CN113776844A - 一种螺旋桨推力及扭矩测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋桨推力及扭矩测量装置，固定板后端设有拉压力传感器，中间设有扭力法兰盘，前端设有中间轴底座；扭力法兰盘内设有扭力传感器，并与法兰同轴连接；中间轴设置于中间轴底座上，其前端连接到活塞发动机的输出轴上，后端连接到标定杆的中部；标定杆为长条槽状结构，槽内设有平衡杆，平衡杆中部固定连接到所述法兰上，两端设有套设于弹簧限位柱上的无阻尼弹簧，无阻尼弹簧两端抵靠于弹簧盖上；螺旋桨连接到活塞发动机的输入轴上。本发明能够同时测量螺旋桨推力及扭矩的大小，并且在中间扭力的传递过程中使用了无阻尼弹簧，使得刚性减小，可以降低转速突变时力的峰值，缩短机械系统响应时间，提高测量精度，安装简易，适用范围广。

Description

一种螺旋桨推力及扭矩测量装置

技术领域

本发明涉及内燃机测量试验技术领域，具体为一种螺旋桨推力及扭矩测量装置。

背景技术

螺旋桨作为航空飞机的重要部件，起着将发动机的动力转换为飞行器推力的作用。在实际航空活塞发动机台架试验过程中，得到螺旋桨推力及扭矩的具体参数值就尤为重要。

螺旋桨作为耗能元件，无法直接测量其扭矩及推力大小，力只能通过中间轴的传递作用在测量设备上，从而实现对螺旋桨推力及扭矩大小的测量。

但现有的检测方法不能无法实际使用过程同时测量螺旋桨推力及扭矩的大小，而且在螺旋桨转速突变时，力的峰值较高，机械系统响应时间过长，对扭矩传感器损害较大，测量精度不高。

一种小型发动机测量装置(CN104483053A)对小型航模发动机的扭矩及推力进行了测量，但其整个系统的重心靠前，使得支撑光杆对两个支撑轴承有一个向上的力，在测量推力时，该力作用在轴承上，使得摩擦力增大，由于无法准确描述摩擦力大小，使得测量的推力数据存在较大误差；在测量扭矩时，该装置无法应对转速突变带来的物理参数变化，整个系统劲度系数k较大，使得测量的值波动范围变大，不利于传感器工作，且该装置适用范围不广，只能应用于小型航模发动机推力及扭矩的测量。

一种轴向紧凑型飞行器螺旋桨的动力特性同步测试装置(发明专利：CN107719696A)对螺旋桨推力和扭矩进行了同步测量，但其在测量推力时，测量原理中包含了重力这一因素，在实际使用中重力大小、重心位置无法准确描述，因此最终测量出来的推力会存在较大误差，且其装置无法作为试验台架使用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种螺旋桨推力及扭矩测量装置，能够在实际使用过程中能够同时测量螺旋桨推力及扭矩的大小，并且在中间扭力的传递过程中使用了无阻尼弹簧，使得刚性减小，并且可以降低转速突变时力的峰值，缩短机械系统响应时间，测量精度提高。技术方案如下：

一种螺旋桨推力及扭矩测量装置，包括固定板、法兰、中间轴、活塞发动机和螺旋桨；

所述固定板中间设有垂直的扭力法兰盘，前端设有中间轴底座；所述扭力法兰盘内部设有扭力传感器，并与所述法兰同轴连接；

所述中间轴通过轴承沿法兰轴向水平的设置于中间轴底座上，其前端通过旋转法兰盘同轴连接到所述活塞发动机的外壳上，后端连接到与其垂直连接的标定杆的中部；

所述标定杆为长条槽状结构，槽口朝向法兰一侧，槽内设有平衡杆，平衡杆中部固定连接到所述法兰上，两端设有与其垂直连接的弹簧限位柱，弹簧限位柱上套设有无阻尼弹簧，无阻尼弹簧两端穿过标定杆的槽壁，抵靠于固定在标定杆上的弹簧盖上；

所述螺旋桨也连接到活塞发动机的曲轴前端上。

进一步的，还包括设置于固定板下方的底板，底板和固定板之间通过一对能够使二者产生前后位移的轴联机构连接；所述底板后端还设有竖直的支撑板，所述支撑板和固定板之间设有拉压力传感器。

更进一步的，所述轴联机构包括设置于固定板下板面上一对上轴承座，设置于底板上板面上的一对下轴承座；两上轴承座间设有与其转动连接的上轴，两下轴承座间设有与其转动连接的下轴，上轴和下轴间可转动的连接有轴支撑板。

更进一步的，所述拉压力传感器两端通过传感器支撑块固定到固定板和支撑板上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在实际使用过程中能够同时测量螺旋桨推力及扭矩的大小，并且在中间扭力的传递过程中使用了无阻尼弹簧，使得刚性减小，并且可以降低转速突变时力的峰值，缩短机械系统响应时间，提高测量精度，且安装简易，成本低，适用范围广。

附图说明

图1为本发明螺旋桨推力及扭矩测量装置的整体结构示意图。

图2为本发明螺旋桨推力及扭矩测量装置轴联机构结构示意图。

图3为本发明螺旋桨推力及扭矩测量装置中无阻尼弹簧安装示意图。

图4为本发明螺旋桨推力及扭矩测量装置侧视图。

图5为本发明螺旋桨推力及扭矩测量装置无阻尼弹簧和平衡杆的对比图。

图中：1a、上轴；1b、下轴；2a、上轴承座；2b、下轴承座；3、轴支撑板；4、固定板；5、拉压力传感器；6、传感器支撑块；7、扭力法兰盘；8、无阻尼弹簧；9、标定杆；10、法兰；11、中间轴底座；12、中间轴；13、旋转法兰盘；14、活塞发动机；15、螺旋桨；16、平衡杆；17、底板；18、轴承；19、弹簧盖；20、弹簧限位柱；21、支撑板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的螺旋桨推力及扭矩测量装置，包括底板17、上下轴承座2a/2b、上下轴1a/1b、轴承18、固定板4、轴支撑板3、传感器支撑块6、拉压力传感器5、扭力传感器、扭力法兰盘7、法兰10、无阻尼弹簧8、平衡杆16、标定杆9、弹簧盖19、中间轴12、中间轴底座11、旋转法兰盘13、活塞发动机、螺旋桨。

如图2所示，上轴承座2a通过两根上轴1a相连对称安装在固定板4下板面，下轴承座2b通过两根下轴1b相连对称安装在底板17上板面；轴支撑板3下端与下轴1b相连，上端与上轴1a相连，二者能相对旋转。上下轴承座2a/2b内安装有轴承，两块轴支撑板3构成平行四边形结构且左右两端面不与轴承座接触，所述轴支撑板3具有沿上下轴承座2a/2b的旋转自由度，所述固定板4具有沿下轴承座2b的前后位移。

图2所示结构的优点在于，在测量螺旋桨推力大小时，由于固定板能够前后移动，重力作用在板上，可以通过平衡将重力抵消，因此可以忽略重力带来的影响，并且本装置不用考虑摩擦力的大小，在实际测量螺旋桨推力过程中，该装置能够使整个机械系统处于平衡状态，也就是螺旋桨等效作用在扭力法兰盘上端的推力F1和拉压力传感器等效作用在扭力法兰盘下端的拉力F2相等，根据力偶平衡原理，即可知F1＝F2。

所述传感器支撑块6机械安装在固定板4后端，拉压力传感器5两端分别连接在所述传感器支撑块6和支撑板21上的传感器支撑块上。

所述扭力法兰盘7通过支座垂直安装在固定板4上，法兰10同轴机械连接在扭力法兰盘上，扭力法兰盘7内部含有扭力传感器，用于测试法兰10和扭力法兰盘7间产生的扭力。

如图3所示，所述标定杆9为长条槽状结构，槽口朝向法兰10一侧，槽内设有平衡杆16。所述标定杆9中部与法兰10同轴，中间轴12后端与标定杆9中部同轴机械21连接且一同旋转。

所述平衡杆16为一长直杆件，两端沿中部对称且安装有垂直于轴线的弹簧限位柱20，平衡杆16中部与所述法兰10同轴机械连接，随法兰10一同旋转。平衡杆16两端弹簧限位柱20上分别套有无阻尼弹簧8，无阻尼弹簧8上端与安装在标定杆9两端的弹簧盖19接触，弹簧盖19与无阻尼弹簧8同轴，并随标定杆9一同旋转。

所示结构中标定杆9的作用是，在测量扭矩之前，在标定杆一端挂一重物，由于知道力臂长度L和重物重力F，则根据公式M＝L×F，可以得到扭力大小，此时扭力法兰盘应有一读数，以此来判断和检查扭力传感器是否正常。

机械系统增加平衡杆16，即增加了转动惯量，增加无阻尼弹簧，即使得系统的劲度系数k减小，根据公式

m为质量，k为劲度系数，k值减小，m不变，整个系统频率减小，周期变长，峰值降低，机械装置扭矩峰值求移动平均，波动范围变小，保护了扭力传感器，使得测量范围减小。

所述中间轴12由垂直安装在所述固定板4上的中间轴底座11支撑，支撑部位安装有轴承18，可使中间轴12能够旋转。中间轴12前端与旋转法兰盘13同轴机械连接且一同旋转，活塞发动机14外壳同轴机械安装在旋转法兰盘13上，随旋转法兰盘13一同旋转。所述螺旋桨15同轴机械安装在活塞发动机14曲轴前端上。

测试原理：螺旋桨15旋转时对空气产生作用力，空气将此力反作用于螺旋桨15上，螺旋桨15转动将扭矩传递给所述活塞发动机14，所述活塞发动机14将力传递给所述中间轴12，所述中间轴12将力传递给所述标定杆9中部，所述标定杆9中部将力传递给标定杆9两端，通过无阻尼弹簧8的作用将力传递给平衡杆16两端，平衡杆16两端将力传递给平衡杆16中部，平衡杆16中部将力传递给法兰10，所述法兰10将力传递给扭力法兰盘7，由扭力法兰盘7内的扭力传感器测量，进而实现对螺旋桨15扭力的测量。

螺旋桨15推力通过活塞发动机14及中间零部件等效作用于扭力法兰盘7轴心处，并通过扭力法兰盘7的支座以及固定板4将推力作用在拉压力传感器5上，实现对螺旋15桨推力的测量。

Claims (4)

1.一种螺旋桨推力及扭矩测量装置，其特征在于，包括固定板（4）、法兰（10）、中间轴（12）、活塞发动机（14）和螺旋桨（15）；

所述固定板（4）中间设有垂直的扭力法兰盘（7），前端设有中间轴底座（11）；所述扭力法兰盘（7）内部设有扭力传感器，并与所述法兰（10）同轴连接；

所述中间轴（12）通过轴承（18）沿法兰（10）轴向水平的设置于中间轴底座（11）上，其前端通过旋转法兰盘（13）同轴连接到所述活塞发动机（14）的外壳上，后端连接到与其垂直连接的标定杆（9）的中部；

所述标定杆（9）为长条槽状结构，槽口朝向法兰（10）一侧，槽内设有平衡杆（16），平衡杆（16）中部固定连接到所述法兰（10）上，两端设有与其垂直连接的弹簧限位柱（20），弹簧限位柱（20）上套设有无阻尼弹簧（8），无阻尼弹簧（8）两端穿过标定杆（9）的槽壁，抵靠于固定在标定杆（9）上的弹簧盖（19）上；

所述螺旋桨（15）也连接到活塞发动机（14）曲轴前端上。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨推力及扭矩测量装置，其特征在于，还包括设置于固定板（4）下方的底板（17），底板（17）和固定板（4）之间通过一对能够使二者产生前后位移的轴联机构连接；所述底板（17）后端还设有竖直的支撑板（21），所述支撑板（21）和固定板（4）之间设有拉压力传感器（5）。

3.根据权利要求2所述的螺旋桨推力及扭矩测量装置，其特征在于，所述轴联机构包括设置于固定板（4）下板面上一对上轴承座（2a），设置于底板（17）上板面上的一对下轴承座（2b）；两上轴承座（2a）间设有与其转动连接的上轴（1a），两下轴承座（2b）间设有与其转动连接的下轴（1b），上轴（1a）和下轴（1b）间可转动的连接有轴支撑板（3）。

4.根据权利要求1所述的螺旋桨推力及扭矩测量装置，其特征在于，所述拉压力传感器（5）两端通过传感器支撑块（6）固定到固定板（4）和支撑板（21）上。

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