CN116558699A - 一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法，属于航载直升机技术领域，该一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法，包括单一试验条件下，对处于独立状态下的传动轴施加不同大小的扭矩，基于传动轴在不同大小扭矩作用下，传动轴测量点位置应变量与扭矩的对应关系数据，通过拟合得到扭矩和应变量方程；在所述单一试验条件下，获取传动轴在涡轮发动机刹车起动至慢车状态时测量点位置的应变量，将所述测量点位置的应变量代入所述扭矩和应变量方程得到所述传动轴的刹车扭矩。通过限制试验条件下获取传动轴扭矩和应变量方程，并基于扭矩和应变量方程，通过对刹车起动应变量的测量，从而实现刹车扭矩的测量。

Description

一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法和系统

技术领域

本发明属于航载直升机技术领域，具体涉及一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法和系统。

背景技术

舰载直升机在舰面停留时会受到强风、舰船颠簸的影响，容易发生倾倒。特别是在直升机起动和地面慢车过程中，旋翼会持续转动，此时直升机还会受到旋翼升力作用，该作用力加剧了机身的不稳定性，更加容易增大直升机倾倒几率；因此舰载直升机在到达地面慢车状态之前，一般采用旋翼刹车装置限制旋翼，达到地面慢车状态后再松开刹车装置。

但是，刹车起动过程中，旋翼转速为零，相较于正常起动，发动机输出轴和直升机传动系统所受扭矩大大增加，如果扭矩超过限制阀值，可能损坏发动机、传动系统和刹车装置，为了评价刹车起动的可能性，需要进行刹车起动试验并对试验过程中对发动机输出轴和直升机传动系统所受扭矩进行测量，但是现有的扭角测量法和液压式测扭法仅适用于正常起动试验刹车扭矩的测量，无法对刹车起动试验中发动机输出轴和直升机传动系统所受扭矩的进行测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法和系统，以解决上述背景技术中提出现有的刹车起动试验中发动机输出轴和直升机传动系统刹车扭矩无法测量的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法，以测试轴组中至少一个传动轴为测量对象实现刹车起动扭矩的测量，所述测量方法包括：

单一试验条件下，对处于独立状态下的传动轴施加不同大小的扭矩，基于传动轴在不同大小扭矩作用下，传动轴测量点位置应变量与扭矩的对应关系数据，通过拟合得到扭矩和应变量方程；

在所述单一试验条件下，获取传动轴在涡轮发动机刹车起动至慢车状态时测量点位置的应变量，将所述测量点位置的应变量代入所述扭矩和应变量方程得到所述传动轴的刹车扭矩。

优选的，所述对处于独立状态下的传动轴施加不同大小的扭矩，基于传动轴在不同大小扭矩作用下，传动轴测量点位置应变量与扭矩的对应关系数据包括：

将独立状态下的所述传动轴的一端固定，并在所述传动轴的另一端施加在变化区间内逐渐增大的扭矩；

基于安装于所述传动轴测量点位置的至少一个应变片对在所述传动轴测量点位置的应变量进行测量，以获取在不同大小扭矩作用下，传动轴测量点位置的应变量。

优选的，所述应变片设有两个，两所述应变片在所述传动轴测量点截面上对称安装。

优选的，所述测量方法还包括：

在所述单一试验条件下，获取涡轮发动机正常起动至地面慢车状态时，传动轴的稳态扭矩；

基于所述单一试验条件下稳态扭矩和刹车扭矩的比例关系，对涡轮发动机在不同温度条件下正常起动至地面慢车状态所测得的稳态扭矩进行比例缩放，得到同一高度条件，不同温度条件下涡轮发动机刹车起动至地面慢车状态时传动轴的刹车扭矩。

优选的，施加于所述传动轴上的扭矩的最大值在16倍稳态扭矩～20倍稳态扭矩之间。

优选的，所述试验条件包括大气温度条件和高度条件。

优选的，所述大气温度的变化范围为-40℃～50℃，所述高度的变化范围为0km～6km。

优选的，所述稳态扭矩通过扭角测量法或液压式测扭法测量。

优选的，所述测量方法以所述传动轴组中的传动轴一作为测量对象，所述传动轴一为发动机和飞轮之间的传动轴。

一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量系统，以测试轴组中至少一个传动轴为对象实现刹车起动扭矩的测量，所述测量系统包括：

方程获取模块，其配置为在单一试验条件，对处于独立状态下的传动轴施加不同大小的扭矩，基于传动轴在不同大小扭矩作用下，传动轴测量点位置应变量与扭矩的对应关系数据，通过拟合得到扭矩和应变量方程；

计算模块，其配置为在所述单一试验条件下，获取传动轴在涡轮发动机刹车起动至慢车状态时测量点的应变量，基于扭矩和应变量方程得到传动轴的刹车扭矩。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本申请通过限制试验条件下获取传动轴扭矩和应变量方程，并基于扭矩和应变量方程，通过对刹车起动应变量的测量，从而实现刹车扭矩的测量。

附图说明

图1为扭角测量法结构示意图；

图2为液压式测扭法结构示意图；

图3为正常起动试验系统结构示意图；

图4为刹车起动试验系统结构示意图；

图5为本发明方法流程图；

图6为本发明不同试验试验条件下稳态扭矩的测量数据表格；

图7为本发明不同试验试验条件下刹车扭矩的测量数据表格。

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。

舰载直升机在起动过程中，为保证其运行过程中的安全性，作用于轴系的扭矩大小应该在限定范围内，即需要通过试验得到航载直升机在运行工程中，轴系所受扭矩的情况，现有试验过程中轴系扭矩的测量一般采用扭角测量法和液压式测扭法；

其中扭角测量法是通过测量涡轮发动机传动轴和测扭基准轴之间的扭角，基于扭角的变化值间接计算得出涡轮发动机输出轴的扭矩，图1示例性地给出了扭角测量法的测量示意图，由图可知，以在无负载的情况下涡轮发动机传动轴和测扭基准轴之间的相对位置为基准，即在无负载状态下，将涡轮发动机传动轴和测扭基准轴间的扭角记为零值，在负载不为零时，涡轮发动机传动轴和测扭基准轴之间的相对位置发生改变，对应地，涡轮发动机传动轴和测扭基准轴间的扭角发生改变，基于无负载和有负载情况下，涡轮发动机传动轴和测扭基准轴间的扭角差值，即可实现涡轮传动轴扭矩的测量；

图2示例性地给出了液压式测扭法的系统构成，该系统包括测扭油缸，测扭油缸的测扭活塞连接于齿圈，测扭油缸的进油管道上设有油泵，并设有同油泵并联的安全阀门，同时该系统还包括对测扭油缸进油侧压力进行测量的压力表，使用时，能够通过压力表的数据实现涡轮发动机传动轴扭矩的测量；

但是在舰载直升机刹车起动过程中，涡轮发动机传动轴虽受力产生扭角，但是因为转子不转动，因此无法通过扭角测量法实现扭矩的测量，同时在航载直升机的刹车起动过程中，刹车装置不仅会限制传动轴的周向转动，还限制了轴向移动，导致测扭油缸溢油口A开度与正常起动不一致，造成扭矩失真，为了实现舰载直升机刹车起动过程中涡轮发动机传动轴扭矩的精确测量，现提供如下刹车起动扭矩测量方法：

参照图3,为在正常起动的测试情况下，试验系统的组成示意图，其中发动机和飞轮之间设有传动轴一，飞轮和测功器之间设有传动轴二，且各部件之间均刚性连接，并对应将上述试验系统记为常规试验系统，图4为在刹车起动测试情况下，试验系统的组成示意图，在正常起动测试的基础上，额外设有一刹车装置，刹车装置和测功器之间设有传动轴三，且各部件之间也均为刚性连接，这样在刹车起动过程中，受到刹车装置的约束，刚性连接的所有部件和传动轴的转速均为零，对应的，将由发动机、飞轮、测功器、刹车装置以及传动轴一、传动轴二和传动轴三构成的系统称为刹车试验系统，并将传动轴一和传动轴二统称为测试轴组；

同时在后续描述中，某部件处于安装状态指该部件安装在常规试验系统或刹车试验系统中，即该部件构成为常规试验系统或刹车试验系统的一部分，示例性地，如传动轴一处于安装状态时，传动轴一构成为涡轮发动机和飞轮之间的传动部件，对应地，某部件处于独立状态指该部件独立于常规试验系统或刹车试验系统存在，即该部件还未安装到常规试验系统或刹车试验系统中，或者该部件已经从常规试验系统或刹车试验系统中拆卸；

本实施例中的测量方法以测试轴组中的至少一个传动轴为测量对象，以实现直升机全包线旋翼刹车起动扭矩的测量，在测试方法的优选实施例中，单独选择与发动机直接连接的传动轴一作为测量对象，以提高测量精度；

具体的，参照图5,上述测量过程包括：

S100：单一试验条件下，对处于独立状态下的传动轴施加不同大小的扭矩，基于传动轴在不同大小扭矩作用下，传动轴测量点位置应变量与扭矩的对应关系数据，通过拟合得到扭矩和应变量方程；

S200：在上述单一试验条件下，获取传动轴在涡轮发动机刹车起动至慢车状态时测量点位置的应变量，基于扭矩和应变量方程得到传动轴的刹车扭矩。

上述过程中，扭矩和应变量方程的获取过程，以及获取传动轴在涡轮发动机刹车起动至慢车状态时测量点位置的应变量，基于扭矩和应变量方程得到传动轴的刹车扭矩的过程中，刹车试验系统应当处于同一试验条件下，该试验条件至少包括测量时的大气温度和高度条件，通过对试验条件进行限定，能够降低环境因素对测量数据的影响，提高试验的精准度。

现以传动轴一为测量对象对上述步骤S100和S200进行详细说明，并用试验条件A表示扭矩和应变量方程和刹车扭矩的环境条件；

具体的，上述步骤S100和S200包括：

在试验条件A下，对处于独立状态下的传动轴施加不同大小的扭矩，基于传动轴在不同大小扭矩作用下，传动轴测量点位置应变量与扭矩的对应关系数据，通过拟合得到扭矩和应变量方程；

在试验条件A下，对处于独立状态下的传动轴一施加不同大小的扭矩主要方式是将独立状态下传动轴一的一端固定，并在另一端施加在一定范围区间内逐渐增大的扭矩，在本实施例中，扭矩的变化区间为0～20Mkp_正常慢车，Mkp_正常慢车为在试验条件A下，传动轴的稳态扭矩(后续进行详细说明)，对应的，施加于所述传动轴上的扭矩为稳态扭矩正整数倍集合，即扭矩为Mkp_正常慢车，2Mkp_正常慢车...NMkp_正常慢车的集合，在测量方法的优选实施例中，施加于传动轴一上扭矩的最大值在16Mkp_正常慢车～20Mkp_正常慢车之间；

上述应变量的测量基于贴合于传动轴一上的至少一个应变片实现，优选地，应变片设有两个，且两应变片在所述传动轴截面上对称安装，上述应变片配置为能实现扭矩在变化区间内变化时，传动轴一上任意位置应变量的测量，并对应地将应变片的贴合点记为传动轴一上的测量点；

结合上述说明，选取传动轴一上便于安装应变片的截面对称安装两应变片，示例性地给出扭矩和应变量方程的获取过程：

将传动轴1远离应变片的一端固定，另一端施加1倍Mkp_正常慢车标准扭矩，两个应变片分别得到应变量ε_1-1、ε_2-1，取两者平均应变ε₁₁。

将传动轴1远离应变片的一端固定，另一端施加2倍Mkp_正常慢车标准扭矩，两个应变片分别得到应变量ε_1-2、ε_2-2，取两者平均应变ε₂。

同理，依次施加3Mkp_正常慢车、4Mkp_正常慢车、···、(15～20)Mkp_正常慢车标准扭矩，最终得到应变ε₃、ε₄、ε₅、···、ε_(15～20)。

在获取上述测量结果后，即可拟合得到扭矩MKP和应变量ε方程：

Mkp＝f(ε)

获取传动轴一在刹车起动至慢车状态时测量点的应变量，并基于扭矩MKP和应变量ε方程，计算得到传动轴一的刹车扭矩Mkp_刹车慢车。

传动轴一的刹车扭矩Mkp_刹车慢车基于传动轴一处于安装状态下实现，通过在传动轴一的测量点位置安装应变片，并对应起动刹车系统中的刹车装置，发动机起动至地面慢车状态，记录地面慢车状态的应变量ε_刹车慢车，代入以上方程，即可得刹车起动至地面慢车状态时，传动轴一的刹车扭矩Mkp_刹车慢车；即

Mkp_刹车慢车＝f(ε_刹车慢车)

同时为了简化在不同试验条件下，刹车扭矩的测量，上述测量方法还包括：

在试验条件A下，获取涡轮发动机正常起动至地面慢车状态时，传动轴一的稳态扭矩Mkp_正常慢车。

基于试验条件A下稳态扭矩Mkp_正常慢车矩和刹车扭矩Mkp_刹车慢车的比例关系，对涡轮发动机在不同温度条件下正常起动至地面慢车状态所测得的稳态扭矩进行比例缩放，得到同一高度条件，不同温度条件下涡轮发动机刹车起动至地面慢车状态时传动轴的刹车扭矩。

上述传动轴一的稳态扭矩Mkp_正常慢车的获取能够在常规试验系统中涡轮发动机起动至慢车状态时和/或刹车系统在刹车装置关闭时涡轮发动机起动至慢车状态时，通过扭角测量法或液压式测扭法测量得到；

同时基于上述S100和S110的步骤对不同高度条件，单一温度条件下涡轮发动机刹车起动至地面慢车状态时传动轴的刹车扭矩进行测量，并对应通过扭角测量法或液压式测扭法对不同高度条件，单一温度条件下涡轮发动机正常起动至地面慢车状态时传动轴的稳态扭矩进行测量，并获得不同高度条件下刹车扭矩和稳态扭矩的比例因子，以对同一高度条件，单一温度的下的稳态扭矩进行缩放，以获得不同温度条件下的刹车扭矩。

上述不同的试验条件指大气温度或高度中的至少一个量发生改变，图6示例性地给出了在温度在-40℃～+50℃，高度在0km～6km变化时稳态扭矩的测量数据表格，图7对应的给出了不同试验条件下于稳态数据测量表格相对应的刹车扭矩数据表格。

本申请还公开有一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量系统，该系统以测试轴组中至少一个传动轴为对象实现刹车起动扭矩的测量，具体的，该系统包括：

方程获取模块，其配置为在单一试验条件，对处于独立状态下的传动轴施加不同大小的扭矩，基于传动轴在不同大小扭矩作用下，传动轴测量点位置应变量与扭矩的对应关系数据，通过拟合得到扭矩和应变量方程；

计算模块，其配置为在所述单一试验条件下，获取传动轴在涡轮发动机刹车起动至慢车状态时测量点的应变量，基于扭矩和应变量方程得到传动轴的刹车扭矩。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法，其特征在于：以测试轴组中至少一个传动轴为测量对象实现刹车起动扭矩的测量，所述测量方法包括：

单一试验条件下，对处于独立状态下的传动轴施加不同大小的扭矩，基于传动轴在不同大小扭矩作用下，传动轴测量点位置应变量与扭矩的对应关系数据，通过拟合得到扭矩和应变量方程；

在所述单一试验条件下，获取传动轴在涡轮发动机刹车起动至慢车状态时测量点位置的应变量，将所述测量点位置的应变量代入所述扭矩和应变量方程得到所述传动轴的刹车扭矩。

2.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法，其特征在于：所述对处于独立状态下的传动轴施加不同大小的扭矩，基于传动轴在不同大小扭矩作用下，传动轴测量点位置应变量与扭矩的对应关系数据包括：

将独立状态下的所述传动轴的一端固定，并在所述传动轴的另一端施加在变化区间内逐渐增大的扭矩；

基于安装于所述传动轴测量点位置的至少一个应变片对在所述传动轴测量点位置的应变量进行测量，以获取在不同大小扭矩作用下，传动轴测量点位置的应变量。

3.根据权利要求2所述的一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法，其特征在于：所述应变片设有两个，两所述应变片在所述传动轴测量点截面上对称安装。

4.根据权利要求1或2所述的一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法，其特征在于：所述测量方法还包括：

在所述单一试验条件下，获取涡轮发动机正常起动至地面慢车状态时，传动轴的稳态扭矩；

基于所述单一试验条件下稳态扭矩和刹车扭矩的比例关系，对涡轮发动机在不同温度条件下正常起动至地面慢车状态所测得的稳态扭矩进行比例缩放，得到同一高度条件，不同温度条件下涡轮发动机刹车起动至地面慢车状态时传动轴的刹车扭矩。

5.根据权利要求4所述的一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法，其特征在于：施加于所述传动轴上的扭矩的最大值在16倍稳态扭矩～20倍稳态扭矩之间。

6.根据权利要求4所述的一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法，其特征在于：所述试验条件包括大气温度条件和高度条件。

7.根据权利要求6所述的一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法，其特征在于：所述大气温度的变化范围为-40℃～50℃，所述高度的变化范围为0km～6km。

8.根据权利要求4所述的一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法，其特征在于：所述稳态扭矩通过扭角测量法或液压式测扭法测量。

9.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量方法，其特征在于：所述测量方法以所述传动轴组中的传动轴一作为测量对象，所述传动轴一为发动机和飞轮之间的传动轴。

10.一种直升机旋翼刹车起动扭矩测量系统，其特征在于：以测试轴组中至少一个传动轴为对象实现刹车起动扭矩的测量，所述测量系统包括：

方程获取模块，其配置为在单一试验条件，对处于独立状态下的传动轴施加不同大小的扭矩，基于传动轴在不同大小扭矩作用下，传动轴测量点位置应变量与扭矩的对应关系数据，通过拟合得到扭矩和应变量方程；

计算模块，其配置为在所述单一试验条件下，获取传动轴在涡轮发动机刹车起动至慢车状态时测量点的应变量，基于扭矩和应变量方程得到传动轴的刹车扭矩。