CN115901046B

CN115901046B - 一种多负载的无人机发动机测功机

Info

Publication number: CN115901046B
Application number: CN202310118832.2A
Authority: CN
Inventors: 赵安民; 王天诚; 刘德山; 肖雁起; 李克剑; 刘兵飞
Original assignee: Lingyi Feihang Tianjin Technology Co ltd
Current assignee: Lingyi Feihang Tianjin Technology Co ltd
Priority date: 2023-02-15
Filing date: 2023-02-15
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2043-02-15
Also published as: CN115901046A

Abstract

本发明创造提供一种多负载的无人机发动机测功机，包括测试台架，在测试台架上安装的测功机、拉力测试装置和扭力测试装置，在测功机的输出轴端安装有发动机连接轴，该发动机连接轴转动安装于测试台架上的支撑座；所述拉力测试装置包括第一刚体组件、第二刚体组件以及与第二刚体组件连接的拉力传感器；所述扭力测试装置包括与第二刚体组件中的滑座固定的扭力臂、以及与扭力臂连接的扭力传感器。本发明创造提供的测试系统适用于无人机、航模动力系统静态或动态下的拉力及推力测试，螺旋桨在发动机的带动下，可同时测量动力系统拉力、功耗与效率、动机功耗与效率、螺旋桨桨效等数据，操作要求低，测试效率高，且各项数据准确性高，全面性好。

Description

一种多负载的无人机发动机测功机

技术领域

本发明创造属于航空发动机试验设备技术领域，尤其是涉及一种多负载的无人机发动机测功机。

背景技术

涡轮螺桨发动机(以下简称涡桨发动机)在无人机上通常是由发动机输出轴带动螺旋桨旋转产生拉力驱动飞机，拉力的大小和方向是由螺旋桨电子控制器调节桨叶角度进行控制的，由于此种涡桨发动机因其结构复杂，试验操作及控制要求较高，目前可借鉴的经验较为缺乏，因此在发动机动力测试时困难较大，拉力、功耗、效率等反应发动机性能的测试数据准确性及全面性较差，通常需要多套设备分别进行性能测试，数据难以同步测得，导致测量误差被放大，难以准确客观的分析发动机性能。亟需设计一种能够高效准确测试发动机各项数据、精准反应发动机性能的测功系统。

发明内容

本发明创造要解决的问题是旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种多负载的无人机发动机测功机。

为解决上述技术问题，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种多负载的无人机发动机测功机，包括测试台架，在测试台架上安装的测功机、拉力测试装置和扭力测试装置；在测功机的输出轴端安装有发动机连接轴，该发动机连接轴转动安装于测试台架上的支撑座；

所述拉力测试装置包括第一刚体组件、第二刚体组件以及与第二刚体组件连接的拉力传感器；所述扭力测试装置包括与第二刚体组件中的滑座固定的扭力臂、以及与扭力臂连接的扭力传感器；

所述第一刚体组件包括固定底板，在固定底板上安装有固定座，在固定座上安装有发动机安装板；所述第二刚体组件包括安装于固定底板的连接座，拉力传感器一端连接于连接座，另一端与测试台架上的支撑座连接；

所述固定底板下端安装有滑座，所述滑座滑动安装于测试台架上的自适应位移调整机构；所述自适应位移调整机构包括沿发动机连接轴的轴向方向移动的滑移调整件，所述滑座安装在滑移调整件上。

进一步，所述固定座与发动机安装板间对称设有数个缓冲柱，用以对发动机形成缓冲吸能。

进一步，所述固定座与固定底板间设有若干支撑筋。

进一步，所述支撑座上设有固定块，拉力传感器通过螺栓与支撑座上的固定块连接。

进一步，所述拉力传感器通过固定件与连接座连接，固定件包括与拉力传感器连接的螺纹杆部、以及与连接座连接的头部，所述头部通过水平布置的转轴转动安装于连接座，所述转轴与发动机连接轴垂直布置。

进一步，所述滑移调整件采用直线轴承，所述测试台架上沿发动机连接轴的轴向设有滑轨，所述直线轴承滑动安装于该滑轨，所述滑轨为圆柱形。

进一步，所述拉力传感器采用S型梁结构的拉力传感器，在其前连接部和后连接部上均设有螺纹连接孔。

进一步，所述固定底板与滑座间设有若干缓冲垫。

进一步，所述测功机的输出轴通过联轴器与发动机连接轴连接。

进一步，其特征在于：所述测试台架上安装有控制箱和供油箱。

本发明创造具有的优点和积极效果是：

本发明创造提供的测试系统适用于无人机、航模动力系统静态或动态下的拉力及推力测试，螺旋桨在发动机的带动下，旋转产生拉力，其拉力通过第二刚体组件传递给第一刚体组件，并传递给拉力传感器，并由数据采集系统实时显示和存储记录。发动机启动时，同时产生扭力和功效，发动机连接轴传递给联轴器并最终传递给测功机，数据同步传输给数据采集系统，本系统可同时测量动力系统拉力、功耗与效率、动机功耗与效率、螺旋桨桨效等数据，操作要求低，测试效率高，且各项数据准确性高，全面性好。

附图说明

图1是本发明创造的结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本发明创造的立体结构示意图；

图5是本发明创造中拉力测试装置和扭力测试装置部分的示意图；

图6是本发明创造应用状态下的示意图；

图7是本发明创造实施例中数据采集系统的示意图。

1-测试台架；2-测功机；3-拉力测试装置;4-扭力测试装置;5-输出轴端;6-发动机连接轴;7-支撑座;8-第一刚体组件;9-第二刚体组件;10-拉力传感器;11-扭力臂;12-扭力传感器;13-固定底板;14-固定座;15-发动机安装板;16-连接座;17-固定块; 18-滑座;19-滑移调整件;20-固定件;21-螺纹杆部;22-头部;23-转轴;24-滑轨;25-联轴器;26-扭矩传感器缓冲柱;27-缓冲垫;28-发动机启动轴;29-发动机缓冲柱;30-发动机;31-螺旋桨。

具体实施方式

需要说明的是，在不相冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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创造和简化描述，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创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面对本发明创造的具体实施例做详细说明。

一种多负载的无人机发动机测功机，如图1至图6所示，包括测试台架1，在所述测试台架1上安装有测功机2，在所述测功机2的输出轴端5安装有发动机连接轴6，该发动机连接轴6转动安装于测试台架1上的支撑座7，另外，可在所述测功机上设置发动机启动轴28，以便于启动发动机。测功机2、拉力测试装置3和扭力测试装置4均与数据采集系统连接，数据采集系统只要能够顺利读取测功机2、拉力测试装置3和扭力测试装置4数据即可。

在一个可选的实施例中，数据采集系统是基于STM32F407VET6单片机开发，系统结构框图如图7所示。本测试系统通过采集电调输出3相电的波形来计算转速，并为电机提供PWM信号值；通过24位ADC 芯片对高性能拉力扭力传感器4进行直接采集，采用12位ADC对隔离调理后的电调直流母线电压信号进行采集和采用高精度电流传感器对直流母线电流进行采集，以及应用MLX90614,bme680，MS4525DO芯片分别对电机温度、环境温湿度及大气压、空速进行数据采集，最后通过串口传输给PC机，经自研的MET-V5软件对采集的数据进行滤波和后处理、直观显示可视化的曲线数据，并同时记录测试日志和数据存储。

下列表1给出了建议采集的参数，通过采集此类参数用于数据分析处理，具体的参数包括但不限于输入电压、电流、螺旋桨推力、电机扭矩、电机温度、大气压、电机转速和空速等参数。其外，也可根据采集的基础参数，推演出电动系统的功率和效率等参数，即系统输出功率、电机消耗功率、螺旋桨力效率、系统力效率、电动机效率等参数，明细如下。

表 1 无人机动力测试系统基础测量参数

所述拉力测试装置3包括第一刚体组件8、第二刚体组件9以及与第二刚体组件9连接的拉力传感器10；所述扭力测试装置4包括与第二刚体组件9中的滑座18固定的扭力臂11、以及与扭力臂11连接的扭力传感器12，该扭力传感器12选用市售产品即可，在此不再赘述。

所述第一刚体组件8包括固定底板13，在固定底板13上安装有固定座14，在固定座14上安装有发动机安装板15；所述第二刚体组件9包括安装于固定底板13的连接座16，拉力传感器10一端连接于连接座16，另一端与测试台架上1的支撑座7连接，具体的，上述支撑座7上设有固定块17，拉力传感器10通过螺栓与固定块17连接。所述固定底板13下端安装有滑座18，所述滑座18滑动安装于测试台架1上的自适应位移调整机构；所述自适应位移调整机构包括沿发动机连接轴的轴向方向移动的滑移调整件19，所述滑座18安装在滑移调整件19上。

扭矩测试时，当螺旋桨31在发动机30带动下，旋转产生扭力时，把扭力通过所述第一刚体组件8传递给扭力臂11，扭力臂11的扭矩通过扭力传感器缓冲柱26传递给扭力传感器12，扭力传感器12计算扭力和已知力臂的乘积，便得到螺旋桨1的扭矩，并把数据传递给数据采集系统。计算公式为，T=F*L，其中，T为扭矩，F为压力，L为力臂长度。

在一个可选的实施例中，在固定座14与发动机安装板15间对称设有数个发动机缓冲柱29，用以对发动机（安装板）形成缓冲吸能，在设有缓冲柱的方案中，还可在固定座14与发动机安装板15间安装自定心轴承，以保证发动机连接轴6与发动机始终处于稳定的连接状态，从结构基础上保障测试数据准确。为提高结构稳定性，固定座14与固定底板13间设有若干支撑筋。另外，还可在固定底板13与滑座18间设有若干缓冲垫27，以降低发动机震动带来的影响。

在一个可选的实施例中，上述拉力传感器10通过固定件20与连接座16连接，固定件20包括与拉力传感器10连接的螺纹杆部21、以及与连接座16连接的头部22，所述头部22通过水平布置的转轴23转动安装于连接座16，所述转轴23与发动机连接轴6垂直布置。当然，也可以是采用市售的关节轴承连接器以及关节轴承进行拉力传感器的安装，作为举例，上述拉力传感器采用S型梁结构的拉力传感器，在其前连接部和后连接部上均设有螺纹连接孔。比如，采用天宇恒创公司生产的CYT-202S型拉力传感器，配套使用该厂家关节轴承连接器以及关节轴承进行拉力传感器安装，在此不再赘述。

上述滑移调整件19采用直线轴承，所述测试台架1上沿发动机连接轴6的轴向设有滑轨24，所述直线轴承滑动安装于该滑轨24，滑轨24为圆柱形。

上述测功机2的输出轴通过联轴器25与发动机连接轴6连接。发动机旋转产生的扭力和功效，通过发动机连接轴6传递给联轴器25，并最终传递给测功机2，并且测功数据与扭矩数据同步传递给数据采集系统。

举例，某种发动机的最大功率测试数据表及散点坐标连线如下：

本发明创造提供的测试系统适用于无人机、航模动力系统静态或动态下的拉力及推力测试，螺旋桨在发动机的带动下，旋转产生拉力，其拉力通过第二刚体组件传递给第一刚体组件，并传递给拉力传感器，并传输给数据采集系统。发动机启动时，同时产生扭力和功效，发动机连接轴传递给联轴器并最终传递给测功机，数据同步传输给数据采集系统。本系统可同时测量动力系统拉力、功耗与效率、动机功耗与效率、螺旋桨桨效等数据，操作要求低，测试效率高，且各项数据准确性高，全面性好。

对于本领域技术人员而言，显然本发明创造不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明创造的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明创造。

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明创造的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明创造内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种多负载的无人机发动机测功机，其特征在于：包括测试台架，在测试台架上安装的测功机、拉力测试装置和扭力测试装置；在测功机的输出轴端安装有发动机连接轴，该发动机连接轴转动安装于测试台架上的支撑座；

所述固定底板下端安装有滑座，所述滑座滑动安装于测试台架上的自适应位移调整机构；所述自适应位移调整机构包括沿发动机连接轴的轴向方向移动的滑移调整件，所述滑座安装在滑移调整件上；

所述拉力传感器通过固定件与连接座连接，固定件包括与拉力传感器连接的螺纹杆部、以及与连接座连接的头部，所述头部通过水平布置的转轴转动安装于连接座，所述转轴与发动机连接轴垂直布置；

所述滑移调整件采用直线轴承，所述测试台架上沿发动机连接轴的轴向设有滑轨，所述直线轴承滑动安装于该滑轨，所述滑轨为圆柱形。

2.根据权利要求1所述的一种多负载的无人机发动机测功机，其特征在于：所述固定座与发动机安装板间对称设有数个缓冲柱。

3.根据权利要求1所述的一种多负载的无人机发动机测功机，其特征在于：所述固定座与固定底板间设有若干支撑筋。

4.根据权利要求1所述的一种多负载的无人机发动机测功机，其特征在于：所述支撑座上设有固定块，拉力传感器通过螺栓与支撑座上的固定块连接。

5.根据权利要求1所述的一种多负载的无人机发动机测功机，其特征在于：所述拉力传感器采用S型梁结构的拉力传感器，在其前连接部和后连接部上均设有螺纹连接孔。

6.根据权利要求1所述的一种多负载的无人机发动机测功机，其特征在于：所述固定底板与滑座间设有若干缓冲垫。

7.根据权利要求1所述的一种多负载的无人机发动机测功机，其特征在于：所述测功机的输出轴通过联轴器与发动机连接轴连接。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种多负载的无人机发动机测功机，其特征在于：所述测试台架上安装有控制箱和供油箱。