CN115436035A - 燃气舵操纵机构启动力矩测试装置及测试方法 - Google Patents

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CN115436035A CN202210966798.XA CN202210966798A CN115436035A CN 115436035 A CN115436035 A CN 115436035A CN 202210966798 A CN202210966798 A CN 202210966798A CN 115436035 A CN115436035 A CN 115436035A
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张文伟
邢飞
李昂
胡敏
赵旭
张云博
王磊
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Abstract

本申请提供一种燃气舵操纵机构启动力矩的测试装置及测试方法，所述测试装置包括：操纵机构模拟装置，包括：通过操纵杆连接动力机构的模拟舵面；第一静力加载装置，与模拟舵面连接，被配置为向模拟舵面的端部提供模拟拉力载荷；第二静力加载装置，与模拟舵面连接，被配置为向模拟舵面上与模拟舵面的舵轴对应的位置提供模拟压力载荷；测量组件，与操纵杆连接，被配置为测量操纵机构模拟装置的启动力矩；其中，动力机构和第一静力加载装置能够控制模拟舵面处于第一状态，或控制模拟舵面转动一定角度并处于第二状态。本申请实施例充分模拟燃气舵操纵机构实际工作条件，保证试验过程的准确性和客观性，为设计燃气舵系统提供精确可信的输入条件。

Description

燃气舵操纵机构启动力矩测试装置及测试方法
技术领域
本申请涉及机械设计技术领域，尤其涉及一种燃气舵操纵机构启动力矩测试装置及测试方法。
背景技术
在发动机喷流作用下，燃气舵在产生较大铰链力矩的同时，其操纵机构中的传动环节在大载荷作用下会产生一定的附加力矩。目前，伺服机构的负载力矩要求通常按照气动力载荷下的舵面的最大铰链力矩值确定，缺乏有效手段评估严酷载荷条件下的附加力矩值。
另外，操纵机构中的轴承具有使用工况为负载大、使用时间短、转动次数少的特点，与工业传统轴承在一定负载下的长时间、上百万次的转动次数相比有很大的不同，而针对燃气舵系统轴承的超载使用工况没有摩擦系数参考标准进行支撑。因此通过经验给定轴承摩擦系数估算附加摩擦力矩或利用有限元仿真等方法计算该力矩值均不能充分考虑燃气舵操纵机构的实际工作条件。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提出一种燃气舵操纵机构启动力矩测试装置及测试方法。
基于上述目的，本申请提供了一种燃气舵操纵机构启动力矩的测试装置，其特征在于，包括：
操纵机构模拟装置，包括：通过操纵杆连接动力机构的模拟舵面；
第一静力加载装置，与所述模拟舵面连接，被配置为向所述模拟舵面的端部提供模拟拉力载荷；
第二静力加载装置，与所述模拟舵面连接，被配置为向所述模拟舵面上与所述模拟舵面的舵轴对应的位置提供模拟压力载荷；
测量组件，与所述操纵杆连接，被配置为测量所述操纵机构模拟装置的启动力矩；
其中，所述动力机构和所述第一静力加载装置能够控制所述模拟舵面处于第一状态，或控制所述模拟舵面转动一定角度并处于第二状态。
在一种可能的实现方式中，所述操纵机构模拟装置，包括：摇臂；
所述舵轴与所述摇臂固定连接；
所述操纵杆的第一端与所述摇臂转动连接；
所述操纵杆的第二端与所述动力机构转动连接；
所述动力机构被配置输出驱动力并依次经过所述操纵杆和所述摇臂传动后，带动所述模拟舵面转动。
在一种可能的实现方式中，所述操纵机构模拟装置，还包括：第一轴承、第二轴承、模拟舱体和燃气舵支座；
所述燃气舵支座与所述模拟舱体连接；
所述舵轴通过所述第一轴承和所述第二轴承与所述燃气舵支座连接，以通过所述第一轴承和所述第二轴承维持所述舵轴的稳定。
在一种可能的实现方式中，所述操纵机构模拟装置，还包括：第一挡圈和第二挡圈；
所述第一挡圈与所述燃气舵支座固定连接；
所述第一挡圈位于所述第二轴承的外圈且与所述第二轴承固定连接；
所述第二挡圈位于所述第二轴承沿所述舵轴的靠近所述燃气舵支座的一端且与所述舵轴转动连接，以限制所述舵轴的轴向运动。
在一种可能的实现方式中，所述操纵机构模拟装置还包括：第一万向连接杆和第二万向连接杆；
所述第一万向连接杆的一端万向连接至所述模拟舵面的端部；
所述第一万向连接杆的另一端连接于所述第一静力加载装置，以向所述模拟舵面传导所述模拟拉力载荷；
所述第二万向连接杆的一端万向连接至所述模拟舵面上与所述舵轴对应的位置；
所述第二万向连接杆的另一端连接于所述第二静力加载装置，以向所述模拟舵面传导所述模拟压力载荷。
在一种可能的实现方式中，所述第一静力加载装置，包括：第一承载立柱、第一液压作动筒、第一拉力传感器和弹性连接件；
所述第一液压作动筒固定于所述第一承载立柱且依次通过所述第一拉力传感器和所述弹性连接件与所述第一万向连接杆连接；
所述第一液压作动筒保持与所述第一万向连接杆的中心线处于同一水平位置。
在一种可能的实现方式中，所述第二静力加载装置，包括：第二承载立柱、第二拉力传感器和第二液压作动筒；
所述第二液压作动筒固定于所述第二承载立柱且通过所述第二拉力传感器与所述第二万向连接杆连接；
所述第二液压作动筒保持与所述第二万向连接杆的中心线处于同一水平位置。
在一种可能的实现方式中，所述测量组件，包括：至少一个应变片；
所述应变片与所述操纵杆连接，被配置为测量所述操纵机构模拟装置的启动力矩。
基于同一发明构思，本申请还提供了一种利用如上任一项所述所述的测试装置对燃气舵操纵机构启动力矩的测试方法，包括：
通过动力机构控制模拟舵面处于第一状态；
通过第一静力加载装置向所述模拟舵面提供预设的模拟拉力载荷；
通过第二静力加载装置向所述模拟舵面提供预设的模拟压力载荷；
通过动力机构驱动模拟舵面转动，并通过测量组件检测所述模拟舵面转动时操纵杆的第一应变；
基于所述第一应变和标校系数，计算得到启动力矩；其中，所述标校系数通过所述操纵杆的第二应变和力矩计算得到。
在一种可能的实现方式中，所述通过动力机构驱动模拟舵面转动，包括：
通过动力机构控制模拟舵面转动一定角度且在预设的维持时间内处于第二状态；
通过第一静力加载装置将所述第一静力加载装置的现有载荷恢复至预设的模拟拉力载荷；
通过动力机构控制模拟舵面转动一定角度并处于第一状态。
从上面所述可以看出，本申请提供的燃气舵操纵机构启动力矩测试装置及测试方法，充分模拟燃气舵实际工作条件，保证试验边界条件的准确性和客观性；同时检测并计算燃气舵操纵机构在高载荷的条件下的启动力矩，可以得到准确的试验结果，为设计燃气舵系统提供了精确可信的输入条件；同时还解决了在实验室条件下难以测试和计算燃气舵操纵机构启动力矩的问题，且检测精度高、误差小、效率高、周期短，装置便于安装。
附图说明
为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述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申请的实施例，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为本申请实施例的燃气舵操纵机构启动力矩测试装置示意图；
图2为本申请实施例的操纵机构模拟装置示意图；
图3为本申请实施例的操纵机构主体示意图；
图4为本申请实施例的模拟舵面示意图；
图5为本申请实施例的燃气舵操纵机构启动力矩测试装置局部放大示意图。
图6为本申请实施例的万向连接杆与模拟舵面连接示意图；
图7为本申请实施例的万向连接杆与模拟舵面剖面图；
图8为本申请实施例的球头杆示意图；
图9为本申请实施例的球窝螺母示意图；
图10为本申请实施例的操纵杆与应变片连接示意图；
图11为本申请实施例的测量操纵杆的标较系数的装置示意图；
图12为本申请实施例的测量操纵杆的标较系数的装置局部放大示意图；
图13为本申请实施例的燃气舵操纵机构启动力矩测试方法流程图；
图14为本申请实施例的不同工况下第二液压作动筒为操纵机构模拟装置提供的轴向力示意图；
图15为本申请实施例的1号操纵杆在不同工况下计算得到的启动力矩示意图；
图16为本申请实施例的启动力矩随模拟压力载荷的变化情况示意图。
图中，1操纵机构模拟装置；11模拟舱体；12动力机构；13操纵机构主体；121伺服机构；122推杆；123耳片；131燃气舵支座；132防热隔板；133模拟舵面；134螺尾锥销；135摇臂；136操纵杆；137第二轴承；138第一轴承；139锥孔；1331第一螺纹孔；1332第二螺纹孔；1361应变片；
2第一静力加载装置；21第一液压作动筒；22第一承载立柱；23链条；24第一拉力传感器；25第一双耳接头；26橡皮绳；27第一转接杆；28第一球头杆；29第一球窝螺母；3试验台基座；
4第二静力加载装置41第二液压作动筒；42第二承载立柱；43第二转接杆；44第二拉力传感器；45第二球头杆；46第二球窝螺母；
5第三静力加载装置；51第三液压作动筒；52螺母；53单耳接头；54第二双耳接头；55第三拉力传感器；56第三承载立柱。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如背景技术部分所述，通过搭载发动机热试车试验可以获得较为准确的燃气舵操纵机构负载力矩，但是这种方式不仅试验经费高且试验准备时间长，另外，操纵机构中的轴承具有使用工况为负载大、使用时间短、转动次数少的特点，与工业传统轴承在一定负载下的长时间、上百万次的转动次数相比有很大的不同，而针对燃气舵系统轴承的超载使用工况没有摩擦系数参考标准进行支撑。因此，目前并没有能充分考虑燃气舵操纵机构的实际工作条件的测试燃气舵操纵机构启动力矩的测试装置以及测试方法。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种燃气舵操纵机构启动力矩测试装置，包括：操纵机构模拟装置，包括：通过操纵杆连接动力机构的模拟舵面；第一静力加载装置，与所述模拟舵面连接，被配置为向所述模拟舵面的端部提供模拟拉力载荷；第二静力加载装置，与所述模拟舵面连接，被配置为向所述模拟舵面上与所述模拟舵面的舵轴对应的位置提供模拟压力载荷；测量组件，与所述操纵杆连接，被配置为测量所述操纵机构模拟装置的启动力矩；其中，所述动力机构和所述第一静力加载装置能够控制所述模拟舵面处于第一状态，或控制所述模拟舵面转动一定角度并处于第二状态。本申请提供了一种燃气舵操纵机构启动力矩的测试装置，能够充分模拟燃气舵实际工作条件，保证试验便捷条件的准确性和客观性；同时检测并计算燃气舵操纵机构在高载荷的条件下的启动力矩，可以得到准确的试验结果，为设计燃气舵系统提供了精确可信的输入条件；同时还解决了在实验室条件下难以测试和计算燃气舵操纵机构启动力矩的问题，有效提高了检测精度，降低了试验误差，提高了试验效率。
以下，通过具体的实施例来详细说明本申请的技术方案。
参考图1，为本申请实施例的燃气舵操纵机构启动力矩测试装置示意图。
本申请实施例的燃气舵操纵机构启动力矩测试装置，包括：操纵机构模拟装置1，包括：通过操纵杆136连接动力机构12的模拟舵面133；
第一静力加载装置2，与所述模拟舵面133连接，被配置为向所述模拟舵面133的端部提供模拟拉力载荷；
第二静力加载装置4，与所述模拟舵面133连接，被配置为向所述模拟舵面133上与所述模拟舵面133的舵轴对应的位置提供模拟压力载荷；
测量组件，与所述操纵杆136连接，被配置为测量所述操纵机构模拟装置的启动力矩；
其中，所述动力机构12和所述第一静力加载装置2能够控制所述模拟舵面133处于第一状态，或控制所述模拟舵面133转动一定角度并处于第二状态。
具体的，参考图2，为本申请实施例的操纵机构模拟装置示意图，操纵机构模拟装置1可以模拟正常工作时的燃气舵操纵机构的工作状态。操纵机构模拟装置中主要包括：模拟舱体11、动力机构12和操纵机构主体13，动力机构主要由伺服机构121、推杆122和耳片123组成。其中，伺服机构121和推杆122固定连接，推杆122和耳片123固定连接，以使得伺服机构的动力能够通过推杆122传导至耳片123。
操纵机构主体13主要包括：燃气舵支座131、防热隔板132、模拟舵面133、螺尾锥销134、摇臂135、操纵杆136、第二轴承137、第一轴承138和锥孔139。具体的，燃气舵支座131通过螺钉固定在模拟舱体11上，模拟舵面133的舵轴穿过防热隔板132固定在燃气舵支座131上，防热隔板132通过两个螺钉固定在燃气舵支座131上，在燃气舵操纵机构的实际工作情况中，会有高温燃气参与其中，防热隔板132的设置是为了模拟在实际工作情况中保护燃气舵支座131中操纵机构主体13的部分。
进一步的，参考图3，为本申请实施例的操纵机构主体示意图，在图3中可以看出，模拟舵面133通过其舵轴依次穿过第一轴承138、摇臂135和第二轴承137，结合图2，模拟舵面133的舵轴依次穿过防热隔板132、第一轴承138、摇臂135和第二轴承137后，固定在燃气舵支座131上。其中，第一轴承138和第二轴承137均固定在燃气舵支座131中，舵轴通过第一轴承138和第二轴承137维持稳定。
操纵杆136与耳片123转动连接，操纵杆136与摇臂135转动连接，摇臂135与模拟舵面133的舵轴通过螺尾锥销134固定连接，参考图4，为本申请的模拟舵面示意图，图4中示出了锥孔139，上述螺尾锥销134通过与锥孔139配合，将摇臂135和模拟舵面133的舵轴固定连接。
在实际工作中，伺服机构121输出驱动力，依次经过推杆122和耳片123传动至操纵杆136，使其有角度的进行上下运动(以试验台基座3为水平面)，操纵杆136进一步带动摇臂135转动，摇臂135与舵轴固定连接，摇臂135转动会自然的带动舵轴转动，进一步的使得模拟舵面133进行顺时针或逆时针的转动。
进一步的，燃气舵支座131中还包括第一挡圈和第二挡圈(图中未示出)，第一挡圈和燃气舵支座131固定连接且第一挡圈位于第二轴承137的外圈，并与第二轴承137固定连接，以使得第二轴承137可以固定在燃气舵支座131中。第二挡圈位于第二轴承137沿舵轴的靠近燃气舵支座131的一端且与舵轴转动连接，具体的，舵轴上有一卡口，第二挡圈通过该卡口与舵轴转动连接，第二挡圈通过该卡口限制舵轴的轴向运动。
进一步的，操纵机构模拟装置1还包括第一万向连接杆和第二万向连接杆；所述第一万向连接杆的一端万向连接至所述模拟舵面133的端部；所述第一万向连接杆的另一端连接于所述第一静力加载装置2，以向所述模拟舵面133传导所述模拟拉力载荷；所述第二万向连接杆的一端万向连接至所述模拟舵面133上与所述舵轴对应的位置；所述第二万向连接杆的另一端连接于所述第二静力加载装置4，以向所述模拟舵面133传导所述模拟压力载荷。
参考图4和图6-9，上述第一万向连接杆在本实施例中采用的是第一球头杆28，第二万向连接杆在本实施例中采用的是第二球头杆45。在本实施例中，第一球头杆28与第一球窝螺母29配合连接，通过螺纹紧固的方式将第一球窝螺母29拧入模拟舵面133的第一螺纹孔1331处，即上述的模拟舵面133的端部；第二球头杆45与第二球窝螺母46配合连接，通过螺纹紧固的方式将第二球窝螺母46拧入模拟舵面133的第二螺纹孔1332处，即上述的模拟舵面133上与所述舵轴对应的位置，模拟舵面133上两个螺纹孔的间距为50毫米。本实施例中采用球头杆可以有效保证载荷加载方向保持不变，不会带来额外力矩，以使得最终的试验结果更加的准确。
第一静力加载装置包括：第一承载立柱22、第一液压作动筒21、第一拉力传感器24和弹性连接件；所述第一液压作动筒21固定于所述第一承载立柱22且依次通过所述第一拉力传感器24和所述弹性连接件与所述第一万向连接杆连接；所述第一液压作动筒21保持与所述第一万向连接杆的中心线处于同一水平位置。
参考图1、图5、图6和图8，在本实施例中，第一液压作动筒21固定于第一承载立柱22，第一液压作动筒21依次通过第一拉力传感器24、第一双耳接头25、弹性连接件和第一转接杆27与第一万向连接杆连接(第二球头杆28)。其中，第一液压作动筒21和第一拉力传感器24固定连接，第一拉力传感器24和第一双耳接头25固定连接，弹性连接件和第一双耳接头25固定连接，弹性连接件和第一转接杆27固定连接，第一转接杆27与第一万向连接杆(第一球头杆28)通过螺纹固定连接。
本申请实施例的弹性连接件采用橡皮绳26，且橡皮绳26的长度以及缠绕的股数可以进行调节，确保在加载状态下其动力学特性满足试验要求，橡皮绳26具体的长度以及缠绕的股数的具体数据，本领域技术人员可以根据需要自行调整。
另外，第一静力加载装置2还包括链条23，该链条23可以辅助第一液压作动筒21保持与所述第一万向连接杆的中心线处于同一水平位置，以便于后续施加拉力时不引入其他干扰力。容易理解的是，上述实施例中提及的链条23所起到的保持第一液压作动筒21处于与第一万向连接杆的中心线同一水平位置的功能，利用其他器件也可以实现，例如在第一液压作动筒21下设计一支柱，该支柱与第一承载立柱22固定连接，与第一液压作动筒21固定连接，以支撑该第一液压作动筒21保持与第一万向连接杆的中心线处于同一水平位置，当然的，前述支柱也可以与试验台基座3固定连接来维持第一液压作动筒21的位置。本领域技术人员应当清楚的知晓替代链条23的所有处于技术领域内的技术方案并应用于实际，故在此不再列举其他具体的替代方案。
第二静力加载装置4包括：第二承载立柱42、第二拉力传感器44和第二液压作动筒41；所述第二液压作动筒41固定于所述第二承载立柱42且通过所述第二拉力传感器44与所述第二万向连接杆连接；所述第二液压作动筒41保持与所述第二万向连接杆的中心线处于同一水平位置。
参考图1和图5-7，在本实施例中，第二液压作动筒41固定于第二承载立柱42，第二液压作动筒41依次通过第二拉力传感器44、第二转接杆43与第二万向连接杆连接(第二球头杆45)。其中，第二液压作动筒41和第二拉力传感器44固定连接，第二拉力传感器44和第二转接杆45固定连接，第二转接杆43和第二万向连接杆(第二球头杆45)通过螺纹固定连接。
同样的，本申请实施例中的第二液压作动筒41也需要保持与第二万向连接杆的中心线处于同一水平位置，以便于后续施加压力时不引入其他干扰力。在本实施例中，同样的，采用链条43来保持第二液压作动筒41位置，如上述保持第一液压作动筒41所述，本领域技术人员应当能够理解，可以无疑义的采用其他构件来保持第二液压作动筒41的位置，故在此不再对其他可行的实施例进行赘述。
测量组件，包括：至少一个应变片1361；所述应变片1361与所述操纵杆136连接，被配置为测量所述操纵机构模拟装置1的启动力矩。
在本实施例中，参考图10，共有四个应变片1361粘贴在操纵杆136上，并呈对称分布，粘贴多个应变片1361是为了消除应变片1361粘贴位置以及人工操作对测试结果带来的不确定性。在同时考虑操纵杆136的尺寸较小以及运动空间有限的情况下，选择在操纵杆136上布置四个应变片1361，理论上，应变片1361的数量可以自由设置，一个、两个，甚至八个，经多次实验后发现粘贴四个应变片1361可以更好的适应操纵杆136的尺寸并兼顾到测试结果的准确性。
另外，参考图11和图12，为本申请实施例的测量操纵杆的标较系数的装置示意图。具体的，包括：操纵机构模拟装置1，试验台基座3和第三静力加载装置5。其中，操纵机构模拟装置1与上述结构一致，在此不做赘述，第三静力加载装置5与试验台基座3固定连接，具体连接方式与上述的第一静力加载装置2或第二静力加载装置4与试验台基座3的连接方式一致，在此不做赘述。
第三静力加载装置5，包括：第三液压作动筒51，螺母52、单耳接头53、双耳接头54和第三拉力传感器55。具体的，第三液压作动筒51固定安装在第三承载立柱56上，依次通过第三拉力传感器55、第二双耳接头54和单耳接头53与模拟舵面133的一端通过螺母52固定连接，且第三液压作动筒51沿上述路径对模拟舵面133施加压力载荷。
通过上述实施例可以看出，本实施例的燃气舵操纵机构启动力矩测试装置，充分模拟燃气舵实际工作条件，其中设计的万向连接杆-球窝螺母的连接方式，可以充分确保加载载荷方向的一致性，不会引入偏心力矩，试验的方法科学合理，获得的试验数据详实可信，保证试验边界条件的准确性和客观性；同时在节约试验成本并提高试验效率的同时，解决了在实验室条件下难以评估燃气舵操纵机构启动力矩的问题，为设计燃气舵系统提供了精确可信的输入条件。
基于同一发明构思，参考图13，本申请还提供了一种燃气舵操纵机构启动力矩测试方法，包括：
步骤S1301，通过动力机构12控制模拟舵面133处于第一状态；
步骤S1302，通过第一静力加载装置2向所述模拟舵面133提供预设的模拟拉力载荷；
步骤S1303，通过第二静力加载装置4向所述模拟舵面133提供预设的模拟压力载荷；
步骤S1304，通过动力机构12驱动模拟舵面133转动，并通过测量组件检测所述模拟舵面133转动时操纵杆136的第一应变；
步骤S1305，基于所述第一应变和标校系数，计算得到启动力矩；其中，所述标校系数通过所述操纵杆136的第二应变和力矩计算得到。
针对步骤S1301，在第一液压作动筒21和第二液压作动筒41空载的情况下，启动伺服机构121，伺服机构121输出驱动力，依次经过推杆122和耳片123传动至操纵杆136，进一步带动摇臂135转动，摇臂135与舵轴固定连接，摇臂135转动自然的带动舵轴转动，进一步的带动模拟舵面133转动，此时需要促使伺服机构121输出驱动力以保持当前模拟舵面133处于垂直于试验台基座的状态，即第一状态，此时，通过第一液压作动筒21依次通过第一拉力传感器24、第一双耳接头25、橡皮绳26、第一转接杆27和第一球头杆28对模拟舵面133的第一螺纹孔1331施加预紧拉力，通过第二液压作动筒41依次通过第二拉力传感器44、第二转接杆43和第二球头杆45对模拟舵面133的第二螺纹孔1332施加预紧压力，在此过程中，需要保持模拟舵面133始终处于第一状态，此时测量组件、第一拉力传感器24和第二拉力传感器44均开始采集数据，在施加预紧拉或压力的过程中，观察测量组件、第一拉力传感器24和第二拉力传感器44所采集到的数据是否正常，如若出现无法采集应变信号的通路，则需要检查相应的应变片1361以及连接线路，必要时需要重新焊接连接线路或重新粘贴新的应变片1361，以及需要观测整套燃气舵操纵机构启动力矩测试装置是否能够正常运行。上述的预紧拉力或预紧压力一般取50N或100N，该数值并不限于上述数据，本领域技术人员可以根据自身需要自行设置。
进一步的，当整套燃气舵操纵机构启动力矩测试装置能够正常运行时，第一液压作动筒21开始加载，其为操纵机构模拟装置1提供法向力，该载荷条件可以设定为燃气舵最大法向载荷，在整个实验过程中，需要保持其提供的模拟拉力载荷不变；同时，第二液压作动筒41也开始加载，其为操纵机构模拟装置1提供轴向力，载荷条件为燃气舵在典型偏转角度下的轴向力，加载载荷随着工况的变化而不断增加，参考图14，图中纵坐标为轴向力，横坐标为工况，图14示出了在不同工况下第二液压作动筒41为操纵机构模拟装置1提供的轴向力示意图，从图中可以看出，轴向力的提供是乘阶梯状的，即在本申请的实施例中，在一个特定的工况下，第二液压作动筒41为操纵机构模拟装置提供的轴向力是固定的。
进一步的，当第二液压作动筒41对操纵机构模拟装置提供的轴向力达到该工况下预设的模拟压力载荷后，通过动力机构控制模拟舵面133转动一定角度且在预设的维持时间内处于第二状态。在本实施例中，通过伺服机构121控制模拟舵面133逆时针转动5°，且在20秒内处于上述转动5°后的状态，在此过程中，通过测量组件检测模拟舵面133转动时操纵杆136的第一应变。此处需要维持20秒是因为第一静力加载装置2中含有弹性连接件，在模拟舵面133转动5°后，该弹性连接件会受到一定的影响使得第一静力加载装置2对操纵机构模拟装置1施加的模拟拉力载荷发生变化，若不加调整，此变化会影响到后续的实验数据的准确性，因此此时需要控制第一静力加载装置2中的第一液压作动筒21进行调整，使得其最终对模拟舵面133施加的模拟拉力载荷恢复至预设的模拟拉力载荷。当该模拟拉力载荷恢复至预设的模拟拉力载荷后，通过伺服机构121控制模拟舵面133顺时针转动5°，再次回到第一状态，在此过程中，通过测量组件检测模拟舵面133转动时操纵杆136的第一应变。进一步的，同样等待20秒，待模拟拉力载荷恢复至预设的模拟拉力载荷后，通过第二液压作动筒41调整模拟压力载荷至下一工况所要求的轴向力，后续步骤同上所述，直至测量完所有工况下操纵机构模拟装置的应变后停止。
进一步的，将操纵杆136上的四个应变片1361的数据取均值，记为
Figure BDA0003789221190000121
此步骤是为了消除应变片1361位置对于试验结果的影响。
进一步的，在上述步骤前或后，通过图11所示装置对操纵杆136进行标较实验。具体的，组装好上述装置后，动力机构12驱动模拟舵面133维持在第一状态，测量组件实时采集操纵杆136上的4路应变信号，进一步的，第三静力加载装置5从0N开始，以400N为一个加载台阶，负向加载至-2800N，之后回到0N，之后再以400N为一个加载台阶，正向加载至2800N，上述正负向加载的额定载荷对应的最大力矩值的绝对值为140Nm，该力矩值需要涵盖燃气舵的最大铰链力矩。此外，在每个载荷台阶下保持5秒钟的时间。需要注意的是，上述实施例中所示出的具体数据，并不限于上述的范围，本领域技术人员应当清楚的知晓，可以根据实际需要对数据进行调整。通过上述逐级的加载，得到操纵杆136上各应变片的应变值随加载时间的变化。具体的，参考表1，为操纵杆136的应变数据，需要注意的是，本申请实施例对4个操纵杆136进行了标较试验，相应的，也会对4个操纵杆136进行燃气舵操纵机构启动力矩测试。本领域技术人员应当知晓，对4个操纵杆136进行标较试验是为了保证试验的准确性，在最大程度上降低人为因素对试验的影响，当然的，在实际的试验过程中，可以对更多或更少的操纵杆136进行试验。
表1操纵杆应变数据
Figure BDA0003789221190000131
对表1中的各个操纵杆136应变均值和力矩之间的比例关系进行线性拟合，得到各操纵杆136应变均值与力矩之间的函数关系：
Yi＝kiX(i＝1,2,3,4)
其中，Yi表示第i个操纵杆的应变均值，Ki表示第i个操纵杆的标较系数，X表示力矩。参考表2，为本申请实施例的操纵杆拟合方程。
表2各连杆拟合方程
Figure BDA0003789221190000132
Figure BDA0003789221190000141
通过表2可以看出，4根操纵杆136的应变均值与力矩之间的线性度较高，因此，通过两者的比例关系再结合上述启动力矩实验中测试得到的应变即可计算出启动力矩。
通过下式计算启动力矩：
Figure BDA0003789221190000142
其中，Mi表示第i个操纵杆的启动力矩，
Figure BDA0003789221190000143
表示第i个操纵杆的应变均值，Ki表示第i个操纵杆的标较系数。1号操纵杆在不同工况下计算得到的启动力矩如图15所示，图中的纵坐标为启动力矩，横坐标为时间，因不同工况所处的时间并不相同，因此可以通过时间来表示对应的工况。
为消除操纵机构各零件尺寸误差、装配误差、液压应力、环境应力等不确定因素对试验结果的影响，本申请实施例对4套操纵机构完成启动力矩试验后得到的试验数据进行求平均处理。首先提取出每套舵操纵机构在各工况下，根据操纵指令偏转时所对应的启动力矩“峰值”和“谷值”，并将“谷值”取绝对值，然后对48个“峰-谷”值求平均。通过计算得到各燃气舵操纵机构的启动力矩，并得出启动力矩随模拟压力载荷的变化情况，如图16所示，图中纵坐标为启动力矩，横坐标为轴向力，即模拟压力载荷，1舵连杆表示1号操纵杆，2舵连杆表示2号操纵杆，3舵连杆表示3号操纵杆，4舵连杆表示4号操纵杆。从图中可以看出，操纵机构的启动力矩随着模拟压力载荷的增加呈现出增大趋势，且在最大模拟压力载荷的条件下，4个操纵机构的启动力矩在98Nm-108Nm的范围内。
需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃气舵操纵机构启动力矩的测试装置，其特征在于，包括：
操纵机构模拟装置，包括：通过操纵杆连接动力机构的模拟舵面；
第一静力加载装置，与所述模拟舵面连接，被配置为向所述模拟舵面的端部提供模拟拉力载荷；
第二静力加载装置，与所述模拟舵面连接，被配置为向所述模拟舵面上与所述模拟舵面的舵轴对应的位置提供模拟压力载荷；
测量组件，与所述操纵杆连接，被配置为测量所述操纵机构模拟装置的启动力矩；
其中，所述动力机构和所述第一静力加载装置能够控制所述模拟舵面处于第一状态，或控制所述模拟舵面转动一定角度并处于第二状态。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述操纵机构模拟装置，包括：摇臂；
所述舵轴与所述摇臂固定连接；
所述操纵杆的第一端与所述摇臂转动连接；
所述操纵杆的第二端与所述动力机构转动连接；
所述动力机构被配置输出驱动力并依次经过所述操纵杆和所述摇臂传动后，带动所述模拟舵面转动。
3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述操纵机构模拟装置，还包括：第一轴承、第二轴承、模拟舱体和燃气舵支座；
所述燃气舵支座与所述模拟舱体连接；
所述舵轴通过所述第一轴承和所述第二轴承与所述燃气舵支座连接，以通过所述第一轴承和所述第二轴承维持所述舵轴的稳定。
4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述操纵机构模拟装置，还包括：第一挡圈和第二挡圈；
所述第一挡圈与所述燃气舵支座固定连接；
所述第一挡圈位于所述第二轴承的外圈且与所述第二轴承固定连接；
所述第二挡圈位于所述第二轴承沿所述舵轴的靠近所述燃气舵支座的一端且与所述舵轴转动连接，以限制所述舵轴的轴向运动。
5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述操纵机构模拟装置还包括：第一万向连接杆和第二万向连接杆；
所述第一万向连接杆的一端万向连接至所述模拟舵面的端部；
所述第一万向连接杆的另一端连接于所述第一静力加载装置，以向所述模拟舵面传导所述模拟拉力载荷；
所述第二万向连接杆的一端万向连接至所述模拟舵面上与所述舵轴对应的位置；
所述第二万向连接杆的另一端连接于所述第二静力加载装置，以向所述模拟舵面传导所述模拟压力载荷。
6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述第一静力加载装置，包括：第一承载立柱、第一液压作动筒、第一拉力传感器和弹性连接件；
所述第一液压作动筒固定于所述第一承载立柱且依次通过所述第一拉力传感器和所述弹性连接件与所述第一万向连接杆连接；
所述第一液压作动筒保持与所述第一万向连接杆的中心线处于同一水平位置。
7.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述第二静力加载装置，包括：第二承载立柱、第二拉力传感器和第二液压作动筒；
所述第二液压作动筒固定于所述第二承载立柱且通过所述第二拉力传感器与所述第二万向连接杆连接；
所述第二液压作动筒保持与所述第二万向连接杆的中心线处于同一水平位置。
8.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测量组件，包括：至少一个应变片；
所述应变片与所述操纵杆连接，被配置为测量所述操纵机构模拟装置的启动力矩。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述的测试装置对燃气舵操纵机构启动力矩的测试方法，其特征在于，包括：
通过动力机构控制模拟舵面处于第一状态；
通过第一静力加载装置向所述模拟舵面提供预设的模拟拉力载荷；
通过第二静力加载装置向所述模拟舵面提供预设的模拟压力载荷；
通过动力机构驱动模拟舵面转动，并通过测量组件检测所述模拟舵面转动时操纵杆的第一应变；
基于所述第一应变和标校系数，计算得到启动力矩；其中，所述标校系数通过所述操纵杆的第二应变和力矩计算得到。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述通过动力机构驱动模拟舵面转动，包括：
通过动力机构控制模拟舵面转动一定角度且在预设的维持时间内处于第二状态；
通过第一静力加载装置将所述第一静力加载装置的现有载荷恢复至预设的模拟拉力载荷；
通过动力机构控制模拟舵面转动一定角度并处于第一状态。
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