CN117782508A - 一种风洞试验用直升机尾桨机构及尾桨变桨距控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风洞试验用直升机尾桨机构及尾桨变桨距控制方法，尾桨天平的浮动端连接到尾桨支杆，机身模型外设置有用于驱动尾桨的第一电机和用于改变尾桨桨距的第二电机，所述第一电机能够通过不同的安装倾角设置在尾桨支杆的末端，所述第二电机设置在尾桨支杆的下方且与尾桨支杆连接，所述第二电机与尾桨之间设置有变桨距组件，所述变桨距组件自动改变尾桨总距角。本方案通过改变尾桨旋转驱动电机与安装座的安装角度来改变尾桨的安装倾角，以满足特定试验要求，通过电机自动改变尾桨总距角，提高了试验效率，能够满足机身、主旋翼和尾桨的直升机气动特性、气动弹性和噪声等方面研究而开展相关风洞试验的需要。

Description

一种风洞试验用直升机尾桨机构及尾桨变桨距控制方法

技术领域

本发明涉及风洞试验领域，具体涉及一种风洞试验用直升机尾桨机构及尾桨变桨距控制方法。

背景技术

为了准确模拟直升机的特性，直升机风洞试验的全机试验应包括尾桨以及主旋翼和尾桨间的干扰影响研究。风洞试验时，尾桨机构应具备以下功能：能在不同倾角状态下与旋翼位置关系不变，能够驱动尾桨旋转、改变尾桨总距角、测量尾桨气动载荷等。

然而，由于技术条件的限制，特别是模型内部空间尺寸以及尾桨驱动机构复杂性的限制，现有风洞试验组合模型一般只包括主旋翼和机身，为了测量尾桨气动载荷、研究尾桨对主旋翼和机身的影响，有的机构通过在模型外部布置尾桨的传动机构（尾桨台）开展相关试验，尾桨台会对主旋翼、机身模型和尾桨的周边流场产生较大干扰，对试验的精准度、效率等造成影响如公开文献CN111591462A。也有的机构是将尾桨传动机构布置在模型内部，从而避免了尾桨机构对模型周边流场的干扰，但同样由于模型内部空间尺寸限制，其传动机构只能驱动尾桨旋转并改变其速度，而不能通过驱动机构自动改变尾桨总距角，尾桨的桨距调整只能通过更换不同的尾桨桨毂来实现，对试验效率造成影响，如公开文献CN111721493A。同时，这种传动方式仅能适用于某一特定型号直升机尾桨构型的模拟，无法实现尾桨倾斜角度的变化如公开文献CN108750102A。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种尾桨变桨距的控制方法以及对应的支撑结构，解决目前风洞试验中不能自动改变尾桨总距角的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种风洞试验用直升机尾桨机构，包括：支撑系统、机身模型、主旋翼和尾桨，所述尾桨与机身模型的空间位置始终保持不变，

所述机身模型内设置有不与机身模型和主旋翼接触的尾桨天平，所述尾桨天平的浮动端连接到尾桨支杆，

所述机身模型外设置有用于驱动尾桨的第一电机和用于改变尾桨桨距的第二电机，

所述第一电机能够通过不同的安装倾角设置在尾桨支杆的末端，所述第一电机与尾桨采用直连方式连接，用于驱动尾桨旋转并可改变其转速，去掉了中间连杆等环节，提高了传动可靠性。

所述第二电机设置在尾桨支杆的下方且与尾桨支杆连接，所述第二电机与尾桨之间设置有变桨距组件，所述变桨距组件能够自动改变尾桨总距角。

在上述技术方案中，所述变桨距组件包括驱动组件和滑套组件，所述滑套组件设置在第一电机的驱动轴上，所述尾桨的桨叶连接到滑套组件上，所述驱动组件驱动滑套组件沿着第一电机驱动轴轴向运动，改变桨叶的总距角。

在上述技术方案中，所述滑套组件上连接有第一连杆，第一连杆的另一端连接到尾桨桨毂支臂，所述桨叶连接到尾桨桨毂支臂上，所述第一连杆带动尾桨桨毂支臂转动。

在上述技术方案中，所述滑套组件上具有若干个第一连杆，一个第一连杆独立与一个尾桨的尾桨桨毂支臂连接，所有第一连杆与滑套组件同步运动。

在上述技术方案中，所述驱动组件包括依次连接的第三连杆和第二连杆，第二连杆通过变距摇臂连接到滑套组件上，所述第三连杆通过推杆连接到第二电机的驱动轴上。

在上述技术方案中，所述推杆与第三连杆通过安装座连接到尾桨支杆上，所述变距摇臂通过定位杆连接到第一电机上。

在上述技术方案中，所述尾桨支杆的末端固定连接有电机安装座，所述第一电机能够以不同倾角连接在安装座上。

一种风洞试验用直升机尾桨变桨距控制方法，包括以下步骤：

S1：通过调整第一电机在电机安装座上的倾角，以尾桨的整体为单元，调整尾桨的整体倾角；

S2：控制第二电机工作，第二电机通过驱动组件带动滑套组件运动，滑套组件带动单一的尾桨桨叶进行转动，改变桨叶的总距角。

在上述技术方案中，在风洞试验中的吹风状态下，通过控制第二电机的运动行程，由驱动组件和滑套组件带动尾桨桨叶转动角度。

在上述技术方案中，尾桨桨叶转动能够在控制状态下，自动进行不同角度的转动。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本方案的试验模型，机身模型与尾桨通过支撑系统连接，其相对位置和姿态同步变化；

本方案中去掉了传统方案中空间尺寸庞大的尾桨台，将尾桨变桨距机构安装在模型上，既减小了尾桨台对试验模型周边流场的干扰，也避免了尾桨台和旋翼台的同步运动难题，从而提高了试验的精准度，适用于开展机身/旋翼/尾桨干扰特性研究；

本方案通过改变尾桨旋转驱动电机安装座的安装角度来改变尾桨的安装倾角，以满足特定试验要求，通过变桨距电机自动改变尾桨总距角，提高了试验效率，可以通过一次试验满足两种不同的技术要求；

本方案能满足传统试验的所有要求，能够满足机身、主旋翼和尾桨的直升机气动特性、气动弹性和噪声等方面研究而开展相关风洞试验的需要。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是机身模型的整体支撑结构示意图；

图2是变桨距的支撑结构示意图；

图3是尾桨的支撑结构示意图；

其中：1是支撑系统，2是机身模型，3是尾桨天平，4是尾桨支杆，5是变桨距电机，6是驱动电机，7是推杆，8是第三连杆，9是第二连杆，10是变距摇臂，11是尾桨桨叶，12是尾桨桨毂支臂，13是滑套组件，14是第一连杆。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1 所示，本实施例的试验系统包括有机身模型2和支撑系统1，这两部分采用与现有技术相同的手段实现，本实施例的重点在于机身模型的后段，其中设置在机身模型2内的尾桨天平3，尾桨天平3的固定端通过基座安装在模型支撑系统1上，尾桨支杆4的一端连接到尾桨天平3的浮动端上。

本实施例在机身模型的外部设置有两个电机，第一电机为驱动电机6用于直接驱动尾桨的转动，第二电机为变桨距电机5用于驱动改变尾桨的总距角。其中驱动电机6连接到尾桨支杆4的末端，驱动电机6通过电机安装座固定连接，电机安装座与尾桨支杆4的末端固定连接，驱动电机6安装在电机安装座上。因此，可以通过调整驱动电机6与电机安装座的相对位置，实现驱动电机6与机身模型的整体倾角。驱动电机6的驱动轴上连接尾桨，因此改变驱动电机6的相对安装位置，等同于改变尾桨相对于机身模型2的整体倾角。

如图3所示，本实施例的重点在于对尾桨上设置有尾桨变距机构，主要包括两部分，滑套组件13和驱动组件，其中滑套组件13同轴设置在驱动电机6的驱动轴上，滑套组件13可以沿着驱动电机6的驱动轴运动。滑套组件13上连接有第一连杆14，第一连杆14的另一端连接到尾桨桨叶11的尾桨桨毂支臂12上，通过滑套组件13的轴向运动，驱动第一连杆14拉动尾桨桨叶11和尾桨桨毂支臂12一起绕着尾桨桨毂支臂12的轴线旋转。

本实施例中的一个第一连杆14带动一个尾桨桨叶11转动，滑套组件13上设置多个第一连杆14，每个第一连杆14带动一个尾桨桨叶11转动，从而通过滑套组件13同步带动所有的尾桨桨叶11转动，同步改变每个尾桨桨叶11的总距角，从而实现对尾桨的总距角改变。

如图2所示，驱动组件由变桨距电机5驱动连杆组件完成，变桨距电机5设置在机身模型2外部，且连接到尾桨支杆4的下方，变桨距电机5通过推杆7连接到第三连杆8，第三连杆8通过安装座连接到尾桨支杆4的下方。第三连杆8通过与第二连杆9连接后连接到变距摇臂10上，变距摇臂10通过定位柱杆连接到驱动电机6上，变距摇臂10的末端连接到滑套组件13上。通过这一整套的连杆结构，将变桨距电机5、驱动电机6、尾桨连接为一个整体的系统。变桨距电机5的驱动轴的运动行程通过连接组件转换到滑套组件13，转换成驱动尾桨桨叶11角度变换的驱动力。

在本实施例中，采用同步的方式改变尾桨的总距角：

第一、通过改变驱动电机6相对于机身模型2的不同角度的安装，改变尾桨相对于机身模型2的倾角；

第二、通过变桨距电机5驱动改变单片尾桨桨叶11的转动角度，从而改变尾桨的总距角；

第三、尾桨的倾角和总距角的改变是同步且统一的控制，不需要单独将其进行拆分；

第四、总距角的变动可以是连续的，可以是在不停止吹风的情况下连续改变。

本实施例试验状态下可以进行各种数据的获取：

通过主旋翼天平和扭矩天平获得主旋翼的气动载荷、通过尾桨天平获得尾桨的气动载荷、通过机身模型天平获得机身模型的气动载荷。通过主旋翼驱动系统控制主旋翼的转速，主变桨距机构控制主旋翼桨距；通过尾桨旋转驱动电机控制尾桨转速，通过尾桨变桨距机构控制尾桨桨距。

本实施例的针对尾桨的各种气动模型的获取，不再需要设置其他额外的外部机构，本实施例虽然在机身模型外部设置了两个电机和驱动机构，但由于其尺寸较小，再配套修型整流罩将其包裹在内，相比在模型外部单独设置的尺寸庞大的支撑装置和传动装置，其对试验模型周边流场的干扰大幅减少。相应地，由于增加了尾桨变桨距机构，带来显而易见的益处是：尾桨可以自动改变总距角，而无需手动更换不同的尾桨桨毂来实现总距角的变化，大大提高了试验效率。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种风洞试验用直升机尾桨机构，包括：支撑系统、机身模型、主旋翼和尾桨，所述尾桨与机身模型的空间位置始终保持不变，其特征在于：

所述机身模型内设置有不与机身模型和主旋翼接触的尾桨天平，所述尾桨天平的浮动端连接到尾桨支杆，

所述机身模型外设置有用于驱动尾桨的第一电机和用于改变尾桨桨距的第二电机，

所述第一电机能够通过不同的安装倾角设置在尾桨支杆的末端，

所述第二电机设置在尾桨支杆的下方且与尾桨支杆连接，所述第二电机与尾桨之间设置有变桨距组件，所述变桨距组件能够自动改变尾桨总距角。

2.根据权利要求1所述的一种风洞试验用直升机尾桨机构，其特征在于：

所述变桨距组件包括驱动组件和滑套组件，所述滑套组件设置在第一电机的驱动轴上，所述尾桨的桨叶连接到滑套组件上，所述驱动组件驱动滑套组件沿着第一电机驱动轴轴向运动，改变桨叶的总距角。

3.根据权利要求2所述的一种风洞试验用直升机尾桨机构，其特征在于：

所述滑套组件上连接有第一连杆，第一连杆的另一端连接到尾桨桨毂支臂，所述桨叶连接到尾桨桨毂支臂上，所述第一连杆带动尾桨桨毂支臂转动。

4.根据权利要求3所述的一种风洞试验用直升机尾桨机构，其特征在于：

所述滑套组件上具有若干个第一连杆，一个第一连杆独立与一个尾桨的尾桨桨毂支臂连接，所有第一连杆与滑套组件同步运动。

5.根据权利要求2所述的一种风洞试验用直升机尾桨机构，其特征在于：

所述驱动组件包括依次连接的第三连杆和第二连杆，第二连杆通过变距摇臂连接到滑套组件上，所述第三连杆通过推杆连接到第二电机的驱动轴上。

6.根据权利要求5所述的一种风洞试验用直升机尾桨机构，其特征在于：

所述推杆与第三连杆通过安装座连接到尾桨支杆上，所述变距摇臂通过定位杆连接到第一电机上。

7.根据权利要求1所述的一种风洞试验用直升机尾桨机构，其特征在于：

所述尾桨支杆的末端固定连接有电机安装座，所述第一电机能够以不同倾角连接在安装座上。

8.一种风洞试验用直升机尾桨变桨距控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：通过调整第一电机在电机安装座上的倾角，以尾桨的整体为单元，调整尾桨的整体倾角；

S2：控制第二电机工作，第二电机通过驱动组件带动滑套组件运动，滑套组件带动单一的尾桨桨叶进行转动，改变桨叶的总距角。

9.根据权利要求8所述的一种风洞试验用直升机尾桨变桨距控制方法，其特征在于：在风洞试验中的吹风状态下，通过控制第二电机的运动行程，由驱动组件和滑套组件带动尾桨桨叶转动角度。

10.根据权利要求9所述的一种风洞试验用直升机尾桨变桨距控制方法，其特征在于：尾桨桨叶转动能够在控制状态下，自动进行不同角度的转动。