CN114216688B - 一种微型涡轮发动机推力测量装置及其使用方法 - Google Patents

一种微型涡轮发动机推力测量装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微型涡轮发动机推力测量装置。该装置主要由测力动支架、发动机安装卡箍、平衡杆、前平衡块、后平衡块、滚珠轴承、测力静支架、测力杆组成。微型涡轮发动机水平固定在该装置上，发动机尾喷口方向向右。滚珠轴承固定在测力静支架上，测力动支架与测力静支架通过滚珠轴承连接，测力动支架能围绕滚珠轴承转动，调节平衡杆上的前平衡块、后平衡块使推力测量装置处于平衡状态。发动机起动后，测力动支架受向左的推力围绕滚珠轴承逆时针转动，固定在实验平台上的压力传感器受到测力杆竖直向下的压力，将压力传感器的测量值换算成微型涡轮发动机的推力值。该装置结构简单，安装方便，测量误差小。

Description

一种微型涡轮发动机推力测量装置及其使用方法
技术领域
本发明是一种微型涡轮发动机推力测量装置，属于微型涡轮发动机控制领域。
背景技术
微型涡轮发动机用以给飞行器（如无人机、航模等）提供动力，在其台架实验中，发动机推力是一个重要的测量参数。传统的推力测量方式主要有吊装式和滑轨式两种，采用压力传感器直接测量发动机水平方向推力，因为发动机轴线与传感器测力点不在同一直线上，且需要克服摩擦阻力，存在测量误差较大的缺点。
发明内容
本发明提出的是一种微型涡轮发动机推力测量装置，其目的是针对传统推力测量方式的缺陷，为了解决传统推力测量方式安装成本高、测量的推力值误差较大的问题，设计一种新型结构的微型涡轮发动机推力测量装置，该装置结构简单，安装方便，成本低，且测量的误差小。
本发明的技术解决方案：一种微型涡轮发动机推力测量装置，其结构包括测量模块和校准模块，所述测量模块包括发动机安装卡箍1、测力动支架3、后平衡块5、滚珠轴承6、两个测力静支架7、平衡杆9、前平衡块11、测力杆12、压力传感器13；其中，两个测力静支架7对称安装在实验平台上，每个测力静支架7上固定有滚珠轴承6，测力动支架3通过滚珠轴承6与两个测力静支架7连接，测力动支架3可围绕滚珠轴承6轴线转动；微型涡轮发动机通过发动机安装卡箍1和卡箍螺栓2固定到测力动支架3上，发动机尾喷口放置于测力动支架3右侧；平衡杆9中点处设有螺纹，通过平衡杆固定螺母8固定在测力动支架3上，平衡杆9前后两端分别设有前平衡块11和后平衡块5，前平衡块11和后平衡块5能沿平衡杆9前后移动，并通过平衡块固定螺栓锁死；所述测力动支架3上设有测力杆12，实验平台上安装有压力传感器13，测力杆12正对压力传感器13，当发动机进行实验时，微型涡轮发动机产生推力使测力动支架3逆时针转动，水平方向推力转化为竖直向下的测力杆12对压力传感器13的压力。
所述校准模块包括左校准杆18、右校准杆15、左校准绳19、右校准绳16、校准绳20、定滑轮支架22、定滑轮21、砝码托盘24、校准砝码23；其中，左校准杆18、右校准杆15长度相等，左校准绳19、右校准绳16长度相等；左校准杆18、右校准杆15分别固定在测力动支架3的两侧，在两个校准杆的非固定端分别系上左校准绳19、右校准绳16，左校准绳19、右校准绳16汇于一处与校准绳20相连接；定滑轮支架22固定在实验平台上，与测力动支架3位于同一对称轴线，定滑轮21位于定滑轮支架22中间位置，校准绳20绕过定滑轮21后下端悬挂砝码托盘24，砝码托盘24用于放置不同重量的校准砝码23。
其使用方法包括如下步骤：
1）新安装或使用超过三个月的微型涡轮发动机推力测量装置，需要对该装置进行校准；安装微型涡轮发动机推力测量校准模块，用前平衡块、后平衡块调节所述装置平衡后，用不同重量校准砝码模拟不同推力大小，此推力值为标准值，再根据换算关系，将压力传感器的测量值，换算成发动机推力的测量值，最后根据推力的标准值，修正测量值的数据，对发动机推力值进行校准；
2）先拆除微型涡轮发动机推力测量装置的校准机构，再安装微型涡轮发动机，用前平衡块、后平衡块调节该装置平衡后，起动发动机进行实验，压力传感器测量到的压力值，根据换算关系计算后得到微型涡轮发动机的推力值。
所述换算关系为压力传感器测量到的压力值与压力传感器到滚珠轴承中心轴平行线的距离的乘积，等于推力与微型涡轮发动机到滚珠轴承中心轴平行线的距离的乘积。
本发明的有益效果：
1）结构简单，安装方便，成本低；
2）设计巧妙，将发动机水平方向上的推力转化成竖直向下的压力进行测量；
3）测量误差小，避免把发动机轴线与传感器测力点在同一直线上进行测量。
附图说明
附图1是推力测量装置结构图。
附图2是推力测量装置校准机构结构图。
附图3是推力计算关系图。
图中1、发动机安装卡箍；2、卡箍螺栓；3、测力动支架；4、后平衡块固定螺栓；5、后平衡块；6、滚珠轴承；7、测力静支架；8、平衡杆固定螺母；9、平衡杆；10、前平衡块固定螺栓；11、前平衡块；12、测力杆；13、压力传感器；14、右校准杆固定螺栓；15、右校准杆；16、右校准绳；17、左校准杆固定螺栓；18、左校准杆；19、左校准绳；20、校准绳；21、定滑轮；22、定滑轮支架；23、校准砝码；24、砝码托盘。
具体实施方式
如图1所示，将微型涡轮发动机用发动机安装卡箍1和卡箍螺栓2固定在测力动支架3上，发动机尾喷口放置于测力动支架3右侧。测力动支架3通过滚珠轴承6与测力静支架7连接，测力动支架3对称位置另一侧有同样的测力静支架和滚珠轴承，通过与两个滚珠轴承连接，测力动支架3能围绕滚珠轴承轴线作转动。平衡杆9中点处有螺纹，用平衡杆固定螺母8将平衡杆9固定在测力动支架3上，沿平衡杆9轴线方向移动后平衡块5和前平衡块11，使整个装置处于平衡状态，再用后平衡块固定螺栓4和前平衡块固定螺栓10分别将后平衡块5和前平衡块11固定在平衡杆9上。在实验过程中，微型涡轮发动机产生推力使测力动支架3逆时针转动，水平方向推力转化为竖直向下的压力，测力动支架3上有测力杆12，实验平台固定压力传感器13，测量测力杆12对压力传感器13的压力，再根据换算关系计算出微型涡轮发动机的推力。
如图2所示，用右校准杆固定螺栓14将右校准杆15一端安装在测力动支架3，另一端系上右端校准绳16。用左校准杆固定螺栓17将左校准杆18一端安装在测力动支架3上，另一端系左校准绳19。右校准杆15和左校准杆18长度相等，右校准绳16和左校准绳19长度相等。右校准绳16和左校准绳19汇于一点处系上校准绳20。定滑轮支架22固定在实验平台上，与测力动支架3位于同一对称轴线，定滑轮21位于定滑轮支架22中间位置。校准绳20绕过定滑轮21最后悬挂砝码托盘24。在校准时，安装微型涡轮发动机推力测量装置及其校准机构，调节该装置平衡后，在砝码托盘24放置不同重量的校准砝码23模拟微型涡轮发动机不同的推力大小，此推力值为标准值，再根据换算关系，将压力传感器13的测量值，换算成发动机推力的测量值，最后根据推力的标准值，对测量值数据做修正，对发动机推力值进行校准。
如图3所示，将微型涡轮发动机的推力表示为F1，推力F1与滚珠轴承中心轴平行线的距离表示为L1；将测力动支架上的测力杆给压力传感器的压力表示为F2，压力F2与滚珠轴承中心轴平行线的距离表示为L2。
根据力学关系，有，
F1•L1=F2•L2
根据上述公式，计算出微型涡轮发动机的推力值F1如下，
F1 = F2•L2/L1
由传感器测得的压力值F2计算出对应的发动机推力值F1，就可以和施加的标准砝码重量相比较，实现对测力台架的标定。

Claims (2)

1.一种微型涡轮发动机推力测量装置，其特征是其结构包括测量模块和校准模块，所述测量模块包括发动机安装卡箍（1）、测力动支架（3）、后平衡块（5）、滚珠轴承（6）、两个测力静支架（7）、平衡杆（9）、前平衡块（11）、测力杆（12）、压力传感器（13）；其中，两个测力静支架（7）对称安装在实验平台上，每个测力静支架（7）上固定有滚珠轴承（6），测力动支架（3）通过滚珠轴承（6）与两个测力静支架（7）连接，测力动支架（3）可围绕滚珠轴承（6）轴线转动；微型涡轮发动机通过发动机安装卡箍（1）和卡箍螺栓（2）固定到测力动支架（3）上，发动机尾喷口放置于测力动支架（3）后侧；平衡杆（9）中点处设有螺纹，通过平衡杆固定螺母（8）固定在测力动支架（3）上，平衡杆（9）前后两端分别设有前平衡块（11）和后平衡块（5），前平衡块（11）和后平衡块（5）能沿平衡杆（9）前后移动，并通过平衡块固定螺栓锁死；所述测力动支架（3）上设有测力杆（12），实验平台上安装有压力传感器（13），测力杆（12）正对压力传感器（13），当微型涡轮发动机进行实验时，微型涡轮发动机产生推力使测力动支架（3）逆时针转动，水平方向推力转化为竖直向下的测力杆（12）对压力传感器（13）的压力；
所述校准模块包括左校准杆（18）、右校准杆（15）、左校准绳（19）、右校准绳（16）、校准绳（20）、定滑轮支架（22）、定滑轮（21）、砝码托盘（24）、校准砝码（23）；其中，左校准杆（18）、右校准杆（15）长度相等，左校准绳（19）、右校准绳（16）长度相等；左校准杆（18）、右校准杆（15）分别固定在测力动支架（3）的两侧，在两个校准杆的非固定端分别系上左校准绳（19）、右校准绳（16），左校准绳（19）、右校准绳（16）汇于一处与校准绳（20）相连接；定滑轮支架（22）固定在实验平台上，与测力动支架（3）位于同一对称轴线，定滑轮（21）位于定滑轮支架（22）中间位置，校准绳（20）绕过定滑轮（21）后下端悬挂砝码托盘（24），砝码托盘（24）用于放置不同重量的校准砝码（23）。
2.如权利要求1所述的一种微型涡轮发动机推力测量装置的使用方法，包括如下步骤：
1）新安装或使用超过三个月的微型涡轮发动机推力测量装置，需要对该装置进行校准；安装微型涡轮发动机推力测量装置的校准模块，用前平衡块、后平衡块调节所述装置平衡后，用不同重量校准砝码模拟不同推力大小，此推力值为标准值，再根据换算关系，将压力传感器的测量值，换算成微型涡轮发动机推力的测量值，最后根据推力的标准值，修正测量值的数据，对微型涡轮发动机推力值进行校准；
2）先拆除微型涡轮发动机推力测量装置的校准模块，再安装微型涡轮发动机，用前平衡块、后平衡块调节该装置平衡后，起动微型涡轮发动机进行实验，压力传感器测量到的压力值，根据换算关系计算后得到微型涡轮发动机的推力值；
其中，所述换算关系为压力传感器测量到的压力值与压力传感器到滚珠轴承中心轴平行线的距离的乘积，等于推力与微型涡轮发动机到滚珠轴承中心轴平行线的距离的乘积。
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