CN116659726B - 一种航空螺旋桨推力测量设备及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及推力测试技术领域，尤其涉及一种航空螺旋桨推力测量设备，包括底座和螺旋桨，底座上端固定设置有测量台，测量台上端设置有测量组件，螺旋桨与测量组件相连接，螺旋桨均匀设置在桨毂的外圆周上，桨毂尾端固定设置有连接轴，底座上端两侧固定设置有固定支架，两个固定支架之间设置有轮圈，轮圈上设置有风向模拟组件，风向模拟组件沿着轮圈的内圈爬行移动，轮圈两端分别连接设置有定位转轴以及旋转轴，定位转轴和旋转轴上均设置有驱动组件。本发明能够全方位的使得风机在各个位置朝向螺旋桨吹风，从而全方位模拟测量在不同风向作用下螺旋桨产生的实际推力，保证了测量结果的准确性和真实性。

Description

一种航空螺旋桨推力测量设备及测量方法

技术领域

本发明涉及推力测试技术领域，尤其涉及一种航空螺旋桨推力测量设备及测量方法。

背景技术

飞行器动力系统性能分析是飞行器总体设计过程中的重要组成部分，而发动机推力测量技术是其中的一项关键技术，只有获得实测的推力，才能获取发动机螺旋桨匹配的实际性能参数，并开展进一步的设计和研制工作。

目前的航空螺旋桨发动机推力测量技术，主要采用基于发动机台架的地面静推力试验，在地面静止环境下，进行发动机推力试验，测量并记录得到发动机静推力数据，但在螺旋桨实际飞机状态下，可能会受到来自不同风向的风力作用，现有的简单静推力试验或风洞试验不能完全模拟螺旋桨在受到任意风向作用的真实飞行状态，使得推力测量结果的准确性及真实性有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空螺旋桨推力测量设备及测量方法，旨在解决上述技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种航空螺旋桨推力测量设备，包括底座和螺旋桨，所述底座上端固定设置有测量台，所述测量台上端设置有测量组件，所述螺旋桨与测量组件相连接，所述螺旋桨均匀设置在桨毂的外圆周上，所述桨毂尾端固定设置有连接轴，所述测量组件包括L型底板，所述L型底板的上端固定设置有电机座，所述电机座内固定设置有旋转电机，所述旋转电机输出端通过联轴器与连接轴相连接，所述L型底板底部固定设置有两组固定轴套，每组所述固定轴套内固定套接有光轴，所述光轴的两端滑动安装于测量座内，所述测量座内设置有压力传感器。

所述底座上端两侧固定设置有固定支架，两个所述固定支架之间设置有轮圈，所述轮圈上设置有风向模拟组件，所述风向模拟组件沿着轮圈的内圈爬行移动，所述轮圈两端分别连接设置有定位转轴以及旋转轴，所述定位转轴和旋转轴上均设置有驱动组件，所述固定支架内设置有相互平行的直线滑道和直线齿条，所述直线滑道与直线齿条之间存在间隔，所述驱动组件带动轮圈整体进行直线移动，其中一侧的驱动组件上设置有调节电机，所述调节电机输出端与旋转轴相连接，另一侧的驱动组件上设置有定位组件，所述定位组件与定位转轴相配合以实现对轮圈进行旋转定位。

作为本发明进一步的方案：所述连接轴的外侧设置有支撑轴套，所述支撑轴套通过法兰与L型底板侧壁相连接，所述连接轴沿轴线转动贯穿于支撑轴套内部。

作为本发明进一步的方案：所述测量座固定设置在测量台上，所述测量座靠近光轴的一端设置有轴承，所述光轴与轴承滑动配合，所述测量座内部设置有压力传感器，所述光轴端部与压力传感器的测量端相贴合。

作为本发明进一步的方案：所述轮圈内壁上周向设置有内齿槽，所述轮圈的两侧周向设置有限位滑槽。

作为本发明进一步的方案：所述风向模拟组件包括支撑架，所述支撑架内转动安装有爬行齿轮，所述爬行齿轮与内齿槽齿接配合，所述支撑架一侧固定设置有爬行电机，所述爬行电机输出端与爬行齿轮相连接，所述支撑架另一侧固定设置有风机安装座，所述风机安装座固定设置有风机，所述风机吹出的风向朝向螺旋桨，所述支撑架的两内侧壁上转动安装有限位滑轮，所述限位滑轮适配滑动安装于限位滑槽内。

作为本发明进一步的方案：所述驱动组件包括驱动支架，所述驱动支架侧壁上设置有转动轴套，所述驱动支架顶端转动安装有导向轮，所述导向轮适配滚动安装于直线滑道内，所述驱动支架底端转动安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮由驱动电机所驱动旋转，所述驱动齿轮与直线齿条底部的齿槽相啮合，所述调节电机固定设置在其中一侧的驱动支架上，所述旋转轴转动贯穿相应的转动轴套与调节电机相连接，且所述调节电机位于直线滑道与直线齿条之间的间隔中。

作为本发明进一步的方案：所述定位组件包括定位气缸，所述定位气缸固定设置于定位支架上，所述定位支架与驱动支架固定连接，且所述定位支架位于直线滑道与直线齿条之间的间隔中，所述定位转轴转动贯穿相应的转动轴套，且所述定位转轴内沿轴线方向设置有花键定位孔，所述定位气缸的输出端连接有与花键定位孔相匹配的花键定位块，所述花键定位块正对着花键定位孔设置。

本发明还提供一种航空螺旋桨推力测量设备的测量方法，包括以下步骤:

步骤一：测量准备，将旋转电机输出端通过联轴器与连接轴相连接，并将压力传感器与后台数据中心通信连接，通过接收到的压力数据信号换算螺旋桨产生的推力数值。

步骤二：风向模拟，风向模拟组件向螺旋桨吹风，同时风向模拟组件可以沿着轮圈的内圈爬行移动，以测量不同风向作用对于螺旋桨产生推力的影响。

步骤三：风向与风力调节，调节电机带动轮圈进行旋转，配合风向模拟组件的爬行移动过程，能够模拟不同角度、不同方向的风力作用，同时驱动组件带动轮圈整体进行直线移动，通过改变间距来调节风力大小。

本发明的有益效果：

（1）通过设置风向模拟组件，在推力测量过程中，风向模拟组件向螺旋桨吹风，同时风向模拟组件可以沿着轮圈的内圈爬行移动，以测量不同风向作用对于螺旋桨产生推力的影响，同时调节电机带动轮圈进行旋转，配合风向模拟组件沿内齿圈的爬行过程，能够全方位的使得风机在各个位置朝向螺旋桨吹风，从而全方位模拟测量在不同风向作用下螺旋桨产生的实际推力，保证了测量结果的准确性和真实性。

（2）通过设置定位组件，轮圈两端的定位转轴以及旋转轴均于转动轴套转动配合，调节电机启动时，通过旋转轴带动轮圈整体以旋转轴轴线为中心进行旋转，当旋转至指定角度时，定位气缸推动花键定位块插接到花键定位孔内，从而对轮圈进行锁紧定位，使轮圈在旋转至指定位置时能够保证平衡稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明中测量组件的结构示意图。

图3是本发明中测量座的内部结构示意图。

图4是本发明中轮圈的结构示意图。

图5是本发明中风向模拟组件的结构示意图。

图6是本发明中驱动组件的结构示意图。

图7是本发明中定位组件的结构示意图。

图中：1、底座；2、测量台；3、螺旋桨；301、桨毂；302、连接轴；303、支撑轴套；304、法兰；4、测量组件；401、L型底板；402、电机座；403、旋转电机；404、固定轴套；405、光轴；406、测量座；407、轴承；408、压力传感器；5、固定支架；501、直线滑道；502、直线齿条；6、轮圈；601、定位转轴；6011、花键定位孔；602、旋转轴；603、内齿槽；604、限位滑槽；7、风向模拟组件；701、支撑架；702、爬行电机；703、风机安装座；704、风机；705、爬行齿轮；706、限位滑轮；8、驱动组件；801、驱动支架；802、转动轴套；803、驱动齿轮；804、驱动电机；805、导向轮；9、调节电机；10、定位气缸；1001、定位支架；1002、花键定位块。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3所示，本发明为一种航空螺旋桨推力测量设备，包括底座1和螺旋桨3，底座1上端固定设置有测量台2，测量台2上端设置有测量组件4，螺旋桨3与测量组件4相连接，螺旋桨3均匀设置在桨毂301的外圆周上，桨毂301尾端固定设置有连接轴302，测量组件4包括L型底板401，L型底板401的上端固定设置有电机座402，电机座402内固定设置有旋转电机403，旋转电机403输出端通过联轴器与连接轴302相连接，L型底板401底部固定设置有两组固定轴套404，每组固定轴套404内固定套接有光轴405，光轴405的两端滑动安装于测量座406内，测量座406内设置有压力传感器408。

如图4和图6所示，底座1上端两侧固定设置有固定支架5，两个固定支架5之间设置有轮圈6，轮圈6上设置有风向模拟组件7，风向模拟组件7沿着轮圈6的内圈爬行移动，轮圈6两端分别连接设置有定位转轴601以及旋转轴602，定位转轴601和旋转轴602上均设置有驱动组件8，固定支架5内设置有相互平行的直线滑道501和直线齿条502，直线滑道501与直线齿条502之间存在间隔，驱动组件8带动轮圈6整体进行直线移动，其中一侧的驱动组件8上设置有调节电机9，调节电机9输出端与旋转轴602相连接，另一侧的驱动组件8上设置有定位组件，定位组件与定位转轴601相配合以实现对轮圈6进行旋转定位。

具体的，旋转电机403启动，通过连接轴302带动螺旋桨3转动，高速转动的螺旋桨3将产生推力，从而使得L型底板401具有直线移动的运动趋势，由于L型底板401底端通过固定轴套404连接有光轴405，推力作用将带动光轴405在测量座406内移动，从而实现推力测量。测量过程中，风向模拟组件7向螺旋桨3吹风，同时风向模拟组件7可以沿着轮圈6的内圈爬行移动，以测量不同风向作用对于螺旋桨3产生推力的影响，同时调节电机9带动轮圈6进行旋转，配合风向模拟组件7的爬行移动过程，能够模拟不同角度、不同方向的风力作用，同时驱动组件8带动轮圈6整体进行直线移动，通过改变与螺旋桨3之间对的间距来调节风力大小，进而能够实现模拟真实环境下不同风向作用下螺旋桨3产生的实际推力。

如图2所示，连接轴302的外侧设置有支撑轴套303，支撑轴套303通过法兰304与L型底板401侧壁相连接，连接轴302沿轴线转动贯穿于支撑轴套303内部。

具体的，支撑轴套303对连接轴302起到的支撑限位作用，能够有效避免连接轴302在旋转过程中发生垂向振动，同时本实施例中电机座402以及旋转电机403的重量与悬空的螺旋桨3重量相平衡，消除了重力因素对推力测量过程的不利影响，保证了测量结果的准确性。

如图3所示，测量座406固定设置在测量台2上，测量座406靠近光轴405的一端设置有轴承407，光轴405与轴承407滑动配合，测量座406内部设置有压力传感器408，光轴405端部与压力传感器408的测量端相贴合。

具体的，在开始测量前，光轴405端部与压力传感器408相贴合，光轴405并不会对压力传感器408产生压力作用，此时压力传感器408也不会接收到压力信号，而在开始测试时，螺旋桨3产生的推力作用将带动光轴405具有直线移动的运动趋势，此时光轴405将会挤压压力传感器408，通过接收到的压力数据信号换算螺旋桨3产生的推力数值。

如图4所示，轮圈6内壁上周向设置有内齿槽603，轮圈6的两侧周向设置有限位滑槽604。

如图5所示，风向模拟组件7包括支撑架701，支撑架701内转动安装有爬行齿轮705，爬行齿轮705与内齿槽603齿接配合，支撑架701一侧固定设置有爬行电机702，爬行电机702输出端与爬行齿轮705相连接，支撑架701另一侧固定设置有风机安装座703，风机安装座703固定设置有风机704，风机704吹出的风向朝向螺旋桨3，支撑架701的两内侧壁上转动安装有限位滑轮706，限位滑轮706适配滑动安装于限位滑槽604内。

具体的，爬行电机702启动时，带动爬行齿轮705旋转，由于爬行齿轮705与内齿槽603相啮合，使得支撑架701整体将能够沿着内齿槽603爬行移动，爬行过程中，限位滑轮706将始终沿着限位滑槽604滑动，从而对爬行过程起到限位作用，保证了爬行过程的稳定性，同时由于爬行电机702和风机704分别设置在支撑架701的两侧，两者的重量相互平衡，避免了支撑架701在爬行过程中因重力影响而发生晃动。支撑架701在爬行时，风机704吹出的风向始终朝向螺旋桨3，从而能够测量不同风向作用对于螺旋桨3产生推力的影响。

如图6所示，驱动组件8包括驱动支架801，驱动支架801侧壁上设置有转动轴套802，驱动支架801顶端转动安装有导向轮805，导向轮805适配滚动安装于直线滑道501内，驱动支架801底端转动安装有驱动齿轮803，驱动齿轮803由驱动电机804所驱动旋转，驱动齿轮803与直线齿条502底部的齿槽相啮合，调节电机9固定设置在其中一侧的驱动支架801上，旋转轴602转动贯穿相应的转动轴套802与调节电机9相连接，且调节电机9位于直线滑道501与直线齿条502之间的间隔中。

具体的，驱动电机804可以带动驱动齿轮803旋转，由于驱动齿轮803与直线齿条502底部的齿槽相啮合，从而带动驱动支架801整体沿着直线方向进行位移，在移动过程中，导向轮805始终在直线滑道501内滚动，起到了限位导向的作用。同时由于直线滑到与直线齿条502之间存在一定间隔，为调节电机9以及定位组件提供了足够的避让空间，保证了在移动过程中不会发生结构干涉。两端的驱动支架801在直线位移时，能够带动轮圈6整体进行同步移动，从而能够改变轮圈6与螺旋桨3之间的间距，进而能够调整风向模拟组件7与螺旋桨3之间的距离以调节风力作用的大小。

如图7所示，定位组件包括定位气缸10，定位气缸10固定设置于定位支架1001上，定位支架1001与驱动支架801固定连接，且定位支架1001位于直线滑道501与直线齿条502之间的间隔中，定位转轴601转动贯穿相应的转动轴套802，且定位转轴601内沿轴线方向设置有花键定位孔6011，定位气缸10的输出端连接有与花键定位孔6011相匹配的花键定位块1002，花键定位块1002正对着花键定位孔6011设置。

具体的，本实施例中的轮圈6除了可以进行直线位移之外，自身还能够进行旋转，轮圈6两端的定位转轴601以及旋转轴602均于转动轴套802转动配合，调节电机9启动时，通过旋转轴602带动轮圈6整体以旋转轴602轴线为中心进行旋转，当旋转至指定角度时，定位气缸10推动花键定位块1002插接到花键定位孔6011内，从而对轮圈6进行锁紧定位，使轮圈6在旋转至指定位置时能够保证平衡稳定。轮圈6自身的旋转过程，配合风向模拟组件7沿内齿圈的爬行过程，能够全方位的使得风机704在各个位置朝向螺旋桨3吹风，从而全方位模拟测量在不同风向作用下螺旋桨3产生的实际推力。

本发明的工作原理：如图1-图7所示，在测量时，将旋转电机403输出端通过联轴器与连接轴302相连接，并将压力传感器408与后台数据中心通信连接，通过接收到的压力数据信号换算螺旋桨3产生的推力数值。测量过程中，爬行电机702带动爬行齿轮705旋转，使得支撑架701整体将能够沿着内齿槽603爬行移动，从而能够测量不同风向作用对于螺旋桨3产生推力的影响，同时调节电机9通过旋转轴602带动轮圈6整体以旋转轴602轴线为中心进行旋转，当旋转至指定角度时，定位气缸10推动花键定位块1002插接到花键定位孔6011内，从而对轮圈6进行锁紧定位，轮圈6自身的旋转过程，配合风向模拟组件7沿内齿圈的爬行过程，能够全方位的使得风机704在各个位置朝向螺旋桨3吹风，从而全方位模拟测量在不同风向作用下螺旋桨3产生的实际推力。驱动电机804可以带动驱动齿轮803旋转，从而带动驱动支架801整体沿着直线方向进行位移，进而能够带动轮圈6整体进行同步移动，从而能够改变轮圈6与螺旋桨3之间的间距，进而能够调整风向模拟组件7与螺旋桨3之间的距离以调节风力作用的大小。

本发明还提供一种航空螺旋桨推力测量设备的测量方法，包括以下步骤:

步骤一：测量准备，将旋转电机403输出端通过联轴器与连接轴302相连接，并将压力传感器408与后台数据中心通信连接，通过接收到的压力数据信号换算螺旋桨3产生的推力数值；

步骤二：风向模拟，风向模拟组件7向螺旋桨3吹风，同时风向模拟组件7可以沿着轮圈6的内圈爬行移动，以测量不同风向作用对于螺旋桨3产生推力的影响；

步骤三：风向与风力调节，调节电机9带动轮圈6进行旋转，配合风向模拟组件7的爬行移动过程，能够模拟不同角度、不同方向的风力作用，同时驱动组件8带动轮圈6整体进行直线移动，通过改变间距来调节风力大小。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种航空螺旋桨推力测量设备，包括底座（1）和螺旋桨（3），所述底座（1）上端固定设置有测量台（2），所述测量台（2）上端设置有测量组件（4），所述螺旋桨（3）与测量组件（4）相连接，其特征在于，所述螺旋桨（3）均匀设置在桨毂（301）的外圆周上，所述桨毂（301）尾端固定设置有连接轴（302），所述测量组件（4）包括L型底板（401），所述L型底板（401）的上端固定设置有电机座（402），所述电机座（402）内固定设置有旋转电机（403），所述旋转电机（403）输出端通过联轴器与连接轴（302）相连接，所述L型底板（401）底部固定设置有两组固定轴套（404），每组所述固定轴套（404）内固定套接有光轴（405），所述光轴（405）的两端滑动安装于测量座（406）内，所述测量座（406）内设置有压力传感器（408）；

所述底座（1）上端两侧固定设置有固定支架（5），两个所述固定支架（5）之间设置有轮圈（6），所述轮圈（6）上设置有风向模拟组件（7），所述风向模拟组件（7）沿着轮圈（6）的内圈爬行移动，所述轮圈（6）两端分别连接设置有定位转轴（601）以及旋转轴（602），所述定位转轴（601）和旋转轴（602）上均设置有驱动组件（8），所述固定支架（5）内设置有相互平行的直线滑道（501）和直线齿条（502），所述直线滑道（501）与直线齿条（502）之间存在间隔，所述驱动组件（8）带动轮圈（6）整体进行直线移动，其中一侧的驱动组件（8）上设置有调节电机（9），所述调节电机（9）输出端与旋转轴（602）相连接，另一侧的驱动组件（8）上设置有定位组件，所述定位组件与定位转轴（601）相配合以实现对轮圈（6）进行旋转定位；

所述轮圈（6）内壁上周向设置有内齿槽（603），所述轮圈（6）的两侧周向设置有限位滑槽（604）；

所述风向模拟组件（7）包括支撑架（701），所述支撑架（701）内转动安装有爬行齿轮（705），所述爬行齿轮（705）与内齿槽（603）齿接配合，所述支撑架（701）一侧固定设置有爬行电机（702），所述爬行电机（702）输出端与爬行齿轮（705）相连接，所述支撑架（701）另一侧固定设置有风机安装座（703），所述风机安装座（703）固定设置有风机（704），所述风机（704）吹出的风向朝向螺旋桨（3），所述支撑架（701）的两内侧壁上转动安装有限位滑轮（706），所述限位滑轮（706）适配滑动安装于限位滑槽（604）内；

所述驱动组件（8）包括驱动支架（801），所述驱动支架（801）侧壁上设置有转动轴套（802），所述驱动支架（801）顶端转动安装有导向轮（805），所述导向轮（805）适配滚动安装于直线滑道（501）内，所述驱动支架（801）底端转动安装有驱动齿轮（803），所述驱动齿轮（803）由驱动电机（804）所驱动旋转，所述驱动齿轮（803）与直线齿条（502）底部的齿槽相啮合，所述调节电机（9）固定设置在其中一侧的驱动支架（801）上，所述旋转轴（602）转动贯穿相应的转动轴套（802）与调节电机（9）相连接，且所述调节电机（9）位于直线滑道（501）与直线齿条（502）之间的间隔中；

所述定位组件包括定位气缸（10），所述定位气缸（10）固定设置于定位支架（1001）上，所述定位支架（1001）与驱动支架（801）固定连接，且所述定位支架（1001）位于直线滑道（501）与直线齿条（502）之间的间隔中，所述定位转轴（601）转动贯穿相应的转动轴套（802），且所述定位转轴（601）内沿轴线方向设置有花键定位孔（6011），所述定位气缸（10）的输出端连接有与花键定位孔（6011）相匹配的花键定位块（1002），所述花键定位块（1002）正对着花键定位孔（6011）设置。

2.根据权利要求1所述的一种航空螺旋桨推力测量设备，其特征在于，所述连接轴（302）的外侧设置有支撑轴套（303），所述支撑轴套（303）通过法兰（304）与L型底板（401）侧壁相连接，所述连接轴（302）沿轴线转动贯穿于支撑轴套（303）内部。

3.根据权利要求1所述的一种航空螺旋桨推力测量设备，其特征在于，所述测量座（406）固定设置在测量台（2）上，所述测量座（406）靠近光轴（405）的一端设置有轴承（407），所述光轴（405）与轴承（407）滑动配合，所述测量座（406）内部设置有压力传感器（408），所述光轴（405）端部与压力传感器（408）的测量端相贴合。

4.一种采用权利要求1-3任一项所述的航空螺旋桨推力测量设备的测量方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤一：测量准备，将旋转电机（403）输出端通过联轴器与连接轴（302）相连接，并将压力传感器（408）与后台数据中心通信连接，通过接收到的压力数据信号换算螺旋桨（3）产生的推力数值；

步骤二：风向模拟，风向模拟组件（7）向螺旋桨（3）吹风，同时风向模拟组件（7）可以沿着轮圈（6）的内圈爬行移动，以测量不同风向作用对于螺旋桨（3）产生推力的影响；

步骤三：风向与风力调节，调节电机（9）带动轮圈（6）进行旋转，配合风向模拟组件（7）的爬行移动过程，能够模拟不同角度、不同方向的风力作用，同时驱动组件（8）带动轮圈（6）整体进行直线移动，通过改变间距来调节风力大小。