CN115743592A - 螺旋桨的测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明及设备测试技术领域，提供一种螺旋桨的测试装置及方法，其中，螺旋桨的测试装置包括支撑框架，恒力载荷加载组件和脉动载荷加载组件；所述恒力载荷加载组件与所述支撑框架固定，用于向螺旋桨的桨叶的拉力方向施加恒力；所述脉动载荷加载组件与所述支撑框架固定，用于根据设定频率向所述桨叶上表面施加脉动力，并与所述恒力载荷加载组件配合完成对所述桨叶的测试。本发明无需额外对施加在桨叶上的力进行测量，简化了螺旋桨可靠性测试的操作，从而提高了螺旋桨可靠性测试对真实工况的模拟程度。

Description

螺旋桨的测试装置和方法

技术领域

本发明涉及设备测试技术领域，具体涉及一种螺旋桨的测试装置及方法。

背景技术

随着临近空间概念的成熟，国际上对于长航时临近空间飞行器的研发投入正在加强。目前，长航时临近空间飞行器的唯一可行推进方式为螺旋桨推进。由于临近空间飞行器长航时的飞行的特点，因此对螺旋桨的稳定运行时间的要求，既可靠性要求，通常会以月或者年来衡量。对于设计制造的高空飞行器螺旋桨，通常需在地面进行可靠性试验，达到可靠性要求后才能进行使用。

高空螺旋桨工作时的受力模式通常表现为，在恒定转速下，拉力保持稳定的同时呈现周期性脉动。目前，螺旋桨的可靠性测试装置通常为控制桨叶的变形尺度来实现可靠性测试，但该测试方式无法准确的知道所施加力的大小，从而无法准确模拟上述螺旋桨的真实受力工况。

发明内容

本发明提供一种螺旋桨的测试装置及方法，用以提高螺旋桨可靠性测试对真实工况的模拟程度。

本发明实施例提供一种螺旋桨的测试装置，包括支撑框架，恒力载荷加载组件和脉动载荷加载组件；

所述恒力载荷加载组件与所述支撑框架固定，用于向螺旋桨的桨叶的拉力方向施加恒力；

所述脉动载荷加载组件与所述支撑框架固定，用于根据设定频率向所述桨叶上表面施加脉动力，并与所述恒力载荷加载组件配合完成对所述桨叶的测试。

在一个实施例中，所述螺旋桨的测试装置还包括夹具，所述夹具固定于所述桨叶的展长部位；

所述夹具受到所述恒力载荷加载组件施加的恒力和所述脉动载荷加载组件施加的脉动力，将所述恒力和所述脉动力传递至所述桨叶的展长部位。

在一个实施例中，所述恒力载荷加载组件包括连接件、力矩电机和多个配重件；

所述连接件穿过所述夹具的下方，一端与所述力矩电机连接，另一端与多个所述配重件连接，在所述力矩电机的驱动下，拉起目标数量的所述配重件，所述配重件向所述夹具施加所述恒力。

在一个实施例中，所述力矩电机的旋转角度是基于所述配重件的数量和重量确定的；所述配重件的重量和数量是基于所述螺旋桨运转时的拉力值确定的。

在一个实施例中，所述脉动载荷加载组件包括继电器，电磁铁，吊臂，支撑件，第一固定板和重力件；

所述支撑件一端与所述电磁铁连接，另一端通过所述吊臂与所述重力件连接；

所述第一固定板固定于所述支撑框架，所述继电器按照设定频率控制所述电磁铁吸附或放开所述第一固定板；

当电磁铁吸附所述第一固定板时，通过所述吊臂吊起所述重力件；

当电磁铁放开所述第一固定板时，所述重力件在重力作用下向所述夹具施加所述脉动力。

在一个实施例中，所述配重件为砝码，多个所述砝码纵向串联在一起，相邻两个所述砝码之间通过脱钩连接。

在一个实施例中，所述恒力载荷加载组件还包括滑轮，所述滑轮固定于所述夹具的下方，供所述连接件穿过。

在一个实施例中，所述恒力载荷加载组件还包括第二固定板，所述第二固定板固定于所述支撑框架，所述力矩电机设于所述第二固定板上方。

本发明实施例提供一种螺旋桨的测试方法，应用于上述所述的螺旋桨的测试装置，包括：

根据所述恒力载荷加载组件向所述桨叶的拉力方向施加恒力；

根据所述脉动载荷加载组件以设定频率向所述桨叶上表面施加脉动力；

根据施加在所述桨叶的恒力和脉动力，对所述桨叶进行测试。

在一个实施例中，所述根据所述恒力载荷加载组件向所述桨叶的拉力方向施加恒力之前，包括：

建立力矩电机的旋转角度，配重件的数量以及配重件的重量之间的关联信息。

本发明实施例提供一种螺旋桨的测试装置及方法，螺旋桨的测试装置包括支撑框架，恒力载荷加载组件和脉动载荷加载组件；所述恒力载荷加载组件与所述支撑框架固定，用于向螺旋桨的桨叶的拉力方向施加恒力；所述脉动载荷加载组件与所述支撑框架固定，用于根据设定频率向所述桨叶上表面施加脉动力，并与所述恒力载荷加载组件配合完成对所述桨叶的测试。本发明无需额外对施加在桨叶上的力进行测量，简化了螺旋桨可靠性测试的操作，从而提高了螺旋桨可靠性测试对真实工况的模拟程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的螺旋桨的测试装置的结构示意图之一；

图2是本发明实施例提供的螺旋桨的测试装置的结构示意图之二；

图3是本发明实施例提供的螺旋桨的测试方法的流程示意图；

附图标记：

10-支撑框架；11-恒力载荷加载组件；12-脉动载荷加载组件；13-桨叶；14-夹具；15-应变监测系统；

110-连接件；111-力矩电机；112-配重件；113-第二固定板；114-滑轮；

120-电磁铁；121-吊臂；122-支撑件；123-第一固定板；124-重力件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

参考图1至图2所示，本发明实施例提供一种螺旋桨的测试装置，包括支撑框架10，恒力载荷加载组件11和脉动载荷加载组件12；

所述恒力载荷加载组件11与所述支撑框架10固定，用于向螺旋桨的桨叶13的拉力方向施加恒力；

所述脉动载荷加载组件12与所述支撑框架10固定，用于根据设定频率向所述桨叶13上表面施加脉动力，并与所述恒力载荷加载组件11配合完成对所述桨叶13的测试。

需要说明的是，本发明实施例通过模拟恒力和脉动力对桨叶13进行可靠性测试。

支撑框架10用于固定螺旋桨桨叶13以及其它组件，支撑框架10的材质可以为金属，如钢材，铝合金等，其形状可以为长方体或者正方体，或者基于测试需求确定。

恒力载荷加载组件11通过螺栓固定于支撑框架10内部，脉动载荷加载组件12通过螺栓固定于支撑框架10上方。

螺旋桨包括多个桨叶13，恒力载荷加载组件11和脉动载荷加载组件12可以同时向桨叶13施加力，也可以在不同时间向桨叶13施加力，桨叶13受到恒力载荷加载组件11和脉动载荷加载组件12施加的力后会摇晃或摆动。

可以理解的是，恒力是指一段时间内大小、方向均不改变的力；脉动力是指施加在物体上的力(载荷，负荷)是周期变化的，如像人的脉搏一样在变动；桨叶13的拉力方向是指活塞式飞机和涡轮螺旋桨飞机前进的动力方向。

螺旋桨的可靠性测试过程为：恒力载荷加载组件11向桨叶13的拉力方向施加恒力，脉动载荷加载组件12根据设定频率(如30秒或者1分钟)向桨叶13上表面施加脉动力，然后通过应变监测系统15监控桨叶13在两个力的作用下的变化情况，再基于该变化情况判断桨叶13的可靠性，其中，应变监测系统15用于监测桨叶13对应部位应变。例如，在设定时间内，如果桨叶13在两个力的作用下的应变值没有明显变化，则判断该桨叶13可靠性达标。

本发明实施例提供的螺旋桨的测试装置，通过恒力载荷加载组件11向桨叶13的拉力方向施加恒力，以及通过脉动载荷加载组件12向桨叶13上表面施加脉动力，然后基于施加在桨叶13的恒力和脉动力对桨叶13的可靠性进行测试。本发明无需额外对施加在桨叶13上的力进行测量，简化了螺旋桨可靠性测试的操作，从而提高了螺旋桨可靠性测试对真实工况的模拟程度。

基于上述实施例，所述螺旋桨的测试装置还包括夹具14，所述夹具14固定于所述桨叶13的展长部位；所述夹具14受到所述恒力载荷加载组件11施加的恒力和所述脉动载荷加载组件12施加的脉动力，将所述恒力和所述脉动力传递至所述桨叶13的展长部位。

需要说明的是，自桨根至桨尖的距离称为桨叶13的展长，夹具14固定在桨叶13的展长部位，起到在桨叶13对应展长施加力。

恒力载荷加载组件11和脉动载荷加载组件12在向桨叶13施加力时，该力是施加在夹具14上的，也即，夹具14会受到恒力载荷加载组件11施加的恒力以及脉动载荷加载组件12施加的脉动力，然后将恒力和脉动力传递至桨叶13的展长部位，从而实现在桨叶13对应展长施加力。

本发明实施例通过夹具14在桨叶13对应展长施加力，提高了螺旋桨可靠性测试对真实工况的模拟程度。

基于上述实施例，所述恒力载荷加载组件11包括连接件110、力矩电机111和多个配重件112；所述连接件110穿过所述夹具14的下方，一端与所述力矩电机111连接，另一端与多个所述配重件112连接，在所述力矩电机111的驱动下，拉起目标数量的所述配重件112，所述配重件112向所述夹具14施加所述恒力。

需要说明的是，力矩电机111用于调节配重件112的起吊高度，力矩电机111包括电机转盘，连接件110盘绕在电机转盘上，其中，连接件110可以为钢索，铁索，链条等。

连接件110穿过夹具14的下方，一端与力矩电机111连接，另一端与多个配重件112连接，例如，连接件110末端设有挂钩，通过挂钩拉起多个配置件。在力矩电机111的驱动下，电机装盘旋转设定的角度，同时连接件110随着电机装盘转动拉起目标数量的配重件112，以通过该配重件112向夹具14施加恒力，其中，配重件112的数量是基于向夹具14施加的恒力确定的。

进一步地，力矩电机111的旋转角度是基于配重件112的数量和重量确定的，例如，预先建立力矩电机111的旋转角度，配重件112的数量，以及配置件的重量三者之间的关联关系，其中，不同配置件对应不同的重量。基于此，在确定三者之间的关联关系后，可通过配重件112的数量和重量调节力矩电机111的选装角度。

进一步地，配重件112为砝码，多个砝码纵向串联在一起，相邻两个砝码之间通过脱钩连接。其中，砝码是质量量值传递的标准量具，每个砝码内部设有脱钩，以供砝码之间连接。

进一步地，恒力载荷加载组件11还包括滑轮114，滑轮114固定于夹具14的下方，供连接件110穿过。其中，滑轮114是可以绕着中心轴旋转的圆轮，在圆轮的圆周面具有凹槽，将连接件110绕于凹槽，用力牵拉连接件110两端的任一端，则连接件110与圆轮之间的摩擦力会促使圆轮绕着中心轴旋转。在力矩电机111驱动下，连接件110纵向移动，并与圆轮之间产生摩擦力，以使圆轮基于该摩擦力绕着中心轴旋转，从而将恒力施加在夹具14上。

进一步地，恒力载荷加载组件11还包括第二固定板113，第二固定板113固定于支撑框架10，力矩电机111设于第二固定板113上方。其中，第二固定板113可以为铁板或者钢板等，第二固定板113通过螺栓固定于支撑框架10内部，力矩电机111通过螺栓固定于第二固定板113上方。

本发明实施例无需额外对施加在桨叶13上的力进行测量，简化了螺旋桨可靠性测试的操作，从而提高了螺旋桨可靠性测试对真实工况的模拟程度。

基于上述实施例，所述脉动载荷加载组件12包括继电器，电磁铁120，吊臂121，支撑件122，第一固定板123和重力件124；

所述支撑件122一端与所述电磁铁120连接，另一端通过所述吊臂121与所述重力件124连接；

所述第一固定板123固定于所述支撑框架10，所述继电器按照设定频率控制所述电磁铁120吸附或放开所述第一固定板123；

当电磁铁120吸附所述第一固定板123时，通过所述吊臂121吊起所述重力件124；

当电磁铁120放开所述第一固定板123时，所述重力件124在重力作用下向所述夹具14施加所述脉动力。

需要说明的是，电磁铁120通过继电器控制，以设定频率对桨叶13施加脉动载荷。

支撑件122一端与述电磁铁120连接，另一端通过吊臂121与重力件124连接。

第一固定板123通过螺栓固定于支撑框架10上方，第一固定板123可以为铁板。

继电器按照设定频率控制电磁铁120吸附或放开第一固定板123，当电磁铁120吸附第一固定板123时，通过吊臂121吊起重力件124；当电磁铁120放开第一固定板123时，重力件124在重力作用下向夹具14施加脉动力，其中，重力件124可以为重锤。例如，通电时，电磁铁120与第一固定板123吸合，通过吊臂121拉起重锤；断电时，电磁铁120与第一固定板123无吸力，此时重锤靠重力下落冲击夹具14，使桨叶13受到脉动载荷。

本发明实施例无需额外对施加在桨叶13上的力进行测量，简化了螺旋桨可靠性测试的操作，从而提高了螺旋桨可靠性测试对真实工况的模拟程度。

基于上述实施例，参考图3，本发明实施例提出一种螺旋桨的测试方法，应用于上述实施例的螺旋桨的测试装置，包括：

步骤100，根据所述恒力载荷加载组件向所述桨叶的拉力方向施加恒力；

步骤200，根据所述脉动载荷加载组件以设定频率向所述桨叶上表面施加脉动力；

步骤300，根据施加在所述桨叶的恒力和脉动力，对所述桨叶进行测试。

需要说明的是，本发明实施例通过模拟恒力和脉动力对桨叶13进行可靠性测试。

恒力载荷加载组件11和脉动载荷加载组件12可以同时向桨叶13施加力，也可以在不同时间向桨叶13施加力，桨叶13受到恒力载荷加载组件11和脉动载荷加载组件12施加的力后会摇晃或摆动。可以理解的是，恒力是指一段时间内大小、方向均不改变的力；脉动力是指施加在物体上的力(载荷，负荷)是变化的，如像人的脉搏一样在变动。

螺旋桨的可靠性测试过程为：恒力载荷加载组件11向桨叶13的拉力方向施加恒力，脉动载荷加载组件12根据设定频率(如30秒或者1分钟)向桨叶13上表面施加脉动力，然后通过应变监测系统15监控桨叶13在两个力的作用下的变化情况，再基于该变化情况判断桨叶13的可靠性。例如，在设定时间内，如果桨叶13在两个力的作用下的应变值没有明显变化，则判断该桨叶13可靠性达标。

其中，力矩电机111的旋转角度是基于配重件112的数量和重量确定的，例如，预先建立力矩电机111的旋转角度，配重件112的数量，以及配置件的重量三者之间的关联关系，其中，不同配置件对应不同的重量。基于此，在确定三者之间的关联关系后，可通过配重件112的数量和重量调节力矩电机111的选装角度。

在一个实施例中，螺旋桨的可靠性测试过程如下所示：

(1)根据飞行工况所对应的桨叶13拉力，将试验中会用到的不同重量的砝码串联。

(2)夹具14固定到桨叶13对应的展长上，滑轮114安装于夹具14上。

(3)将电机转盘和砝码通过钢索连接，饶于滑轮114上。

(4)标定电机转动角度所对应的砝码起吊高度，标定后可通过电机不同的旋转角度，控制起吊砝码的个数。

(5)转动力矩电机111控制施加的恒力大小。其原理为：一开始最底部砝码触地，所有砝码叠加其上，此时桨叶13不受力，当力矩电机111旋转至某一角度，此时顶部砝码被吊起悬空，桨叶13受一恒力载荷，继续改变力矩电机111的角度，此时有更多砝码悬空，则桨叶13受更大恒力载荷，根据所加的砝码个数和重量即可通过电机旋转角度来控制所施加的恒力载荷。

(6)电磁铁120通过继电器控制，以固定频率对桨叶13施加脉动载荷。其原理为：通电时，电磁铁120吸合，通过吊臂121拉起重锤；断电时，电磁铁120无吸力，此时重锤靠重力下落冲击夹具14，使桨叶13受到脉动载荷。

(7)桨叶13表面不同部位布置应变片，通过应变监测系统15监控不同加载重量的应变变化，若在全部加载周期内，对应砝码重量下的应变值无明显变化，则认为桨叶13可靠性达标。例如，保持小重量恒定载荷12小时，记录应变值；保持大重量恒定载荷12小时，记录应变值。之后每天继续按小载荷12小时，大载荷12小时加载，比较每天对应两种工况下的应变值。此外，也可根据具体工况控制加载的时长。

本发明实施例提供的螺旋桨的测试方法，通过根据所述恒力载荷加载组件11向螺旋桨的桨叶13的拉力方向施加恒力，以及根据脉动载荷加载组件12以设定频率向桨叶13上表面施加脉动力，最后根据施加在桨叶13的恒力和脉动力，对桨叶13进行测试。本发明无需额外对施加在桨叶13上的力进行测量，简化了螺旋桨可靠性测试的操作，从而提高了螺旋桨可靠性测试对真实工况的模拟程度。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种螺旋桨的测试装置，其特征在于，包括支撑框架，恒力载荷加载组件和脉动载荷加载组件；

所述恒力载荷加载组件与所述支撑框架固定，用于向螺旋桨的桨叶的拉力方向施加恒力；

所述脉动载荷加载组件与所述支撑框架固定，用于根据设定频率向所述桨叶上表面施加脉动力，并与所述恒力载荷加载组件配合完成对所述桨叶的测试。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨的测试装置，其特征在于，所述螺旋桨的测试装置还包括夹具，所述夹具固定于所述桨叶的展长部位；

所述夹具受到所述恒力载荷加载组件施加的恒力和所述脉动载荷加载组件施加的脉动力，将所述恒力和所述脉动力传递至所述桨叶的展长部位。

3.根据权利要求2所述的螺旋桨的测试装置，其特征在于，所述恒力载荷加载组件包括连接件、力矩电机和多个配重件；

所述连接件穿过所述夹具的下方，一端与所述力矩电机连接，另一端与多个所述配重件连接，在所述力矩电机的驱动下，拉起目标数量的所述配重件，所述配重件向所述夹具施加所述恒力。

4.根据权利要求3所述的螺旋桨的测试装置，其特征在于，所述力矩电机的旋转角度是基于所述配重件的数量和重量确定的；所述配重件的重量和数量是基于所述螺旋桨运转时的拉力值确定的。

5.根据权利要求2所述的螺旋桨的测试装置，其特征在于，所述脉动载荷加载组件包括继电器，电磁铁，吊臂，支撑件，第一固定板和重力件；

所述支撑件一端与所述电磁铁连接，另一端通过所述吊臂与所述重力件连接；

所述第一固定板固定于所述支撑框架，所述继电器按照设定频率控制所述电磁铁吸附或放开所述第一固定板；

当电磁铁吸附所述第一固定板时，通过所述吊臂吊起所述重力件；

当电磁铁放开所述第一固定板时，所述重力件在重力作用下向所述夹具施加所述脉动力。

6.根据权利要求3所述的螺旋桨的测试装置，其特征在于，所述配重件为砝码，多个所述砝码纵向串联在一起，相邻两个所述砝码之间通过脱钩连接。

7.根据权利要求3所述的螺旋桨的测试装置，其特征在于，所述恒力载荷加载组件还包括滑轮，所述滑轮固定于所述夹具的下方，供所述连接件穿过。

8.根据权利要求3所述的螺旋桨的测试装置，其特征在于，所述恒力载荷加载组件还包括第二固定板，所述第二固定板固定于所述支撑框架，所述力矩电机设于所述第二固定板上方。

9.一种螺旋桨的测试方法，其特征在于，应用于上述权利要求1至8中任一项所述的螺旋桨的测试装置，包括：

根据所述恒力载荷加载组件向所述桨叶的拉力方向施加恒力；

根据所述脉动载荷加载组件以设定频率向所述桨叶上表面施加脉动力；

根据施加在所述桨叶的恒力和脉动力，对所述桨叶进行测试。

10.根据权利要求9所述的螺旋桨的测试方法，其特征在于，所述根据所述恒力载荷加载组件向所述桨叶的拉力方向施加恒力之前，包括：

建立力矩电机的旋转角度，配重件的数量以及配重件的重量之间的关联信息。

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