略每隔一定的时间间隔进行锥体测量和调节；

另外一种为手动方式，由机上人员启动测试和控制模块(200)，由测试和控制模块(200)启动振动和转速模块(400)、桨尖轨迹测量模块(500)、智能拉杆模块(100)，按照控制模型和策略每隔一定的时间间隔进行锥体测量和调节。

10.根据权利要求9所述的一种直升机旋翼锥体实时在线测量方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述桨尖轨迹测量模块(500)发出的光学信号通过上端面发射到桨叶上距离桨叶长度0.7R的位置。

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