CN114295290A - 一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置 - Google Patents

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邢啸宇
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Abstract

本发明公开一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置,包括用于检测桨叶转速和振动形式的振动及转速测量机构以及用于调节桨叶动态平衡的动平衡调节结构;动平衡调节结构包括用于分析振动及转速测量机构采集数据的分析控制模块以及用于调节桨叶动平衡的调节模块,调节模块包括开设在桨叶内部的配平轨道,配平轨道上滑动连接有配平块。本发明根据振动及转速测量机构实时获得桨叶转速和振动形式,动平衡调节结构分析振动及转速测量机构采集数据并确定调节桨叶动平衡方案,并调节配平块与桨叶的相对位置来进行动态平衡。本发明动平衡度范围较大,并具有响应速度快、调节精度高的特点;且可在螺旋桨工作状态下实时调节螺旋桨动平衡。

Description

一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置
技术领域
本发明涉及浮空器技术领域,特别是涉及一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置。
背景技术
在平流层浮空器飞行过程中,控制浮空器使其按照预定航迹飞行或机动是十分关键的环节。其中螺旋桨的运用对于飞艇实现抗风飞行及机动飞行等任务有着重大意义。而螺旋桨在实际制造过程中各桨叶的外形和质量分布不可能做到绝对一致,制造过程中产生的误差会造成螺旋桨的质心位置与旋转中心不重合;螺旋桨在安装时由于安装偏心或不对准造成的安装问题;螺旋桨在旋转过程中由于各桨叶气动力的合力作用点偏离旋转中心而产生动不平衡,使惯性轴与旋转轴不重合。这些问题都会使螺旋桨在使用过程中产生振动影响螺旋桨及动力电机性能。此外因为平流层浮空器使用的螺旋桨结构强度相对较低,需要在低气压、低密度的条件下进行动平衡调节,并且平流层浮空器使用的螺旋桨尺寸均较大,所以在地面基本无法对螺旋桨进行动平衡调节。针对平流层浮空器的动平衡调节方式需要采用在线动平衡调节的方法,现有的在线动平衡调节装置的调节幅度较小,无法满足实时消除运行过程中的不平衡量。
鉴于现有螺旋桨动平衡调节的诸多弊端,亟需一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置,以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置,螺旋桨包括桨毂以及固定连接在所述桨毂周向上的若干组桨叶,所述桨毂的底面固定连接有安装座,在线动平衡调节装置包括用于检测所述桨叶转速和振动形式的振动及转速测量机构以及用于调节所述桨叶动态平衡的动平衡调节结构。
所述动平衡调节结构包括用于分析振动及转速测量机构采集数据的分析控制模块以及用于调节所述桨叶动平衡的调节模块,所述调节模块包括开设在所述桨叶内部的配平轨道,所述配平轨道上滑动连接有配平块,所述配平块连接有驱动机构。
优选的,所述配平轨道开设在桨叶的中心轴向上,所述配平轨道的长度为桨叶长度的0.9倍,且所述配平轨道从桨叶根部向桨叶边缘延伸。
优选的,所述驱动机构包括轴接在配平轨道上的丝杠,所述丝杠和配平块螺纹连接,所述丝杠通过调节电机驱动,所述调节电机固定设置在桨毂内。
优选的,所述振动及转速测量机构包括用于收集工作状态下桨叶转动以及振动状态的图像收集模块以及用于处理所述图像收集模块收集的图像的图像处理模块,所述图像收集机构包括不少于两组的双目相机,所有所述双目相机等间距固定设置在桨毂上。
优选的,所述图像处理模块根据三角测量远离得到桨叶各点的三维坐标,并根据不同时间测量得到相同点的不同时间的三维坐标,搭建螺旋桨相对推进电机旋转的三维场景,从而获得螺旋桨的运动规律,进而获得螺旋桨的转速和振动形式。
优选的,所述分析控制模块根据振动及转速测量机构检测到的桨叶转速和振动形式进行分析计算,得到与螺旋桨转速同频的不平衡信号,并根据螺旋桨不平衡度的大小和方向确定不平衡度矢量,从而确定调节配置矢量,并根据矢量分解原理将调节配置矢量分配到相邻两个所述桨叶方向,并确定旋桨动平衡时配平块在螺旋桨内部的位置。
优选的,所述桨叶设置有四个,四个所述桨叶等间距布置在桨毂周向上,四个所述桨叶呈十字构型。
优选的,所述配平块和配平轨道的截面均为正方形。
本发明公开了以下技术效果:本发明根据振动及转速测量机构实时获得桨叶转速和振动形式,并将该桨叶转速和振动形式传递给动平衡调节结构,动平衡调节结构分析振动及转速测量机构采集数据并确定调节桨叶动平衡方案,并调节配平块与桨叶的相对位置来进行动态平衡。本发明动平衡度范围较大,并具有响应速度快、调节精度高的特点;且可在螺旋桨工作状态下实时调节螺旋桨动平衡。振动及转速测量机构和动平衡调节结构均位于桨叶内,不会因调节动平衡而影响气动性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明螺旋桨结构示意图;
图2为本发明在线动平衡调节装置;
图3为本发明桨叶结构示意图;
图4为本发明桨毂内部结构示意图;
图5为本发明调节配置矢量分解原理图;
图6为本发明配平块和配平轨道结构示意图;
图7为本发明配平轨道结构示意图。
其中,1为螺旋桨,101为桨毂,102为桨叶,103为配平轨道,104为安装座,2为振动及转速测量机构,3为动平衡调节结构,301为分析控制模块,302a为调节电机,302b为丝杠,302c为配平块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1,螺旋桨1包括桨毂101以及固定连接在桨毂101周向上的若干组桨叶102,桨毂101的底面固定连接有安装座104,通过安装座104将桨毂101于浮空器连接。桨叶102设置有四个,四个桨叶102等间距布置在桨毂101周向上,四个桨叶102呈十字构型。
参照图2-7,本发明提供了一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置包括用于检测桨叶102转速和振动形式的振动及转速测量机构2以及用于调节桨叶102动态平衡的动平衡调节结构3。
振动及转速测量机构2包括用于收集工作状态下桨叶102转动以及振动状态的图像收集模块以及用于处理图像收集模块收集的图像的图像处理模块,图像收集机构包括不少于两组的双目相机,所有双目相机等间距固定设置在桨毂101上。双目相机采集到的图像构建三维空间分析螺旋桨的转速及振动形式,这种方式具有结构较简单、检测精度高、不易受到电磁干扰。图像处理模块根据三角测量远离得到桨叶102各点的三维坐标,并根据不同时间测量得到相同点的不同时间的三维坐标,搭建螺旋桨1相对推进电机旋转的三维场景,从而获得螺旋桨1的运动规律,进而获得螺旋桨1的转速和振动形式。
动平衡调节结构3包括用于分析振动及转速测量机构2采集数据的分析控制模块301以及用于调节桨叶动平衡的调节模块。分析控制模块301根据振动及转速测量机构2检测到的桨叶102转速和振动形式进行分析计算,得到与螺旋桨1转速同频的不平衡信号,并根据螺旋桨1不平衡度的大小和方向确定不平衡度矢量,从而确定调节配置矢量,并根据矢量分解原理将调节配置矢量分配到相邻两个桨叶102方向,并确定旋桨动平衡时配平块302c在螺旋桨1内部的位置。
调节模块包括开设在桨叶102内部的配平轨道103,配平轨道103上滑动连接有配平块302c,配平块302c连接有驱动机构,驱动机构包括轴接在配平轨道103上的丝杠302b,丝杠302b和配平块302c螺纹连接,丝杠302b通过调节电机302a驱动,调节电机302a固定设置在桨毂101内。配平轨道103开设在桨叶102的中心轴向上,配平轨道103的长度为桨叶102长度的0.9倍,且配平轨道103从桨叶102根部向桨叶102边缘延伸。
进一步优化方案,配平块302c和配平轨道103的截面均为正方形。
工作过程:
图像收集模块的多组双目相机通过放置在不同方位来模拟人的双眼,双目相机是基于三角测量原理来定位空间中的物体,双目相机分别将拍摄到的画面实时传递至图像处理模块中,图像处理模块根据图像收集模块拍摄到的图像提取图片中的特征信息,随后得到视差随时间的变化。根据三角测量原理得到三维坐标随时间变化的关系,进而搭建螺旋桨1相对推进电机旋转的三维场景。根据搭建的三维场景中的螺旋桨的运动规律得到螺旋桨的转速和振动形式。并将得到的螺旋桨的转速和振动形式传递到动平衡调节结构3。
分析控制模块用于处理振动及转速测量机构2提供的转速及振动数据,分析控制模块分析振动传递出的与螺旋桨转速同频的不平衡信号,以此确定螺旋桨不平衡度并制定相应动平衡调节方案。
具体计算方法为,根据矢量分解的原理将不平衡量分别分解至临近的两个桨叶方向,以确定螺旋桨动平衡时配平块在螺旋桨内部的位置。如图5所示,假设螺旋桨动平衡所需配重质量力为FOC,按照矢量分解的原理可将其分解至桨叶展向方向为FOA和FOB。因各个配平块质量均一致,故配平块只需分别移动至控制模块301矢量分解的FOA和FOB位置。具体形式为,调节模块收到分析控制模块301的控制信号后,控制调节电机302a缓慢旋转带动丝杠302b旋转,且配平块302c与配平轨道103均为正方形,所以配平块302c会随着丝杠302b的旋转在螺旋桨展向方向移动,即可通过控制丝杠旋转将配平块移动至配平位置,即可实现平流层浮空器螺旋桨在线动平衡。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置,螺旋桨(1)包括桨毂(101)以及固定连接在所述桨毂(101)周向上的若干组桨叶(102),所述桨毂(101)的底面固定连接有安装座(104),其特征在于:包括用于检测所述桨叶(102)转速和振动形式的振动及转速测量机构(2)以及用于调节所述桨叶(102)动态平衡的动平衡调节结构(3);
所述动平衡调节结构(3)包括用于分析振动及转速测量机构(2)采集数据的分析控制模块(301)以及用于调节所述桨叶动平衡的调节模块,所述调节模块包括开设在所述桨叶(102)内部的配平轨道(103),所述配平轨道(103)上滑动连接有配平块(302c),所述配平块(302c)连接有驱动机构。
2.根据权利要求1所述的一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置,其特征在于:所述配平轨道(103)开设在桨叶(102)的中心轴向上,所述配平轨道(103)的长度为桨叶(102)长度的0.9倍,且所述配平轨道(103)从桨叶(102)根部向桨叶(102)边缘延伸。
3.根据权利要求1所述的一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置,其特征在于:所述驱动机构包括轴接在配平轨道(103)上的丝杠(302b),所述丝杠(302b)和配平块(302c)螺纹连接,所述丝杠(302b)通过调节电机(302a)驱动,所述调节电机(302a)固定设置在桨毂(101)内。
4.根据权利要求1所述的一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置,其特征在于:所述振动及转速测量机构(2)包括用于收集工作状态下桨叶(102)转动以及振动状态的图像收集模块以及用于处理所述图像收集模块收集的图像的图像处理模块,所述图像收集机构包括不少于两组的双目相机,所有所述双目相机等间距固定设置在桨毂(101)上。
5.根据权利要求1所述的一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置,其特征在于:所述图像处理模块根据三角测量远离得到桨叶(102)各点的三维坐标,并根据不同时间测量得到相同点的不同时间的三维坐标,搭建螺旋桨(1)相对推进电机旋转的三维场景,从而获得螺旋桨(1)的运动规律,进而获得螺旋桨(1)的转速和振动形式。
6.根据权利要求1所述的一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置,其特征在于:所述分析控制模块(301)根据振动及转速测量机构(2)检测到的桨叶(102)转速和振动形式进行分析计算,得到与螺旋桨(1)转速同频的不平衡信号,并根据螺旋桨(1)不平衡度的大小和方向确定不平衡度矢量,从而确定调节配置矢量,并根据矢量分解原理将调节配置矢量分配到相邻两个所述桨叶(102)方向,并确定旋桨动平衡时配平块(302c)在螺旋桨(1)内部的位置。
7.根据权利要求1所述的一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置,其特征在于:所述桨叶(102)设置有四个,四个所述桨叶(102)等间距布置在桨毂(101)周向上,四个所述桨叶(102)呈十字构型。
8.根据权利要求3所述的一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置,其特征在于:所述配平块(302c)和配平轨道(103)的截面均为正方形。
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