CN117419885B - 一种剪刀式尾桨风洞试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剪刀式尾桨风洞试验台，属于剪刀式尾桨试验装置领域，包括主轴，主轴的输出端传动连接有旋转轴，旋转轴的输出端装配有滑环、第一传感器、第一调角盘、第一桨叶组、第二桨叶组、第二调角盘、第二传感器等组件，第一调角盘和第二调角盘分别用于调节第一桨叶组和第二桨叶组的剪刀角参数，所述高度调节机构用于调节第二桨叶组的高度。本发明实现了对剪刀角、轴向间距以及桨叶总距的综合控制，能够实现剪刀尾桨上下桨叶气动力独立测量、尾桨总距调节、尾桨上下桨叶剪刀角参数调整、尾桨上下桨叶轴向间距控制等功能，能够有效分析剪刀式尾桨在悬停状态下不同参数变化对其气动性能的影响。

Description

一种剪刀式尾桨风洞试验台

技术领域

本发明涉及剪刀式尾桨试验装置领域，特别涉及一种剪刀式尾桨风洞试验台。

背景技术

尾桨是单旋翼带尾桨式直升机的关键部件之一，其性能的好坏直接影响直升机的整体性能。提高尾桨的气动性能、改善尾桨的噪声特性是提高直升机整体性能的关键。剪刀式尾桨是一种有别于常规构型的新构型尾桨，这种尾桨由沿其旋转轴的上、下两副桨叶构成，两副桨叶为非垂直布置，叶片之间采用非均匀夹角，并且存在一定的轴向间距，目前常应用于武装直升机。研究表明剪刀式尾桨相比于常规构型尾桨无论在气动性能还是噪声特性方面都有着一定的优势，同时剪刀式尾桨的流场和噪声特性更加复杂，理论研究价值较高。由于剪刀式尾桨各片桨叶不是等距分布，相邻桨叶之间的距离变得更小，气动干扰会更加强烈，同时，剪刀式尾桨还存在一定的轴向间距，上面一副桨叶产生的桨尖涡会直接影响后面相邻的桨叶，从而产生强烈的桨－涡干扰现象，因此，剪刀角、轴向间距以及桨叶总距是影响剪刀式尾桨气动力和气动噪声特性的重要参数。

据检索到的资料所知，国内外关于剪刀式尾桨的研究不多，且大都是采用试验方法进行研究，理论研究缺乏精准有效的试验数据佐证。并且国内外的剪刀式尾桨风洞试验装置并不完善，尚未有基于剪刀角、轴向间距、桨叶总距等构型参数综合进行研究的试验设备。为进一步研究上述构型参数对剪刀式尾桨气动特性的影响，向其他数值建模研究提供可靠的验证数据，需要设计一种剪刀式尾桨风洞试验台。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种剪刀式尾桨风洞试验台，以解决现有剪刀式尾桨风洞试验装置并不完善的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种剪刀式尾桨风洞试验台，包括与电机传动连接的主轴，所述主轴的输出端传动连接有旋转轴，所述旋转轴的输出端由近及远依次装配有滑环、第一传感器、第一调角盘、第一桨叶组、第二桨叶组、第二调角盘、第二传感器、高度调节机构和挡板，所述滑环用于传输第一传感器和第二传感器的信号线；所述第一传感器和第一调角盘组合形成第一桨叶组测力机构，所述第二桨叶组和第二调角盘组合形成第二桨叶组测力机构，第一传感器和第二传感器均为力-力矩二分量传感器，第一调角盘和第二调角盘分别用于调节第一桨叶组和第二桨叶组的剪刀角参数，所述高度调节机构用于调节第二桨叶组的高度。

进一步，所述滑环与旋转轴转动连接，滑环远离旋转轴的一侧与天平盖板固定连接，天平盖板用于压紧旋转轴和固定滑环，天平盖板的另一侧与测力天平固定连接，测力天平的另一侧与扭矩天平固定连接，扭矩天平的另一侧与电机固定连接，测力天平和扭矩天平用于测量第一桨叶组和第二桨叶组产生的合气动力和力矩。

进一步，所述旋转轴上设置有安装凸台，旋转轴通过安装凸台与所述第一传感器固定连接。

进一步，所述第一传感器与所述第一调角盘固定连接，所述第一桨叶组包括第一桨毂、桨叶以及用于夹住桨叶的桨夹，第一调角盘与所述第一桨毂固定连接，所述桨夹通过第一桨毂固定。

进一步，所述第二桨叶组包括第二桨毂、桨叶以及用于夹住桨叶的桨夹，所述第二桨毂与第二调角盘固定连接，第二桨叶组的桨夹通过第二桨毂固定，第二调角盘的另一端与第二传感器固定连接，第二传感器的另一侧与高度调节机构固定连接，所述高度调节机构与挡板固定连接，所述挡板与旋转轴固定连接。

进一步，所述高度调节机构包括多个相互叠加的垫块，高度调节机构的一端与挡板固定连接，其另一端与第二传感器固定连接。例如，轴向垫块的另一端与挡板固定连接，连接件的另一端与第二传感器固定连接。垫块可由轴向垫块和与轴向垫块固定连接的连接件组成，轴向垫块本身可设置成高度差为10mm的一系列规格（例如10个），选择合适规格的轴向垫块，以实现对高度的大调整，连接件可由2个高度差为5mm的垫块构成，以实现对高度的微调整。

进一步，第一桨叶组还包括第一桨毂盖，第一桨毂盖与第一桨毂固定连接，第一桨毂盖与第一桨毂上设有配对的桨夹安装槽，所述桨夹安装槽用于安装桨夹，通过调整第一桨毂与第一桨毂盖之间的安装间隙来调整桨夹安装槽的大小，以夹紧或松绑桨夹。

进一步，第二桨叶组还包括第二桨毂盖，第二桨毂盖与第二桨毂固定连接，第二桨毂盖与第二桨毂上设有配对的桨夹安装槽，所述桨夹安装槽用于安装第二桨叶组的桨夹，通过调整第二桨毂与第二桨毂盖之间的安装间隙来调整桨夹安装槽的大小，以夹紧或松绑桨夹。

进一步，所述第一调角盘和第二调角盘上均布有不同角间距的第一调节孔和第二调节孔，通过第一调节孔或/和第二调节孔来改变与第一桨毂或第二桨毂的位置，进而调节第一桨毂或第二桨毂的安装角度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的剪刀式尾桨风洞试验台配备了两套独立测量力和力矩的测力机构，两条测力机构协同配合，能提高测量的精度，得到更精确有效的测量数据；

2、本发明的剪刀式尾桨风洞试验台的桨叶采用手动调节方式，使上下桨叶的总距调节更易实现，无需进行拆卸；同时，本发明还设计了两个调角盘来分别调节桨叶的剪刀角，可满足剪刀式尾桨两种构型的研究需要；

3、本发明通过高度调节机构实现对桨叶高度的改变，通过设计两种不同高度的组件，即轴向垫块和连接件，来精确调节桨叶间的轴向间距，提高了调节精度，避免了加工冗余；

4、本发明的剪刀式尾桨风洞试验台实现了对剪刀角、轴向间距以及桨叶总距的综合控制，能够实现剪刀尾桨上下桨叶气动力独立测量、尾桨总距调节、尾桨上下桨叶剪刀角参数调整、尾桨上下桨叶轴向间距控制等功能，能够有效分析剪刀式尾桨在悬停状态下不同参数变化对其气动性能的影响，可得到准确的试验结果。

附图说明

图1是本发明的一种剪刀式尾桨风洞试验台三维结构示意图；

图2是本发明的剪刀式尾桨风洞试验台部分剖视结构示意图；

图3是本发明的第一调角盘结构示意图；

图4是本发明的第二调角盘结构示意图；

图5是本发明的桨毂装配结构示意图。

图中标记：1为电机，2为扭矩天平，3为测力天平，4为天平盖板，5为旋转轴，501为安装凸台，6为滑环，7为第一传感器，8为第一桨叶组，9为第二桨叶组，10为第二传感器，11为连接件，12为轴向垫块，13为挡板，14为桨夹，15为第一桨毂，16为第一桨毂盖，17为第二桨毂，18为第二桨毂盖，19为第一调角盘，20为第二调角盘，21为第一调节孔，22为第二调节孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，一种剪刀式尾桨风洞试验台，包括旋转轴5，旋转轴5的输入端与主轴（图中未标出）固定连接（型面装配固定），其输出端由近及远依次装配有第一传感器7、第一调角盘19，第一桨毂15、第一桨毂盖16、第二桨毂盖18、第二桨毂17、第二调角盘20、第二传感器10、连接件11、轴向垫块12（连接件11和轴向垫块12组成高度调节机构）和挡板13，第一桨叶组8通过第一桨毂15和第一桨毂盖16固定，第二桨叶组9通过第二桨毂17和第二桨毂盖18固定，由此形成剪刀式尾桨结构。所述旋转轴5的输入端上套设有滑环6，旋转轴5可相对于滑环6转动，滑环6远离旋转轴5的一侧与天平盖板4固定连接，天平盖板4具有压紧旋转轴5和固定滑环6位置两个功能，如图1所示，天平盖板4的另一侧与测力天平3固定连接，测力天平3的另一侧与扭矩天平2固定连接，扭矩天平2的另一侧与电机1固定连接。电机1的输出端与主轴传动连接，通过电机1带动主轴旋转，主轴转动带动旋转轴5旋转，测力天平3、扭矩天平2以及联轴节（现有装配组件，不过多赘述）组合形成测力机构，用于测量上下桨叶所产生的合气动力和力矩。

如图2所示，第一传感器7和第二传感器10均为经典的套筒结构，在工作中随旋转轴5一同旋转，其信号线通过滑环6传输。具体地，旋转轴5上设置有安装凸台501，第一传感器7的一侧固定在安装凸台501上，例如可通过螺栓连接方式实现固定，第一传感器7的另一侧与第一调角盘19固定连接。相应地，第二传感器10的一侧与第二调角盘20固定连接，其另一侧与连接件11固定连接。

如图3和图4所示，第一调角盘19和第二调角盘20分别用于传递来自上下桨叶的气动力和扭矩，同时还用于调整尾桨剪刀角。第一调角盘19和第二调角盘20的一侧分别设有圆形凹槽，以用于分别连接及定位第一传感器7和第二传感器10。第一调角盘19和第二调角盘20的中心孔向其外围分别设有第一调节孔21和第二调节孔22，例如可以在第一调角盘19上设置第一调节孔21，在第二调角盘20上设置第二调节孔22，当然，反之亦可。第一调节孔21的孔间距与第二调节孔22的孔间距不同，例如第一调节孔21的孔间距为15°，第二调节孔22的孔间距为20度，孔径大小可均为5mm，由此可实现两种角度调节，第一调角盘19和第二调角盘20的通过第一调节孔21或第二调节孔22分别与第一桨毂15和第二桨毂17固定连接（例如通过6个M5螺钉与调角盘固定连接），由此在实现固定桨毂的同时，调节桨毂的安装角度，并最终实现对尾桨剪刀角的调节。

如图5所示，第一桨毂15和第二桨毂17分别固定连接在第一调角盘19和第二调角盘20上，第一桨毂盖16和第二桨毂盖18分别与第一桨毂15和第二桨毂17固定连接。以第一桨叶组8为例，第一桨叶组8包括桨叶（未标出）和用于夹住桨叶的桨夹14，第一桨毂15和第一桨毂盖16的侧面设置有配对的桨夹安装槽（未标出），桨夹安装槽用于安装桨夹14，通过调整第一桨毂15与第一桨毂盖16之间的间隙来调整桨夹安装槽的大小，进而实现桨夹14的紧密安装和拆卸。这样的结构不仅可以在安装和拆卸桨叶组时无需拆卸其他机构，而且还可通过第一桨毂15与第一桨毂盖16之间的紧密配合来对桨叶组的总距进行调节，尾桨总距调节更易实现。相应地，第二桨叶组9也采用了第一桨叶组8同样的组装方式。

进一步地，所述连接件11的一侧与轴向垫块12固定连接，连接件11存在两种高度规格不同的设计件，以灵活调整连接件11的高度，轴向垫块12的一侧与挡板13固定连接，挡板13固定连接在旋转轴5的输出端上，轴向垫块12和连接件11两种高度不同的组件不仅可更好地固定住第二传感器10，而且还能对第二桨叶组9的高度位置进行精确固定和调整，从而实现上下桨叶轴向间距的精确调节，大大降低了加工和装配难度。

在本发明的本试验台中，其配备了两套力-力矩二分量传感器，即第一传感器7和第二传感器10，其与第一桨叶组8和第二桨叶组9配套设置，进而能够独立测量第一桨叶组8和第二桨叶组的9气动性能。同时，本发明还在此基础上使用了一套传统的测力机构，即由测力天平3和扭矩天平2组成的测力机构，用于独立测量上下桨叶所产生的合气动力和力矩，两套测力机构协同配合，能够提高测量的精度，得到更精确有效的数据结果。

进一步地，本发明的试验台可实现上下桨叶将总距的精确调节。即采用手动调节的方式，通过精密的量角仪器调节桨夹14相对于桨毂的转动角度，然后通过桨毂和桨毂盖的紧密配合夹紧桨夹14，从而更方便、更精确地调节上下桨叶的总距。

进一步地，本发明的试验台还设计了调角盘来对剪刀尾桨的剪刀角进行调整，即通过桨毂与调角盘中不同螺栓孔连接实现对剪刀角参数的调节，剪刀角的可用调节范围为-90°-90°，满足剪刀式尾桨两种构型即“Ｌ构型”和“U构型”（“Ｌ构型”定义为旋转在前的桨叶低于旋转在后的桨叶的构型，而“U构型”定义为旋转在前的桨叶高于旋转在后的桨叶的构型）的研究需要。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种剪刀式尾桨风洞试验台，包括与电机传动连接的主轴，其特征在于，所述主轴的输出端传动连接有旋转轴，所述旋转轴的输出端由近及远依次装配有滑环、第一传感器、第一调角盘、第一桨叶组、第二桨叶组、第二调角盘、第二传感器、高度调节机构和挡板，所述滑环用于传输第一传感器和第二传感器的信号线；所述第一传感器和第一调角盘组合形成第一桨叶组测力机构，所述第二桨叶组和第二调角盘组合形成第二桨叶组测力机构，第一传感器和第二传感器均为力-力矩二分量传感器，第一调角盘和第二调角盘分别用于调节第一桨叶组和第二桨叶组的剪刀角参数，所述高度调节机构用于调节第二桨叶组的高度；

所述滑环与旋转轴转动连接，滑环远离旋转轴的一侧与天平盖板固定连接，天平盖板用于压紧旋转轴和固定滑环，天平盖板的另一侧与测力天平固定连接，测力天平的另一侧与扭矩天平固定连接，扭矩天平的另一侧与电机固定连接，测力天平和扭矩天平用于测量第一桨叶组和第二桨叶组产生的合气动力和力矩；所述旋转轴上设置有安装凸台，旋转轴通过安装凸台与所述第一传感器固定连接；

所述高度调节机构包括连接件和多个相互叠加的轴向垫块，所述连接件的一侧与轴向垫块固定连接，轴向垫块的一侧与挡板固定连接，以通过轴向垫块调整桨叶的高度；

所述第一传感器与所述第一调角盘固定连接，所述第一桨叶组包括第一桨毂、桨叶以及用于夹住桨叶的桨夹，第一调角盘与所述第一桨毂固定连接，所述桨夹通过第一桨毂固定；

所述第二桨叶组包括第二桨毂、桨叶以及用于夹住桨叶的桨夹，所述第二桨毂与第二调角盘固定连接，第二桨叶组的桨夹通过第二桨毂固定，第二调角盘的另一端与第二传感器固定连接，第二传感器的另一侧与连接件固定连接，所述挡板与旋转轴固定连接；

采用手动调节的方式，通过量角仪器调节桨夹相对于桨毂的转动角度，从而调节上下桨叶的总距。

2.如权利要求1所述的剪刀式尾桨风洞试验台，其特征在于，第一桨叶组还包括第一桨毂盖，第一桨毂盖与第一桨毂固定连接，第一桨毂盖与第一桨毂上设有配对的桨夹安装槽，所述桨夹安装槽用于安装桨夹，通过调整第一桨毂与第一桨毂盖之间的安装间隙来调整桨夹安装槽的大小，以夹紧或松绑桨夹。

3.如权利要求2所述的剪刀式尾桨风洞试验台，其特征在于，第二桨叶组还包括第二桨毂盖，第二桨毂盖与第二桨毂固定连接，第二桨毂盖与第二桨毂上设有配对的桨夹安装槽，所述桨夹安装槽用于安装第二桨叶组的桨夹，通过调整第二桨毂与第二桨毂盖之间的安装间隙来调整桨夹安装槽的大小，以夹紧或松绑桨夹。

4.如权利要求3所述的剪刀式尾桨风洞试验台，其特征在于，所述第一调角盘和第二调角盘上均布有不同角间距的第一调节孔和第二调节孔，通过第一调节孔或/和第二调节孔来改变与第一桨毂或第二桨毂的位置，进而调节第一桨毂或第二桨毂的安装角度。