WO2022211669A1 - Стенд для измерения характеристик воздушного винта с двигателем - Google Patents

Стенд для измерения характеристик воздушного винта с двигателем Download PDF

Info

Publication number
WO2022211669A1
WO2022211669A1 PCT/RU2021/050453 RU2021050453W WO2022211669A1 WO 2022211669 A1 WO2022211669 A1 WO 2022211669A1 RU 2021050453 W RU2021050453 W RU 2021050453W WO 2022211669 A1 WO2022211669 A1 WO 2022211669A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lever
force sensor
shaft
propeller
measuring
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/050453
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Муса Музагитович ГАЛИМОВ
Салимжан Азатович ГАФУРОВ
Роман Викторович ФЕДОРЕНКО
Original Assignee
Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис" filed Critical Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис"
Publication of WO2022211669A1 publication Critical patent/WO2022211669A1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/02—Details or accessories of testing apparatus

Definitions

  • the invention relates to devices for measuring thrust and propeller torque and can be used in the development of stands for testing propulsion devices for air and water.
  • the stand can also be used to test mixing devices using propellers, turbines, etc.
  • a device for determining the characteristics of the propeller of an air robot CN204064694U which contains a torque sensor and an S-type thrust sensor.
  • the lower end of the S-type thrust sensor is fixed to the base of the test rig, and the upper end is rigidly connected to the base of the torque sensor.
  • the engine with the propeller is installed on the base, while the axis of the engine, the torque sensor and the S-type thrust sensor are installed on the same line.
  • the CN106143949B UAV Test Stand contains an engine mounting base that is mounted directly to the torque sensor.
  • the torque sensor is mounted on a pair of plates with linear bearings.
  • the bearings are mounted on linear guides that are mounted on the base.
  • the thrust sensor is located between the base and the bottom pair of plates.
  • the thrust measurement sensor works in pure tension and can give good measurement results.
  • the torque sensor accepts a combined tensile and torsion load, which can reduce the accuracy of the measurement results, or a more expensive torque sensor that is not sensitive to tensile force must be used.
  • the CN104316290A combined screw propeller torque measurement mechanism contains a motor base that is mounted on a movable plate via weight sensors.
  • the movable plate is mounted on linear guides and connected to a draft sensor.
  • the thrust sensor works in pure tension and can give good measurement results.
  • the torque sensor operates on a combined load.
  • the CN201974262U Microminiature Aircraft Power Test System consists of an engine mount that is mounted on a shaft coaxial with the axis of rotation of the propeller engine under test.
  • the engine support has the ability to swing and move along the shaft.
  • the engine mount contains a lever that presses against a force sensor to measure the reaction torque of the propeller.
  • the engine is connected to the body of the device by means of a thrust sensor.
  • the CN202511930U small propeller thrust and torque measurement device comprises an engine mounting frame that is mounted on a guide that is mounted on a plain bearing and is connected on one side to a torque sensor and a thrust sensor on the other side.
  • Torque/Traction Separation Mechanism and Test Platform CN102288912B contains a propeller motor mounting plate, which is connected to a movable platform mounted on four linear bearings on guides mounted on the top plate.
  • the movable platform is connected to the top plate through a force sensor.
  • the top plate is mounted on the shaft on rolling bearings, and the end of the shaft is connected to the torque sensor.
  • the CN205066989U Propeller Thrust and Torque Measurement Device includes a bearing-mounted mounting bracket that holds a mounting plate for the propeller motor on the thrust sensor.
  • a lever is installed on the bracket, which, when rotated, presses on the force sensor to measure the reactive moment of the propeller.
  • the prototype of the invention is a device for measuring the torque of a small engine CN104483053A.
  • the device contains a base and a movable element with a motor base mounted with the possibility of movement relative to the base, on which an engine with a propeller and a lever is installed, with which a force sensor is associated to determine the reactive moment, as well as a force sensor connected to the movable element and the base to measure thrust.
  • the disadvantage of the prototype is the complexity of the design and the large mass of the movable element, including a common base plate, bearing assemblies, a rod, a steel plate with a double lever and a force sensor.
  • a large moving mass dampens (dampens) the variable component of the load that occurs during the operation of the engine and propeller, which leads to a decrease in measurement accuracy under variable loads.
  • the technical result is to simplify the design of the stand, improve the accuracy of measurements of the dynamic component of thrust and reactive moment of the propeller and its dynamic characteristics.
  • the objective of the invention is to eliminate the above disadvantages, namely, simplifying the design of the stand, improving the accuracy of measurements of the dynamic component of thrust and reactive moment of the propeller and its dynamic characteristics.
  • EFFECT technical result provides a stand for measuring thrust and reaction torque of a propeller and dynamic characteristics of a propeller with an engine, containing a base and a movable element mounted with the ability to move relative to the base with a motor base on which the engine with a propeller is installed, and a lever with which the sensor is associated forces to determine the reactive moment, as well as a force sensor connected to the movable element for measuring thrust, in which, in accordance with the proposed solution, the movable element is made in the form of a shaft and is mounted on at least one support of rotation and linear movement along the axis of the shaft with the possibility of movement about the base and rotation around its own axis.
  • the bearing of rotation and linear motion is a linear bearing with a limited stroke or a linear rotary bushing with a limited stroke, or a radial gas static bearing, or a radial hydrostatic bearing, or a radial bearing, which in turn is mounted on a linear bearing, or a linear bearing, which in turn is mounted on a radial bearing.
  • the lever is coupled to a force sensor for measuring the reactive moment by means of a rolling element or a flexible link or a rigid link, which is installed through spherical joints.
  • the lever is connected to a force sensor for measuring a reactive moment of a linear type through a spherical joint.
  • a roller is installed at the end of the lever, the direction of movement of which coincides with the direction of the axis of the shaft, while the roller is associated with a force sensor for measuring the reactive moment.
  • the lever can be made of a magnetic material
  • a permanent magnet is installed in the direction of the lever action on the force sensor to measure the reactive moment, the distance between the lever and the magnet can be adjusted.
  • a plate of magnetic material or a permanent magnet can be installed on the lever, a permanent magnet is installed in the direction of the influence of the lever on the force sensor to measure the reactive moment, the distance between the plate of magnetic material or the permanent magnet and the magnet can be adjusted.
  • a permanent magnet can be installed on the lever, from the side opposite to the direction of the lever action, a second magnet is installed on the force sensor to measure the reactive moment, and the magnets are installed with the same poles to each other and the distance between them can be adjusted.
  • the lever in the direction in which the lever acts on the force sensor for measuring the reactive moment, the lever can be pulled by a tension spring, the tension of which can be adjusted.
  • a coaxial force sensor is installed at the end of the shaft to measure the thrust of the propeller, the second end of which is connected to a self-aligning thrust or double-row spherical bearing, which is installed between two walls that limit its longitudinal movement, but do not limit the radial movement.
  • a lever is installed on the shaft, the end of the shaft is connected to a self-aligning thrust or double-row spherical bearing, which is installed between two walls that limit its longitudinal movement, but do not limit radial movement, strain gauges are installed on the shaft surface in the gap between the lever and the thrust bearing.
  • a lever in the form of a “C” shaped bracket is installed on the end of the shaft, which interacts with a force sensor to measure the propeller thrust and a force sensor to measure the reactive moment.
  • the stand has a minimum mass of moving parts, which, in combination with the use of sliding pairs on rolling pairs or exposure through a magnetic field, or a gas (hydraulic) layer, improves the measurement accuracy, especially of the variable values of thrust and reaction torque of the propeller.
  • FIG. 1 shows a general view of the stand for measuring thrust and propeller torque.
  • FIG. 1 depicts a support assembly using radial gas-static or hydrostatic bearings.
  • FIG. 1 shows a support assembly in which the shaft is mounted in radial bearings, which in turn are mounted in linear bearings.
  • a support unit is shown in which the shaft is installed in linear bearings, which in turn are installed in radial bearings.
  • FIG. 1 shows a variant of pairing the lever with a force sensor by means of a ball and a variant of pressing the lever to the force sensor with a permanent magnet, view along arrow A .
  • FIG. 1 shows a variant of pairing the lever with a force sensor by means of a flexible rod and a variant of pressing the lever to the force sensor using a magnetic plate and a permanent magnet, view along arrow A .
  • FIG. 1 shows a variant of pairing the lever with a force sensor by means of a rigid rod and a variant of pressing the lever to the force sensor using two magnets that are turned to each other with the same poles, view along arrow A .
  • FIG. 1 shows a variant of pairing the lever with a linear force sensor by means of a spherical hinge and a variant of pressing the lever to the force sensor using a tension spring, view along arrow A .
  • FIG. 1 shows a general view of the stand for measuring the thrust and reaction torque of the propeller with strain gauges mounted on the shaft.
  • FIG. 1 shows a general view of the stand for measuring thrust and propeller torque with a "C" shaped bracket.
  • Stand for measuring thrust and reaction torque of the propeller, and the dynamic characteristics of the propeller with the engine version contains a base 1, at least one support unit 2, with at least one support (on not shown) of rotation and linear motion, on which the shaft 3 is installed, which has the ability to move relative to the base 1 and rotate around its own axis, and performs the function of a movable element.
  • Motor base 4 and lever 5 are mounted on shaft 3, which is coupled with force sensor 6 mounted on base 1 for measuring reactive moment by means of roller 7 or a similar element containing rotation body.
  • an engine 9 with a propeller 10 is installed in such a way that the engine shaft 9 and, accordingly, the axis of rotation of the propeller 10 are installed coaxially or parallel to the shaft 3.
  • a sensor 11 is installed at the opposite end of the motor base 4 of the shaft 3 force for measuring the thrust of the propeller 10, the second end of the force sensor 11 for measuring the thrust of the propeller 10 is mounted on a self-aligning double-row spherical bearing 12, which is located between two walls 13, limiting its longitudinal movement, but not limiting the radial movement.
  • a propeller 10 of left rotation is installed when viewed from the side of the propeller 10.
  • the propeller will create thrust directed from right to left along the axis of shaft 3 along , the reactive moment will be directed clockwise, i.e. the direction of action of the lever 5 on the force sensor 6 for measuring the reactive moment will be down, on the sensor 6.
  • the pressure roller 8 which is located on top of the lever, is on the side opposite to the direction of the lever action on the force sensor for measuring the reactive moment.
  • Motor base 4 has engine 9 attachment points and can be universal or replaceable for each type of tested engine 9 with propeller 10.
  • Motor base 4, shaft 3 and lever 5 can be made of light alloy or polymer materials, and also have an internal cavity to lighten the weight. At the same time, they must have sufficient rigidity for the loads to be tested in order to ensure operability.
  • the bearing unit 2 includes at least one bearing of rotation and linear movement along the axis of the shaft 3 from the following listed devices: a linear bearing with a limited stroke ( ); linear swivel bushing with limited travel ( ); radial gas-static bearing; radial hydrostatic bearing ( ); radial bearing, which in turn is mounted on a linear bearing ( ); linear bearing, which in turn is mounted on a radial bearing ( ).
  • Reference Node 2 ( ) on linear bearings of limited stroke contains a housing 14, inside which two bearings of rotation and linear movement are installed in the form of linear bearings 15 of limited stroke, separated by a spacer sleeve 16.
  • Linear bearing 15 of limited stroke consists of an outer ring 17, separator 18 and balls 19.
  • the separator 18 is made shorter than the outer ring 17, the difference in their lengths is half the value of the allowable linear stroke.
  • Shaft 3 enters linear bearing 15 and contacts with balls 19.
  • Such bearing unit 2 contains two bearings of rotation and linear movement and provides unlimited freedom of rotational movement of shaft 3 and linear movement of shaft 3, the value of which is sufficient for the operation of the stand.
  • Reference Node 2 ( ) on linear swivel bushings contains a body 14 and one support in the form of a linear swivel bushing 20 with a limited stroke, which consists of an outer ring 17, a separator 18 and balls 19.
  • the difference between a linear swivel bushing 20 and a linear bearing 15 with a limited stroke consists in the length of the outer ring 17 and the separator 18.
  • the linear-rotary sleeve 20 is much longer than the linear bearing 15 with a limited stroke, has a significantly higher load capacity and can replace two supports.
  • the separator 18 is made shorter than the outer ring 17, the difference in their lengths is half the value of the allowable linear stroke.
  • the shaft 3 is in contact with the balls 19.
  • This bearing unit 2 contains one support and provides unlimited freedom of rotational movement of the shaft 3 and linear movement of the shaft 3, the value of which is sufficient for the operation of the stand.
  • Reference Node 2 ( ) on radial gas-static bearings contains a housing 14 and one or two supports in the form of a gas-static bearing, the housing of which coincides with the housing 14 of the support unit 2, where one or two perforated or porous inserts 21 and fittings 22 for supplying compressed air are installed.
  • Shaft 3 is installed in the central hole of the liners 21 with a small gap.
  • Such a support unit 2 provides unlimited freedom of rotational and linear movement of the shaft 3.
  • the support unit 2 on radial hydrostatic bearings has no fundamental differences in design from the support unit 2 on radial gas-static bearings. The difference lies in the ratio of the dimensions of the parts and work using pressurized oil. Such a support unit 2 provides unlimited freedom of rotational and linear movement of the shaft 3.
  • Reference Node 2 contains a housing 14 and two combined bearings, in which the shaft 3 is installed in radial bearings 23, which in turn are installed in linear bearings 25 with the help of bushings 24.
  • the radial bearing 23 can be ball, roller or needle, linear bearing 25 - ball.
  • Radial bearing 23 provides unlimited freedom of rotational movement of shaft 3, linear bearing 25 - unlimited freedom of linear movement in the axial direction of bushings 24, radial bearings 23 and shaft 3.
  • Reference Node 2 contains a housing 14 and two combined bearings, in which the shaft 3 is installed in linear bearings 25, which in turn are installed in radial bearings 23.
  • Radial bearing 23 can be ball, roller or needle, linear bearing 25 - ball.
  • Radial bearing 23 provides unlimited freedom of rotational movement of linear bearing 25 and shaft 3, linear bearing 25 - unlimited freedom of linear movement in the axial direction of shaft 3.
  • the support nodes 2 presented above are made in a single housing 14 and are sufficient to hold the shaft 3 in the working position.
  • a variant of the execution of the stand is possible, in which two support nodes 2 are used, each of which contains one support.
  • the lever 5 can be installed on the shaft 3 directly next to the motor base 4, between supports or support nodes 2 or on the opposite end of the shaft 3 from the motor base 4 ( ) and mates with its end with the force sensor 6 to measure the reactive moment.
  • On the the lever 5 is connected to the force sensor 6 by means of the roller 7, the direction of movement of which coincides with the direction of the axis of the shaft 3.
  • the roller 7 is cylindrical or with a convex generatrix, mounted on the end of the lever 5 on rolling bearings (not shown).
  • the pressure roller 8 is located on the side opposite to the direction of action of the lever 5 on the force sensor 6 for measuring the reactive moment and has a cylindrical or convex generatrix surface, and is mounted rigidly.
  • the pairing of the end of the lever 5 with the force sensor 6 for measuring the reactive moment is carried out by means of a rolling element.
  • a rolling element This may be a ball 26 or a roller (not shown) that is installed between the end of the lever 5 and the force sensor 6 to measure the reactive moment.
  • the direction of rolling of the roller (not shown) must coincide with the direction of the axis of shaft 3.
  • the lever 5 is made of a magnetic material, in the direction of the lever action on the force sensor 6 for measuring the reactive moment, a permanent magnet 28 is installed on the rack 27, the distance between the lever 5 and the magnet 28 can be adjusted by changing the height of the rack 27.
  • the lever 5 can also be paired with the force sensor 6 by means of a flexible rod 29, .
  • the force sensor 6 for measuring the reactive moment is installed on the rack 30, i.e., on the other side of the lever 5 than in the version .
  • a flexible rod 29 a steel cable, a metal string, a wire having a high tensile rigidity, but at the same time sufficient flexibility, etc. can be used.
  • the lever 5 is made of a non-magnetic material or a material with weak magnetic properties
  • a plate 31 of magnetic material or a permanent magnet is installed, in the direction of the lever action on the force sensor 6 to measure the reactive moment, a permanent magnet 28 or a plate of magnetic material is installed on the rack 27.
  • the distance between the plate 31 of magnetic material and the magnet 28 can be adjusted by changing the height of the rack 27. It is also possible to install the magnet 28 on the lower plane of the lever 5 and the rack 27, in this case the magnets 28 are directed towards each other with different poles.
  • Lever 5 ( ) can also be coupled to the force sensor 6 via a rigid link 32, which is connected to the lever 5 and the force sensor 6 to measure the reactive moment using spherical joints 33, swivel bearings (not shown) or a swivel head with an integrated bearing with a double row of balls (not shown).
  • the force sensor 6 for measuring the reactive moment is installed on the support 30 and is located on the other side than in the version .
  • a permanent magnet 28 is installed on the upper plane of the lever 5, from the side opposite to the direction of action of the lever 5, a second magnet 28a is installed on the bracket 27 to measure the reactive moment, and the magnets 28 and 28a are installed with the same poles to each other and the distance between them can be adjusted by changing the height of the bracket 27.
  • a force sensor 6 is used to measure the reactive moment of a linear type and is connected to the lever 5 and the bracket 34 using spherical joints 33, swivel bearings (not shown) or swivel heads with an integrated bearing with a double row of balls (not shown).
  • the preload on the force sensor 6 for measuring the reactive moment is created by the spring 35, which is installed in the direction of the action of the lever 5 on the force sensor 6 for measuring the reactive moment and is connected to the lever 5 using the screw 36 and the nut 37.
  • the tension of the spring 35 is regulated by screwing (screwing ) nuts 37 and a change in the projection of the screw 36.
  • Force sensor 6 for measuring the reactive torque on presented in the form of a beam-type sensor working in bending. It is also possible to use a compression sensor made in the form of a cylindrical washer, etc.
  • Force sensor 11 for measuring the thrust of the propeller 10 on It is presented in the form of a cylindrical type linear sensor working in tension. It is also possible to use a tensile linear type probe, with “S” shaped and other body shapes. In the event that the stand is used to determine the thrust of the propeller 10 directed to the force sensor 11, a linear type compression sensor is used to measure the thrust.
  • a force sensor 6 for measuring the reaction torque a force sensor 6 for measuring the reaction torque
  • a force sensor 11 for measuring the thrust of the propeller 10 of strain gauge type. It is possible to use force sensors, the operation of which is based on other physical principles. Preference is given to sensors having high frequency characteristics, such as piezoelectric sensors. It is also possible to install sensors in series with different frequency characteristics, which makes it possible to increase the range of measured frequencies of change in thrust and reactive torque.
  • Stand for measuring thrust and reaction torque of the propeller, and the dynamic characteristics of the propeller with the engine version contains a base 1, at least one support unit 2, with at least one support (on not shown) of rotation and linear motion, on which the shaft 3 is installed, which can move relative to the base 1 and rotate around its own axis and perform the function of a movable element.
  • a motor base 4 and a lever 5 are installed on the shaft 3, which is coupled with a force sensor 6 installed on the base 1 to measure the reactive moment by means of a roller 7 or a similar element containing a rotation body.
  • the lever 5 is made of a magnetic material, under the lever 5 (in the direction of the lever action on the force sensor for measuring the reactive moment) a permanent magnet 28 is installed on the rack 27.
  • an engine 9 with a propeller 10 is installed on the motor base 4.
  • a self-aligning double-row spherical bearing 12 is installed, which is located between two walls 13, limiting its longitudinal movement, but not limiting the radial movement.
  • strain gauges 38 are installed on the shaft 3, between the lever 5 and the spherical bearing 12, strain gauges 38 are installed.
  • the lever 5 is made in the form of a "C" shaped bracket, which interacts with the force sensor 6 to determine the reactive torque and with the sensor 11 to measure propeller thrust 10 beam type.
  • Stand for measuring thrust and reaction torque of the propeller, and the dynamic characteristics of the propeller with the engine version contains a base 1, at least one support node 2, with at least one support of rotation and linear movement (on not shown), on which the shaft 3 is installed, which has the ability to move relative to the base 1 and rotate around its own axis and perform the function of a movable element.
  • a motor base 4 is installed on the shaft 3
  • a lever 5 in the form of a “C” shaped bracket is installed on the other end, which interacts with the force sensor 6 to determine the reactive torque and with the sensor 11 to measure the thrust of the propeller 10.
  • When testing on the motor base 4 install the engine 9 with a propeller 10.
  • the lever 5 interacts with the force sensor 6 to measure the reactive moment by means of the roller 7 installed at the end, the direction of movement of which coincides with the direction of the axis of the shaft 3.
  • the lever 5 can be made of magnetic material, under the lever 5 (according to the direction of the lever action on the force sensor for measuring the reactive moment) a permanent magnet 28 is installed on the rack 27 in the same way .
  • a beam force sensor is used similarly to the sensor 6 for measuring the reactive moment.
  • the lever 5 interacts with the sensor 11 for measuring the thrust of the propeller 10 through the rolling element - the ball 26.
  • the pressure screw acts on the sensor 11 for measuring the thrust of the propeller 10 through the rolling element - ball 26. Both balls 26 are installed coaxially with shaft 3.
  • the stand for measuring the thrust and reactive moment of the propeller is installed with the axis of the shaft 3 horizontally above the ground at a height greater than the length of the propeller blade 10 or vertically, at a height at which the propeller does not show ground effect.
  • the engine 9 with the propeller 10 is installed on the motor base 4 in such a way that the engine shaft 9 and, accordingly, the axis of rotation of the propeller 10 are installed coaxially or parallel to the shaft 3.
  • the lever 5 is pressed against the force sensor 6 to measure the reactive torque by means of the roller 8. This makes it possible to eliminate the shock effect on the force sensor 6 for measuring the reactive torque and the rebound of the lever 5 after the rotation of the motor 9 is completed.
  • the preload of the sensors 6 improves the accuracy of the measurement.
  • the propeller 10 installed on it creates thrust, which is directed from right to left along the shaft 3 axis. viewed from the side of the propeller 10, respectively, the reactive moment will be directed clockwise.
  • a centrifugal force directed perpendicular to the axis of rotation of the engine shaft 9 may occur, which is associated with insufficient balancing of the moving parts of the engine with a propeller 10, other forces and moments.
  • the stand for measuring the thrust and reaction torque of the propeller implements such a kinematic scheme in which of all the forces that arise during the operation of the engine 9 and the propeller 10, it selects for measurement only the necessary ones and takes measures to minimize the distortion of these forces.
  • the thrust force of the propeller 10 can freely pull the shaft 3 in the direction of thrust of the propeller 10.
  • the reaction torque of the propeller 10, which is directed clockwise, against the rotation of the propeller 10, can freely rotate the shaft 3.
  • the bearings of rotation and linear motion are ball or gas-static (hydrostatic) bearings, the friction of the movement of the shaft 3 along the axis and the rotation of the shaft 3 is minimal.
  • the radial load that acts on the rotation and linear motion bearings creates minimal friction.
  • the moment of rotation from the shaft 3 is transmitted to the lever 5, which, through the roller 7, acts (presses) on the force sensor 6 to determine the reactive moment with a force, the value of which is proportional to the reactive moment and inversely proportional to the length of the lever 5 in the direction from top to bottom, and bends it to a slight (fractions of a millimeter) value.
  • the lever 5 acts on the force sensor 6 to determine the reactive torque through the roller 7, which is mounted on bearings (not shown). This replaces the sliding friction with the rolling friction between the arm 5 and the force sensor 6 to determine the reactive torque, which significantly reduces the effect of the friction force on the measurement of the thrust force of the propeller 10.
  • the shaft 3 Up to the lever 5, the shaft 3 experiences a complex stress-strain state of torsion and tension. After the lever 5, only tension remains, and therefore the thrust sensor 11 of the propeller 10 experiences and measures only linear load.
  • the possibility of exposure to any torsion load is excluded due to the use of a self-aligning double-row spherical bearing 12, which perceives the axial load, and its installation between the walls 13 with the possibility of radial displacement eliminates the possibility of a bending load on the sensor 11 measuring the thrust of the propeller 10.
  • the thrust of the propeller 10 moves the shaft 3, which is the sensor 11 for measuring the thrust of the propeller 10 by a small amount (fractions of a millimeter), the resistances of the strain gauges included in them (installed on the body) change, which is measured by the stand measurement system.
  • each force sensor 11 is subjected to a load characteristic of its measurement, which makes it possible to ensure a high measurement accuracy.
  • the presented solution allows to reduce the weight of the moving element with the motor base 4 compared to known similar stands. Accordingly, a decrease in mass leads to a decrease in inertia, i.e. allows you to quickly respond to changes in the thrust of the propeller 10 and the reaction torque, and therefore such a stand provides more accurate measurements of the variables of thrust and reaction torque of the tested engine 9 and the propeller 10 characteristic for maneuvering, that is, the dynamic characteristics of the propeller 10 with the engine 9.
  • the support unit 2 ensures the rotation and linear movement of the shaft 3. For measurements, it is important to ensure minimum friction during rotation and axial movement. For this, rotation and linear motion supports (not shown) on linear or gas-static (hydrostatic) bearings are used.
  • Support unit 2 version contains two linear bearings 15 of limited stroke, which allow unlimited rotation and limited linear movement of the shaft 3 installed in them.
  • the rotation of the shaft 3 leads to the movement of the balls 19 in a circle relative to the outer ring 17 and the rotational movement of the separator 18. Movement of the balls 19 along the axis of the shaft 3 relative to the outer ring 17 and the linear movement of the separator 18. allows rotation and linear movement of the shaft 3 with minimal rolling friction of the balls 19, which reduces the effect of friction forces on the measurement results and thus increases the measurement accuracy.
  • Support unit 2 version contains one linear swivel ball bushing 20 with a limited stroke, which consists of an outer ring 17, a cage 18 and balls 19, that is, it is similar to linear bearings 15 with a limited stroke.
  • the rotation of the shaft 3 leads to the movement of the balls 19 in a circle relative to the outer ring 17 and the rotational movement of the separator 18.
  • the linear movement of the shaft 3 leads to the linear movement of the balls 19 along the axis of the shaft 3 relative to the outer ring 17 and the linear movement of the separator 18.
  • the support unit 2 option performance allows rotation and linear movement of the shaft 3 with minimal rolling friction of the balls 19, which reduces the effect of friction forces on the measurement results and thus increases the measurement accuracy.
  • Support unit 2 on gas-static (hydrostatic) bearings works when air (oil) pressure is supplied to the fittings 22. Air (oil) is supplied through the fittings 22, spreads in the volume between the body 14 and the perforated or porous liner 21. The air (oil) flows out through the perforated liner 21 and creates pressure in the space between the inner wall of the bushing 21 and the shaft 2. This pressure causes the shaft 3 to hang in the bore of the bushing 21. The shaft 3 is capable of rotation and linear motion.
  • This support unit 2 features the lowest friction and the least influence of friction forces on the measurement results and, accordingly, provides the highest measurement accuracy from those presented in Fig. – 2d devices.
  • Reference Node 2 in which the shaft 3 is mounted on radial bearings 23, which, in turn, are mounted on linear bearings 25 with the help of bushings 24. It contains two supports of rotation and linear movement combined in this way (pos. not indicated).
  • shaft 3 rotates, the inner ring, balls and cage of radial bearing 23 rotate.
  • shaft 3 moves linearly, radial bearing 23 and bushing 24 move linearly. direction of shaft 3. In this case, the minimum rolling friction is realized, which reduces the influence of friction forces on the measurement results and thus increases the measurement accuracy.
  • Reference Node 2 in which the shaft 3 is mounted on linear bearings 25, which in turn are mounted on radial bearings 23, contains two supports of rotation and linear movement combined in this way (pos. not indicated).
  • the lever 5 is coupled to the force sensor 6 for measuring the reactive moment by means of a rolling element. It could be ball 26 ( ) or roller (not shown), which are installed between the end of the lever 5 and the force sensor 6 to measure the reactive moment.
  • On the lever 5 is coupled to the force sensor 6 for measuring the reactive moment by means of the roller 7 mounted on it, the direction of movement of which coincides with the direction of the axis of the shaft 3.
  • the roller 7 is mounted on rolling bearings (not shown). This pairing makes it possible to minimize the friction between the lever 5 and the force sensor 6 for measuring the reactive moment and thus reduce the influence on the measurement by the sensor 11 of measuring the thrust of the propeller 10.
  • the purpose of the devices for pressing the lever 5 to the force sensor 6 for measuring the reactive moment by the roller 8 is to preload the force sensor 6 for measuring the reactive moment in order to exclude shock effects on it when operating at variable traction forces and to increase the measurement accuracy due to the preload of the force sensor 6.
  • Pinch roller operation 8 ( ) consists in pressing the lever 5 in the direction of the lever action on the force sensor 6 to measure the reactive moment with a certain force and replacing the sliding friction with the rolling friction.
  • the roller 7 rolls over the lever 5, replacing the sliding friction force with rolling friction, which is much lower than the sliding friction, which reduces the effect of friction forces on the measurement results and thus increases the measurement accuracy.
  • Flexible rod 29 ( ) is stretched from the force sensor 6 for measuring the reactive moment to the lever 5, is directed perpendicular to the direction of the axis of the shaft 3 and transmits the force only along the tension line. Minor movements of the lever 5 do not significantly change the slope of the flexible rod 29 and do not lead to the appearance of a significant force directed along the axis of the shaft 3. To do this, the length of the flexible rod 29 must be significantly higher than the possible movement of the lever 5 along the axis of the shaft 3.
  • Clamping device version works in the same way as the version , where the role of the attracting elements is performed by a plate 31 of magnetic material or a permanent magnet and a permanent magnet 28 mounted on a rack 27 or a plate of magnetic material. Moreover, if a pair of permanent magnets works, they are installed with different polarities to each other.
  • Rigid 32 connects the force transducer 6 for measuring the reaction torque with the lever 5 through spherical joints 33, articulated bearings (not shown) or a swivel head with an integrated bearing with a double row of balls (not shown), is directed perpendicular to the direction of the axis of the shaft 3 and transmits force only along the line tension.
  • Slight movement of the lever 5 together with the shaft 3 leads to the rotation of the spherical hinges 33, but does not change a significant slope of the rigid rod 32 and does not lead to the appearance of a significant force directed along the axis of the shaft 3.
  • the length of the rigid rod 32 must be significantly higher than the possible movement of the lever 5 along the axis of shaft 3.
  • Clamping device version works on the repulsion of magnets 28 and 28a, which are installed to each other with the same polarity. Accordingly, such a clamping device is installed on the side opposite to the direction of action of the lever 5 on the force sensor 6 for measuring the reactive moment. There is no contact between the magnets. The magnitude of the pressing force of the lever 5 to the force sensor 6 for measuring the reactive moment is determined by the distance between the magnets 28 and 28a and is regulated by the height of the rack 27. Since there is no contact between the magnets, there is no friction force between them when the lever 5 moves.
  • Sensor 6 ( ) force for measuring the reactive moment of the linear type allows you to install it through 33 spherical joints, spherical bearings (not shown) or swivel heads with an integrated bearing with a double row of balls (not shown).
  • the force sensor 6 for measuring the reactive moment measures the force directed from one spherical joint 33 to another. Slight movements of the lever 5 together with the shaft 3 lead to the rotation of the spherical joints 33, but do not change the significant inclination of the force sensor 6 for measuring the reactive moment and do not lead to the appearance of a significant force directed along the axis of the shaft 3.
  • the length distance between the spherical joints 33 must be significantly greater than the possible movement of the lever 5 along the axis of the shaft 3.
  • Lever pressing force 5 ( ) to the force sensor 6 for measuring the reactive moment is determined by the tension of the tension spring 35 installed on the side opposite to the direction of action of the lever 5 on the force sensor 6 for measuring the reactive moment and is adjusted using the screw 36, the length of which is adjusted using the nut 37.
  • the movement of the lever 5 together with shaft 3, which is much less than the length of the extension spring 35 does not lead to significant forces against the movement of the lever 5.
  • the engine 9 with propeller 10 is installed on the motor base 4, which is installed on the movable element of the stand - shaft 3.
  • the lever 5 is pressed against the force sensor 6 to measure the reactive torque by means of a permanent magnet 28. This eliminates the shock effect on the force sensor 6 to measure the reactive torque and rebound of the lever 5 after the rotation of the motor 9. Applying a preload to the sensors improves the measurement accuracy.
  • the propeller 10 installed on it creates thrust, which is directed from right to left along the shaft 3 axis. viewed from the side of the propeller 10, respectively, the reactive moment will be directed clockwise.
  • a centrifugal force directed perpendicular to the axis of rotation of the engine shaft 9 may occur, which is associated with insufficient balancing of the moving parts of the engine with a propeller 10, other forces and moments.
  • the thrust force of the propeller 10 can freely pull the shaft 3 in the direction of thrust of the propeller 10.
  • the moment of rotation from the shaft 3 is transmitted to the lever 5, which through the roller 7 acts on the force sensor 6 to determine the reactive moment with a force whose value is proportional to the reactive moment and inversely proportional to the length of the lever 5 and bends it by a small (fractions of a millimeter) value.
  • Deformation of the body of the sensor 6 forces to determine the reactive moment change the resistance included in their composition (installed on the body) strain gauges, which is measured by the measurement system stand. Due to the fact that the deformation has a small value, the shaft 3 rotates through a very small angle due to the action of the reactive moment.
  • the lever 5 acts on the force sensor 6 to determine the reactive torque through the roller 7, which is mounted on bearings (not shown).
  • Lever 5 does not have contact with permanent magnet 28 that presses lever 5 against sensor 6 efforts to measure the reactive moment and therefore there is no friction force between them.
  • the end of the shaft 3 after the lever 5 works only in tension, and therefore the strain gauges 38 installed on it register only the tension of the shaft 3 from the traction force of the propeller 10.
  • the lever 5 is made in the form of a "C" shaped bracket, which interacts with the force sensor 6 to determine the reactive torque and the sensor 11 to measure the thrust of the propeller 10.
  • the reactive torque from the shaft 3 is transmitted to the lever 5, which, through the roller 7, presses on the force sensor 6 to determine the reactive torque with a force whose value is proportional to the reactive torque and inversely proportional to the length of the lever 5 and bends it by insignificant (fractions of a millimeter) value.
  • the deformation of the body of the force sensor 6 to determine the reactive changes the resistance of the strain gauges included in them (installed on the body), which is measured by the measurement system of the stand. Due to the fact that the deformation has a small value, the shaft 3 rotates through a very small angle due to the action of the reactive moment.
  • the lever 5 acts on the force sensor 6 to determine the reactive torque through the roller 7, which is mounted on bearings (not shown). This replaces the sliding friction with the rolling friction between the arm 5 and the force sensor 6 to determine the reactive torque, which significantly reduces the effect of the friction force on the measurement of the thrust force of the propeller 10.
  • the lever 5 has no contact with the pressure sensor 6 for measuring the reactive moment and therefore no friction force occurs between them.
  • the second end of the lever 5 through the ball 26 presses coaxially to the shaft 3 on the sensor 8 to measure the thrust of the propeller 10.
  • the use of the ball 26 for the interaction of the lever 5 and the sensor 11 to measure the thrust of the propeller 10 excludes the possibility of transferring the torque to the sensor 11 and allows it to work on loads characteristic of it, which allows to ensure high accuracy of measurements.
  • the sensor 11 for measuring the thrust of the propeller 10 bends by a small amount (fractions of a millimeter). The deformation of the body of the sensor 11 for measuring the thrust of the propeller 10 changes the resistance of the strain gauges included in them (installed on the body), which is measured by the measurement system of the stand.
  • the invention can be used in the development of stands for testing propellers for air and water.
  • the stand can also be used to test mixing devices using propellers, turbines, etc.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройствам для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта и может быть использовано при разработке стендов для отработки движителей для воздушной и водной среды. Стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта и динамических характеристик воздушного винта с двигателем содержит основание и установленный с возможностью перемещения относительно основания подвижный элемент с моторной базой, на которую устанавливают двигатель с воздушным винтом, и рычагом, с которым сопряжен датчик усилия для определения реактивного момента, а также соединенный с подвижным элементом датчик усилия для измерения тяги. Подвижный элемент выполнен в виде вала и установлен по меньшей мере на одну опору вращения и линейного движения вдоль оси вала с возможностью перемещения относительно основания и вращения вокруг собственной оси. Обеспечивается повышение точности измерений динамической составляющей тяги и реактивного момента воздушного винта и его динамических характеристик.

Description

[Установлен ISA в соответствии с правилом 37.2] СТЕНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЗДУШНОГО ВИНТА С ДВИГАТЕЛЕМ
Настоящая заявка испрашивает конвенционный приоритет по патенту на изобретение RU2756136 полное раскрытие, которого включено в настоящее описание посредством ссылки в полном объеме.
Изобретение относится к устройствам для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта и может быть использовано при разработке стендов для отработки движителей для воздушной и водной среды. Стенд также может быть использовано для отработки перемешивающих устройств с использованием пропеллеров, турбин и т. п.
Известно устройство для определения характеристик воздушного винта воздушного робота CN204064694U, которое содержит датчик крутящего момента и датчик тяги S-типа. Нижний конец датчика тяги S-типа закреплен на основании испытательной установки, а верхний конец соединен жестко с основанием датчика крутящего момента. Двигатель с воздушным винтом установлен на основании при этом оси двигателя, датчика крутящего момента и датчика тяги S-типа установлены на одной линии.
Такая схема стенда достаточно проста, но каждый датчик испытывает помимо измеряемой нагрузки дополнительную нехарактерную нагрузку, которая может искажать результаты измерений или снижать точность измерении. Кроме того, работа двигателя с воздушным винтом вносит возмущения, связанное с неточностью изготовления, дисбалансом и т. п., что также фиксируется датчиками и накладывается на основные измеряемые параметры.
Стенд для испытания БПЛА CN106143949B содержит монтажное основание двигателя, которое установлено непосредственно на датчик момента вращения. Датчик момента вращения установлен на пару плит с линейными подшипниками. Подшипники установлены на линейные направляющие, которые установлены на основании. Датчик тяги расположен между основанием и нижней пары плит.
В данном устройстве датчик измерения тяги работает на чистое растяжение и может дать хорошие результаты измерения. Датчик момента вращения работает на комбинированную нагрузку растяжения и кручения, что может снизить точность результатов измерений, или должен быть применен более дорогой датчик измерения момента вращения, нечувствительный к усилию растяжения.
Известны устройства измерения тяги и реактивного момента воздушного винта, в которых производится предварительное разделение составляющих общей нагрузки от воздушного винта на чистое кручение и линейную нагрузку, которые затем измеряются специализированными датчиками.
Комбинированный механизм измерения крутящего момента винтового пропеллера CN104316290A содержит моторную базу, которая установлена на подвижную плиту через датчики веса. Подвижная плита установлена на линейных направляющих и соединена с датчиком тяги.
В данном устройстве датчик измерения тяги работает на растяжение в чистом виде и может дать хорошие результаты измерений. Датчик момента вращения работает на комбинированную нагрузку.
Известны устройства для измерения тяги и реактивного момента в которых разделяют нагрузки от воздушного винта на реактивный момент и тягу, каждый вид нагрузки поступает на свой датчик. Это позволяет упростить процесс измерения и повысить его точность.
Система испытания мощности микроминиатюрного самолета CN201974262U состоит из опоры двигателя, которая установлена на вал, соосный с осью вращения испытуемого двигателя с воздушным винтом. Опора двигателя имеет возможность качаться и перемещаться вдоль вала. Опора двигателя содержит рычаг, который давит на датчик усилия для измерения реактивного момента воздушного винта. Двигатель связан с корпусом устройства посредством датчика тяги.
Устройство для измерения тяги и крутящего момента малогабаритного двигателя с воздушным винтом CN202511930U содержит монтажную раму двигателя, которая установлена на направляющую, которая установлена на подшипник скольжения, и соединена с одной стороны с датчиком момента и датчиком тяги - с другой стороны.
Механизм разделения тягового усилия и момента кручения и испытательная платформа CN102288912B содержит плиту для установки двигателя с пропеллером, которая соединена с подвижной площадкой, установленной на четырёх линейных подшипниках на направляющие, установленные на верхней плите. Подвижная площадка связана с верхней плитой через датчик усилия. Верхняя плита установлена на валу на подшипниках качения, а конец вала соединен с датчиком момента вращения.
Устройство для измерения тягового усилия и крутящего момента воздушного винта CN205066989U содержит установленный на подшипники монтажный кронштейн, на котором на датчике тяги установлена монтажная плита для двигателя с воздушным винтом. На кронштейне установлен рычаг, который при вращении давит на датчик усилия для измерения реактивного момента воздушного винта.
Прототипом изобретения является устройство для измерения крутящего момента малого двигателя CN104483053A. Устройство содержит основание и установленный с возможностью перемещения относительно основания подвижный элемент с моторной базой, на который устанавливаются двигатель с воздушным винтом и рычагом, с которым сопряжен датчик усилия для определения реактивного момента, а также соединенный с подвижным элементом и основанием датчик усилия для измерения тяги.
Недостатком прототипа является сложность конструкции и большая масса подвижного элемента, включающего общую опорную плиту, подшипниковые узлы, стержень, стальную пластину с двойным рычагом и датчик усилия. Большая подвижная масса гасит (демпфирует) переменную составляющую нагрузки, возникающую при работе двигателя и воздушного винта, что приводит к снижению точности измерений при переменных нагрузках.
Техническим результатом является упрощение конструкции стенда, повышение точности измерений динамической составляющей тяги и реактивного момента воздушного винта и его динамических характеристик.
Задачей изобретения является устранение указанного выше недостатков, а именно упрощение конструкции стенда, повышение точности измерений динамической составляющей тяги и реактивного момента воздушного винта и его динамических характеристик.
Технический результат обеспечивает стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта и динамических характеристик воздушного винта с двигателем, содержащий основание и установленный с возможностью перемещения относительно основания подвижный элемент с моторной базой, на которую устанавливают двигатель с воздушным винтом, и рычагом, с которым сопряжен датчик усилия для определения реактивного момента, а также соединенный с подвижным элементом датчик усилия для измерения тяги, у которого в соответствии с предложенным решением, подвижный элемент выполнен в виде вала и установлен по меньшей мере на одну опору вращения и линейного движения вдоль оси вала с возможностью перемещения относительно основания и вращения вокруг собственной оси.
Кроме того, опора вращения и линейного движения представляет собой линейный подшипник с ограниченным ходом или линейно-поворотную шариковую втулку с ограниченным ходом, или радиальный газостатический подшипник, или радиальный гидростатический подшипник, или радиальный подшипники, который в свою очередь установлен на линейный подшипник, или линейный подшипник, который в свою очередь установлен на радиальный подшипник.
Кроме того, рычаг сопряжен с датчиком усилия для измерения реактивного момента посредством тела качения или гибкой тяги, или жесткой тяги, которая установлена через сферические шарниры.
Кроме того, рычаг соединен с датчиком усилия для измерения реактивного момента линейного типа через сферический шарнир.
Кроме того, на конце рычага установлен ролик, направление движения которого совпадает с направлением оси вала, при этом ролик сопряжен с датчиком усилия для измерения реактивного момента.
Кроме того, рычаг может быть выполнен из магнитного материала, по направлению воздействия рычага на датчик усилия для измерения реактивного момента установлен постоянный магнит, расстояние между рычагом и магнитом может регулироваться.
Кроме того, на рычаг может быть установлена пластина из магнитного материала или постоянный магнит, по направлению воздействия рычага на датчик усилия для измерения реактивного момента установлен постоянный магнит, расстояние между пластиной из магнитного материала или постоянным магнитом и магнитом может регулироваться.
Кроме того, на рычаг может быть установлен постоянный магнит, со стороны противоположной направлению воздействия рычага на датчик усилия для измерения реактивного момента установлен второй магнит, причем магниты установлены одинаковыми полюсами друг к другу и расстояние между ними может регулироваться.
Кроме того, по направлению воздействия рычага на датчик усилия для измерения реактивного момента, рычаг может быть притянут пружиной растяжения, натяжение которой может регулироваться.
Кроме того, на конец вала установлен соосный датчик усилия для измерения тяги воздушного винта, второй конец которого соединен с самоустанавливающимся упорным или двухрядным сферическим подшипником, который установлен между двумя стенками, ограничивающими его продольное движение, но не ограничивающими радиального движения.
Кроме того, на вал установлен рычаг, конец вала соединен с самоустанавливающимся упорным или двухрядным сферическим подшипником, который установлен между двумя стенками, ограничивающими его продольное движение, но не ограничивающими радиального движения, на поверхности вала в промежутке между рычагом и упорным подшипником установлены тензодатчики.
Кроме того, на конец вала установлен рычаг в виде «С» образной скобы, которая взаимодействует с датчиком усилия для измерения тяги воздушного винта и датчиком усилия для измерения реактивного момента.
Таким образом:
Разработан достаточно простой стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта с минимальным количеством входящих в него деталей, в котором на каждый датчик поступают только характерные для данного датчика нагрузки.
Стенд имеет минимальную массу подвижных частей, что в совокупности с применением пар скольжения на пары качения или воздействия через магнитное поле, или газовую (гидравлическую) прослойку позволяет повысить точность измерении, особенно переменных величин тяги и реактивного момента воздушного винта.
Сущность изобретения поясняется следующим графическим материалом:
Фигура.1
изображен общий вид стенда для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта.
изображен опорный узел с использованием линейных подшипников ограниченного хода.
изображен опорный узел с использованием линейно-поворотной шариковой втулки с ограниченным ходом.
изображен опорный узел с использованием радиальных газостатических или гидростатических подшипников.
изображен опорный узел, в котором вал установлен в радиальные подшипник, которые в свою очередь установлен в линейные подшипники.
изображен опорный узел, в котором вал установлен вал в линейные подшипники, которые в свою очередь установлены в радиальные подшипники.
изображен вариант сопряжения рычага с датчиком усилия посредством шарика и вариант прижатия рычага к датчику усилия постоянным магнитом, вид по стрелке А .
изображен вариант сопряжения рычага с датчиком усилия посредством гибкой тяги и вариант прижатия рычага к датчику усилия с помощью магнитной пластины и постоянного магнита, вид по стрелке А .
изображен вариант сопряжения рычага с датчиком усилия посредством жесткой тяги и вариант прижатия рычага к датчику усилия с помощью двух магнитов, которые повернуты друг к другу одноименными полюсами, вид по стрелке А .
изображен вариант сопряжения рычага с линейным датчиком усилия посредством сферического шарнира и вариант прижатия рычага к датчику усилия с помощью пружины растяжения, вид по стрелке А .
изображен общий вид стенда для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта с установленными на валу тензодатчиками.
изображен общий вид стенда для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта с «С» образной скобой.
Стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта, и динамических характеристик воздушного винта с двигателем вариант исполнения содержит основание 1, по меньшей мере один опорный узел 2, с по меньшей мере одной опорой (на не показана) вращения и линейного движения, на которую установлен вал 3, имеющий возможность перемещения относительно основания 1 и вращения вокруг собственной оси, и выполняющий функцию подвижного элемента. На вал 3 установлены моторная база 4 и рычаг 5, который сопряжен с установленным на основании 1 датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента посредством ролика 7 или аналогичным элементом, содержащим тело вращения. С другой стороны рычага 5 установлен прижимной ролик 8, который может быть подпружинен. При проведении испытаний на моторную базу 4 устанавливают двигатель 9 с воздушным винтом 10 таким образом, чтобы вал двигателя 9 и, соответственно, ось вращения воздушного винта 10 были установлены соосно или параллельно валу 3. На противоположном от моторной базы 4 конце вала 3 установлен датчик 11 усилия для измерения тяги воздушного винта 10, второй конец датчика 11 усилия для измерения тяги воздушного винта 10 установлен на самоустанавливающийся двухрядный сферический подшипник 12, который расположен между двумя стенками 13, ограничивающими его продольное движение, но не ограничивающими радиального движения.
В представленном на и других вариантах исполнения стенда установлен воздушный винт 10 левого вращения при взгляде со стороны воздушного винта 10. При этом воздушный винт создаст тягу, направленную справа налево вдоль оси вала 3 по , реактивный момент будет направлен по часовой стрелке, т.е. направление воздействия рычага 5 на датчик 6 усилия для измерения реактивного момента будет вниз, на датчик 6. Соответственно, прижимной ролик 8, который расположен сверху рычага находится со стороны противоположной направлению воздействия рычага на датчик усилия для измерения реактивного момента.
Моторная база 4 имеет места присоединения двигателя 9 и может быть универсальной или сменной для каждого типа испытываемого двигателя 9 с воздушным винтом 10.
Моторная база 4, вал 3 и рычаг 5 могут быть изготовлены из легких сплавов или полимерных материалов, а также иметь внутреннюю полость для облегчения веса. При этом они должны иметь достаточную для испытываемых нагрузок жесткость, чтобы обеспечить работоспособность.
Опорный узел 2 включает в себя по меньшей мере одну опору вращения и линейного движения вдоль оси вала 3 из нижеследующих перечисленных устройств: линейный подшипник с ограниченным ходом ( ); линейно-поворотная шариковая втулка с ограниченным ходом ( ); радиальный газостатический подшипник; радиальный гидростатический подшипник ( ); радиальный подшипник, который в свою очередь установлен на линейный подшипник ( ); линейный подшипник, который в свою очередь установлен на радиальный подшипник ( ).
Опорный узел 2 ( ) на линейных подшипниках ограниченного хода содержит корпус 14, внутри которого установлены две опоры вращения и линейного движения в виде линейных подшипников 15 ограниченного хода разделённые между собой распорной втулкой 16. Линейный подшипник 15 ограниченного хода состоят из наружного кольца 17, сепаратора 18 и шариков 19. Сепаратор 18 выполнен короче наружного кольца 17, разница их длин составляет половину величины допустимого линейного хода. Вал 3 входит в линейный подшипник 15 и контактирует с шариками 19. Такой опорный узел 2 содержит две опоры вращения и линейного движения и обеспечивает неограниченную свободу вращательного движения вала 3 и линейное движение вала 3, величина которого достаточна для работы стенда.
Опорный узел 2 ( ) на линейно-поворотных шариковых втулках содержит корпус 14 и одну опору в виде линейно-поворотной шариковой втулки 20 с ограниченным ходом, которая состоит из наружного кольца 17, сепаратора 18 и шариков 19. Отличие линейно-поворотной втулки 20 от линейного подшипника 15 ограниченного хода заключается в длине наружного кольца 17 и сепаратора 18. Линейно-поворотная втулка 20 значительно длиннее линейного подшипника 15 с ограниченным ходом, имеет значительно большую грузоподъемность и может заменить две опоры. Сепаратор 18 выполнен короче наружного кольца 17, разница их длин составляет половину величины допустимого линейного хода. Вал 3 контактирует с шариками 19. Такой опорный узел 2 содержит одну опору и обеспечивает неограниченную свободу вращательного движения вала 3 и линейное движение вала 3, величина которого достаточно для работы стенда.
Опорный узел 2 ( ) на радиальных газостатических подшипниках содержит корпус 14 и одну или две опоры в виде газостатического подшипника, корпус которых совпадает с корпусом 14 опорного узла 2, куда установлены один или два перфорированных или пористых вкладыша 21 и штуцеры 22 для подвода сжатого воздуха. Вал 3 устанавливается в центральное отверстие вкладышей 21 с небольшим зазором. Такой опорный узел 2 обеспечивает неограниченную свободу вращательного и линейного движения вала 3.
Опорный узел 2 на радиальных гидростатических подшипниках не имеет принципиальных отличий в конструкции от опорного узла 2 на радиальных газостатических подшипниках. Отличие заключается в соотношениях размеров деталей и работе с использованием подаваемого под давлением масла. Такой опорный узел 2 обеспечивает неограниченную свободу вращательного и линейного движения вала 3.
Опорный узел 2 ( ) содержит корпус 14 и две комбинированные опоры, в которых вал 3 установлен в радиальные подшипники 23, которые в свою очередь с помощью втулок 24 установлены в линейные подшипники 25. Радиальный подшипник 23 может быть шариковым, роликовым или игольчатым, линейный подшипник 25 - шариковым. Радиальный подшипник 23 обеспечивает неограниченную свободу вращательно движения вала 3, линейный подшипник 25 – неограниченную свободу линейного движения в осевом направлении втулок 24, радиальных подшипников 23 и вала 3.
Опорный узел 2 ( ) содержит корпус 14 и две комбинированные опоры, в которых вал 3 установлен в линейные подшипники 25, которые в свою очередь установлены в радиальные подшипники 23. Радиальный подшипник 23 может быть шариковым, роликовым или игольчатым, линейный подшипник 25 - шариковым. Радиальный подшипник 23 обеспечивает неограниченную свободу вращательно движения линейного подшипника 25 и вала 3, линейный подшипник 25 – неограниченную свободу линейного движения в осевом направлении вала 3.
Представленные выше опорные узлы 2 выполнены в едином корпусе 14 и достаточны для удержания вала 3 в рабочем положении. Возможен вариант исполнения стенда, в котором используются два опорных узла 2 каждая из которых содержит одну опору. Возможны другие варианты исполнения опорных узлов 2, обеспечивающих вращательное и линейное движение вала 3 с минимальным трением.
Рычаг 5 может быть установлен на вал 3 непосредственно рядом с моторной базой 4, между опорами или опорными узлами 2 или на противоположном от моторной базы 4 конце вала 3 ( ) и сопрягается своим концом с датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента. На рычаг 5 сопряжен с датчиком 6 усилия посредством ролика 7, направление движение которого совпадает с направлением оси вала 3. Ролик 7 цилиндрический или с выпуклой образующей поверхностью, установлен на конец рычага 5 на подшипники качения (не показано). Прижимной ролик 8 находится со стороны противоположной направлению воздействия рычага 5 на датчик усилия 6 для измерения реактивного момента и имеет цилиндрическую или выпуклую образующую поверхность, и установлен жестко.
Возможны также следующие варианты исполнения стенда для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта, в которых рычаг 5 сопрягается с датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента и прижат к нему одним из нижеследующих устройств:
В варианте исполнения стенда сопряжение конца рычага 5 с датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента производится посредством тела качения. Это может быть шарик 26 или ролик (не показаны), которые установлены между концом рычага 5 и датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента. При этом направление качения ролика (не показано) должно совпадать с направлением оси вала 3.
Рычаг 5 выполнен из магнитного материала, по направлению воздействия рычага на датчик 6 усилия для измерения реактивного момента на стойке 27 установлен постоянный магнит 28, расстояние между рычагом 5 и магнитом 28 может регулироваться изменением высоты стойки 27.
Рычаг 5 также может быть сопряжен с датчиком 6 усилия посредством гибкой тяги 29, . В этом случае датчик 6 усилия для измерения реактивного момента установлен на стойке 30, т. е. с другой стороны от рычага 5, чем в варианте исполнения . В качестве гибкой тяги 29 могут быть использованы стальной трос, металлическая струна, проволока имеющие высокую жесткость на растяжение, но при этом достаточную гибкость и т.п.
Если рычаг 5 выполнен из немагнитного материала или материала со слабыми магнитными свойствами, на нижнюю плоскость рычага 5 ( ) установлена пластина 31 из магнитного материала или постоянный магнит, по направлению воздействия рычага на датчик 6 усилия для измерения реактивного момента на стойке 27 установлен постоянный магнит 28 или пластина из магнитного материала. Расстояние между пластиной 31 из магнитного материала и магнитом 28 может регулироваться путем изменения высоты стойки 27. Возможна также установка магнита 28 на нижнюю плоскость рычага 5 и стойку 27, в этом случае магниты 28 направлены друг к другу разными полюсами.
Рычаг 5 ( ) также может быть сопряжен с датчиком 6 усилия посредством жесткой тяги 32, которая соединена с рычагом 5 и датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента с помощью сферических шарниров 33, шарнирных подшипников (не показано) или шарнирной головки со встроенным подшипником с двойным рядом шариков (не показано). Датчик 6 усилия для измерения реактивного момента установлен на опору 30 и находиться с другой стороны, чем в варианте исполнения .
В этом варианте исполнения на верхнюю плоскость рычага 5 установлен постоянный магнит 28, со стороны противоположной направлению воздействия рычага 5 на датчик усилия 6 для измерения реактивного момента на кронштейне 27 установлен второй магнит 28а, причем магниты 28 и 28а установлены одинаковыми полюсами друг к другу и расстояние между ними может регулироваться изменением высоты кронштейна 27.
На применен датчик 6 усилия для измерения реактивного момента линейного типа и соединяется с рычагом 5 и кронштейном 34 с помощью сферических шарниров 33, шарнирных подшипников (не показано) или шарнирных головок со встроенным подшипником с двойным рядом шариков (не показано).
Предварительную нагрузку на датчик 6 усилия для измерения реактивного момента создает пружина 35, которая установлена по направлению воздействия рычага 5 на датчик 6 усилия для измерения реактивного момента и соединена с рычагом 5 с помощью винта 36, и гайки 37. Натяжение пружины 35 регулируется навинчиванием (свинчиванием) гайки 37 и изменением вылета винта 36.
Все представленные на , 3а, 3б, 3в, 3г варианты сопряжения рычага 5 с датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента и варианты прижатия рычага 5 к датчику 6 усилия для измерения реактивного момента независимы друг от друга и могут быть комбинированы между собой. Возможны другие варианты сопряжения рычага 5 с датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента и варианты прижатия рычага 5 к датчику 6 усилия для измерения реактивного момента, которые обеспечивают отсутствие или минимизацию трения между рычагом 5 и датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента, и устройством прижатия и рычагом 5, требуемый предварительный натяг датчика 6 усилия для измерения реактивного момента.
Все представленные на , 3а, 3б, 3в, 3г варианты прижатия рычага 5 к датчику усилия 6 для измерения реактивного момента могут быть использованы для создания предварительного натяга датчика 11 для измерения тяги воздушного винта 10. Для этого они устанавливаются таким образом, что создаваемое ими усилие растягивает датчик 11 для измерения тяги воздушного винта 10 при работе его на растяжение или сжимают, если он работает на сжатие.
Датчик 6 усилия для измерения реактивного момента на представлен в виде датчика балочного типа, работающего на изгиб. Возможно также применение датчика, работающего на сжатие, выполненного в виде цилиндрической шайбы и т. п.
Датчик 11 усилия для измерения тяги воздушного винта 10 на представлен в виде работающего на растяжение линейного датчика цилиндрического типа. Возможно также применение работающего на растяжение датчика линейного типа, с “S” образным и другими формами корпусов. В том случае, если стенд используется для определения тяги воздушного винта 10 направленного на датчик 11 усилия для измерения тяги используется работающий на сжатие датчик линейного типа.
Представленные на датчик 6 усилия для измерения реактивного момента и датчик 11 усилия для измерения тяги воздушного винта 10 тензометрического типа. Возможно применение датчиков усилия, работа которых основана на других физических принципах. Предпочтение отдается датчикам, имеющим высокие частотные характеристики, например, пьезоэлектрические датчики. Возможна также последовательная установка датчиков, имеющих различные частотные характеристики, что позволяет повысить диапазон измеряемых частот изменения тяги и реактивного момента.
Стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта, и динамических характеристик воздушного винта с двигателем вариант исполнения содержит основание 1, по меньшей мере один опорный узел 2, с по меньшей мере одной опорой (на не показана) вращения и линейного движения, на которую установлен вал 3, имеющий возможность перемещения относительно основания 1 и вращения вокруг собственной оси и выполняющий функцию подвижного элемента. На вал 3 установлены моторная база 4 и рычаг 5, который сопряжен с установленным на основание 1 датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента посредством ролика 7 или аналогичного элемента, содержащего тело вращения. Рычаг 5 выполнен из магнитного материала, под рычагом 5 (по направлению воздействия рычага на датчик усилия для измерения реактивного момента) на стойке 27 установлен постоянный магнит 28. При проведении испытаний на моторную базу 4 устанавливают двигатель 9 с воздушным винтом 10. На конец вала 3 установлен самоустанавливающийся двухрядный сферический подшипник 12, который расположен между двумя стенками 13, ограничивающими его продольное движение, но не ограничивающие радиального движения. На вале 3 в промежутке между рычагом 5 и сферическим подшипником 12 установлены тензодатчики 38.
На представлен вариант исполнения стенда для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта, и динамических характеристик воздушного винта с двигателем, в котором рычаг 5 выполнен в виде «С» образной скобы, которая взаимодействует с датчиком усилия 6 для определения реактивного момента и с датчиком 11 для измерения тяги воздушного винта 10 балочного типа.
Стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта, и динамических характеристик воздушного винта с двигателем вариант исполнения содержит основание 1, по меньшей мере один опорный узел 2, с по меньшей мере одной опорой вращения и линейного движения (на не показана), на которую установлен вал 3, имеющий возможность перемещения относительно основания 1 и вращения вокруг собственной оси и выполняющий функцию подвижного элемента. На вал 3 установлена моторная база 4, на другой конец установлен рычаг 5 в виде «С» образной скобы, которая взаимодействует с датчиком 6 усилия для определения реактивного момента и с датчиком 11 для измерения тяги воздушного винта 10. При проведении испытаний на моторную базу 4 устанавливают двигатель 9 с воздушным винтом 10. Рычаг 5 взаимодействует с датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента посредством установленного на конце ролика 7, направление движение которого совпадает с направлением оси вала 3. Рычаг 5 может быть выполнен из магнитного материала, под рычагом 5 (по направлению воздействия рычага на датчик усилия для измерения реактивного момента) на стойке 27 установлен постоянный магнит 28 аналогично . В качестве датчика 11 для измерения тяги воздушного винта 10 применен балочный датчик усилия аналогично датчику 6 для измерения реактивного момента. Рычаг 5 взаимодействует с датчиком 11 для измерения тяги воздушного винта 10 через тело качения - шарик 26. С обратной стороны от датчика 11 для измерения тяги воздушного винта 10 установлен кронштейн 39 с нажимным винтом 40. Нажимной винт воздействует на датчик 11 для измерения тяги воздушного винта 10 через тело качения - шарик 26. Оба шарика 26 установлены соосно валу 3.
Работа стенда
Стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта устанавливается осью вала 3 горизонтально над землей на высоте более длины лопасти воздушного винта 10 или вертикально, на такой высоте, на которой воздушный винт не проявляет экранный эффект. Двигатель 9 с воздушным винтом 10 устанавливаются на моторную базу 4 таким образом, чтобы вал двигателя 9 и, соответственно, ось вращения воздушного винта 10 были установлены соосно или параллельно валу 3. Рычаг 5 поджат к датчику 6 усилия для измерения реактивного момента посредством ролика 8. Это позволяет исключить ударное воздействие на датчик 6 усилия для измерения реактивного момента и отскок рычага 5 после завершения вращения двигателя 9. Предварительная нагрузка датчики 6 улучшают точность измерении.
Запускается вращение двигателя 9 с воздушным винтом 10.
При вращении вала двигателя 9 установленный на нем воздушный винт 10 создает тягу, которая направлена справа налево вдоль оси вала 3. Вращение двигателя 9 с воздушным винтом 10 приводит к возникновению реактивного момента вращения, которое воздействует на корпус двигателя 9. Вращение воздушного винта 10 левое при взгляде со стороны воздушного винта 10 соответственно реактивный момент будет направлен по часовой стрелке.
Помимо указанных сил и моментов могут возникать центробежная сила, направленная перпендикулярная оси вращения вала двигателя 9, которая связана с недостаточной балансировкой подвижных частей двигателя с воздушным винтом 10, другие силы и моменты.
Все возникающие при вращении двигателя 9 с воздушным винтом 10 силы и момент вращения передаются моторной базе 4, а от него к валу 3.
Стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта реализует такую кинематическую схему, при которой из всех возникающих при работе двигателя 9 и воздушного винта 10 сил отбирает для измерения только необходимые и принимает меры к минимизации искажений этих сил.
Все возникающие при работе воздушного винта 10 силы, направленные перпендикулярно оси вращения вала 3 воздействуют радиально на опоры вращения и линейного движения (т. е. на шариковые или газостатические (гидростатические) подшипники), которые поглощают их.
Сила тяги воздушного винта 10 может свободно тянуть вал 3 по направлению тяги воздушного винта 10.
Реактивный момент вращения воздушного винта 10, который направлен по часовой стрелке, против вращения воздушного винта 10, может свободно вращать вал 3.
Благодаря тому, что опоры вращения и линейного движения представляют собой шариковые или газостатические (гидростатические) подшипники трение движению вала 3 вдоль оси и вращению вала 3 минимально. Радиальная нагрузка, которая действует на опоры вращения и линейного движения (не показаны), создает минимальное трение.
Момент вращения от вала 3 передается на рычаг 5, который через ролик 7 воздействует (давит) на датчик 6 усилия для определения реактивного момента с силой, величина которой пропорциональна реактивному моменту и обратно пропорциональна длине рычага 5 в направлении сверху вниз, и прогибает его на незначительную (доли миллиметра) величину. Деформация корпуса датчика 6 усилия для определения реактивного меняют сопротивления входящих в их состав (установленных на корпусе) тензорезисторов, что измеряется системой измерения стенда. Благодаря тому, что деформация имеет малую величину, вал 3 от действия реактивного момента поворачивается на очень малый угол. Рычаг 5 воздействует на датчик 6 усилия для определения реактивного момента посредством ролика 7, который установлен на подшипники (не показано). Это заменяет трение скольжения на трение качения между рычагом 5 и датчиком 6 усилия для определения реактивного момента, что значительно снижает влияние силы трения на результаты измерения силы тяги воздушного винта 10.
До рычага 5 вал 3 испытывает сложное напряженно-деформированное состояние кручения и растяжения. После рычага 5 остается только растяжение, и поэтому датчик 11 измерения тяги воздушного винта 10 испытывает и измеряет только линейную нагрузку. Возможность воздействия какой-либо нагрузки кручения исключена за счет применения самоустанавливающегося двухрядного сферического подшипника 12, который воспринимает осевую нагрузку, а установка его между стенок 13 с возможностью радиального смещения исключает возможность возникновения изгибающей нагрузки на датчик 11 измерения тяги воздушного винта 10.
Тяга воздушного винта 10 перемещает вал 3, который датчик 11 измерения тяги воздушного винта 10 на малую величину (доли миллиметра), сопротивления входящих в их состав (установленных на корпусе) тензорезисторов изменяются, что измеряется системой измерения стенда. Таким образом каждый датчик 11 усилия находится под воздействием характерного для его измерения нагрузки, что позволяет обеспечить высокую точность измерения.
Представленное решение позволяет снизить массу подвижного элемента с моторной базой 4 по сравнению известными аналогичными стендами. Соответственно, снижение массы приводит к уменьшению инерционности, т.е. позволяет быстрее реагировать на изменение тяги воздушного винта 10 и реактивного момента и поэтому такой стенд обеспечивает более точные измерения переменных величин тяги и реактивного момента испытуемого двигателя 9 и воздушного винта 10 характерного для маневрирования, то есть динамических характеристик воздушного винта 10 с двигателем 9.
Работа опорных узлов 2.
Опорный узел 2 обеспечивает вращение и линейное перемещение вала 3. Для проведения измерений важно обеспечить минимальные величины трения при вращении и осевом движении. Для этого используются опоры вращения и линейного движения (не показано) на линейных или газостатических (гидростатических) подшипниках.
Опорный узел 2 вариант исполнения содержит два линейных подшипника 15 ограниченного хода, которые позволяют производить неограниченное вращение и ограниченное линейное движение установленного в них вала 3. Вращение вала 3 приводит к движению шариков 19 по кругу относительно наружного кольца 17 и вращательному движению сепаратора 18. Линейное движение вала 3 приводит к линейному движению шариков 19 вдоль оси вала 3 относительно наружного кольца 17 и линейному движению сепаратора 18. Таким образом опорный узел 2 вариант исполнения позволяет производить вращение и линейное движение вала 3 с минимальным трением качения шариков 19, что снижает влияние сил трения на результаты измерений и таким образом повышается точность измерений.
Опорный узел 2 вариант исполнения содержит одну линейно-поворотную шариковую втулку 20 с ограниченным ходом, которая состоит из наружного кольца 17, сепаратора 18 и шариков 19, то есть аналогичен линейным подшипникам 15 ограниченного хода. Вращение вала 3 приводит к движению шариков 19 по кругу относительно наружного кольца 17 и вращательному движению сепаратора 18. Линейное движение вала 3 приводит к линейному движению шариков 19 вдоль оси вала 3 относительно наружного кольца 17 и линейному движению сепаратора 18. Таким образом опорный узел 2 вариант исполнения позволяет производить вращение и линейное движение вала 3 с минимальным трением качения шариков 19, что снижает влияние сил трения на результаты измерений и таким образом повышается точность измерений.
Опорный узел 2 на газостатических (гидростатических) подшипниках ( ) работает при подаче давления воздуха (масла) в штуцеры 22. Воздух (масло) подается через штуцеры 22, растекается в объёме между корпусом 14 и перфорированных или пористым вкладышем 21. Воздух (масло) вытекает через перфорированный вкладыш 21 и создает давление в пространстве между внутренней стенкой вкладыша 21 и валом 2. Это давление заставляет вал 3 повиснуть в отверстии вкладыша 21. Вал 3 имеет возможность вращения и линейного движения. Данный опорный узел 2 отличает самое низкое трение и наименьшее влияние сил трения на результаты измерений и соответственно обеспечивает самую высокую точность измерений из представленных на – 2д устройств.
Опорный узел 2 ( ), в котором вал 3 установлен на радиальные подшипники 23, которые в свою очередь с помощью втулок 24 установлены на линейные подшипники 25 содержит две комбинированные таким образом опоры вращения и линейного движения (поз. не указаны). При вращении вала 3 происходит вращение внутреннего кольца, шариков и сепаратора радиального подшипника 23. При линейном движении вала 3 происходит линейное движение радиального подшипника 23 и втулки 24. Радиальный подшипник 23 обеспечивает свободу вращательного движения вала 3, линейный подшипник 25 – свободу линейного движения в осевом направлении вала 3. При этом реализуется минимальное трение качения, что снижает влияние сил трения на результаты измерений и таким образом повышается точность измерений.
Опорный узел 2 ( ), в котором вал 3 установлен на линейные подшипники 25, которые в свою очередь установлены на радиальные подшипники 23 содержит две комбинированные таким образом опоры вращения и линейного движения (поз. не указаны).
При вращении вала 3 происходит вращение линейного подшипника 25, внутреннего кольца, шариков и сепаратора радиального подшипника 23. При линейном движении вала 3 происходит линейное движение шариков линейного подшипника. Радиальный подшипник 23 обеспечивает свободу вращательно движения вала 3, линейный подшипник 25 – свободу линейного движения в осевом направлении вала2. При этом реализуется минимальное трение качения, что снижает влияние сил трения на результаты измерений и таким образом повышается точность измерений.
Сопряжение рычага 5 с датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента производится посредством тела качения. Это может быть шарик 26 ( ) или ролик (не показан), которые установлены между концом рычага 5 и датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента. На рычаг 5 сопряжен с датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента посредством установленного на него ролика 7, направление движение которого совпадает с направлением оси вала 3. Ролик 7 установлен на подшипники качения (не показано). Такое сопряжение позволяет снизить до минимума трение между рычагом 5 и датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента и снизить таким образом влияние на измерение датчиком 11 измерения тяги воздушного винта 10. При движении рычага 5 совместно с валом 3 вдоль оси вала 3 ролик 7 или шарик 26 или ролик (не показан), которые установлены между концом рычага 5 и датчиком 6 усилия для измерения реактивного момента перекатываются между ними заменяя силу трения скольжения на трение качения, которое значительно ниже трения скольжения, что снижает влияние сил трения на результаты измерений и таким образом повышается точность измерений.
Работа устройств прижатия рычага 5 к датчику 6 усилия для измерения реактивного момента роликом 8 ( ).
Назначение устройств прижатия рычага 5 к датчику 6 усилия для измерения реактивного момента роликом 8 – поджатие датчика 6 усилия для измерения реактивного момента с целью исключения на него ударных воздействий при работе на переменных усилиях тяги и повышение точности измерения за счет предварительного натяга датчика 6 усилия.
Работа прижимного ролика 8 ( ) заключается в прижатии рычага 5 в направлении воздействия рычага на датчик усилия 6 для измерения реактивного момента определенным усилием и замена трения скольжения на трение качения. При движении рычага 5 совместно с валом 3 вдоль оси вала 3 ролик 7 перекатывается по рычагу 5, заменяя силу трения скольжения на трение качения, которое значительно ниже трения скольжения, что снижает влияние сил трения на результаты измерений и таким образом повышается точность измерений.
В варианте исполнения постоянный магнит 28 притягивает рычаг 5 с заданным усилием без контакта с ним. При движении рычага 5 совместно в валом 3 вдоль оси вала 3 между рычагом 5 и постоянным магнитом 28 не возникает силы трения, так как отсутствует контакт, а магнитная сила не направлена вдоль оси вала 3. Сила прижима рычага 5 может регулироваться изменением зазора между постоянным магнитом 28 и рычагом 5 путем изменения высоты стойки 27.
Гибкая тяга 29 ( ) натянута от датчика 6 усилия для измерения реактивного момента к рычагу 5, направлена перпендикулярно направлению оси вала 3 и передает усилие только вдоль линии натяжения. Незначительные движения рычага 5 не изменяют существенного наклон гибкой тяги 29 не приводят к появлению значимого усилия, направленного вдоль оси вала 3. Для этого длина гибкой тяги 29 должна быть существенно выше возможного перемещения рычага 5 вдоль оси вала 3.
Устройство прижима вариант исполнения работает аналогично варианту исполнения , где роль притягивающихся элементов выполняет пластина 31 из магнитного материала или постоянный магнит и установленный на стойке 27 постоянный магнит 28 или пластина из магнитного материала. Причем, если работает пара постоянных магнитов, они установлены разными полярностями друг к другу.
Жесткая тяга 32 ( ) соединяет датчик 6 усилия для измерения реактивного момента с рычагом 5 через сферические шарниры 33, шарнирные подшипники (не показано) или шарнирную головку со встроенным подшипником с двойным рядом шариков (не показано), направлена перпендикулярно направлению оси вала 3 и передает усилие только вдоль линии натяжения. Незначительные движения рычага 5 совместно с валом 3 приводит к повороту сферических шарниров 33, но не изменяют существенного наклон жесткой тяги 32 и не приводят к появлению значимого усилия, направленного вдоль оси вала 3. Для этого длина жесткой тяги 32 должна быть существенно выше возможного перемещения рычага 5 вдоль оси вала 3.
Устройство прижима вариант исполнения работает на отталкивании магнитов 28 и 28а, которые установлены друг к другу одной полярностью. Соответственно такое устройство прижима установлено со стороны противоположной направлению воздействия рычага 5 на датчик 6 усилия для измерения реактивного момента. Контакт между магнитами отсутствует. Величина усилия прижатия рычага 5 к датчику 6 усилия для измерения реактивного момента определяется расстоянием между магнитами 28 и 28а и регулируется высотой стойки 27. Т. к. контакт между магнитами отсутствует, отсутствует и сила трения между ними при движении рычага 5.
Датчик 6 ( ) усилия для измерения реактивного момента линейного типа позволяет установить его через сферические шарниры 33, шарнирные подшипники (не показано) или шарнирные головки со встроенным подшипником с двойным рядом шариков (не показано). Между рычагом 5 и стойкой 34 или основанием 1 в зависимости от направления действия реактивного момента и компоновки стенда. В таком варианте датчик 6 усилия для измерения реактивного момента измеряет силу, направленную от одного сферического шарнира 33 к другому. Незначительные движения рычага 5 совместно с валом 3 приводят к повороту сферических шарниров 33, но не изменяют существенного наклон датчика 6 усилия для измерения реактивного момента и не приводят к появлению значимого усилия, направленного вдоль оси вала 3. Для этого длина расстояние между сферическими шарнирами 33 должна быть существенно больше возможного перемещения рычага 5 вдоль оси вала 3.
Усилие прижатия рычага 5 ( ) к датчику 6 усилия для измерения реактивного момента определяется натяжением пружины растяжения 35 установленного со стороны противоположной направлению воздействия рычага 5 на датчик 6 усилия для измерения реактивного момента и регулируется с помощью винта 36, длина вылета которого регулируется с помощью гайки 37. Движение рычага 5 совместно с валом 3, которое значительно меньше длины пружины растяжения 35 не приводит к возникновению значимых усилий против хода движения рычага 5.
Работа стенда для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта вариант исполнения .
Двигатель 9 с воздушным винтом 10 устанавливаются на моторную базу 4, которая установлена на подвижный элемент стенда – вал 3. Рычаг 5 поджат к датчику 6 усилия для измерения реактивного момента посредством постоянного магнита 28. Это позволяет исключить ударное воздействие на датчик 6 усилия для измерения реактивного момента и отскок рычага 5 после завершения вращения двигателя 9. Подача предварительной нагрузки на датчики улучшают точность измерении.
Запускается вращение двигателя 9 с воздушным винтом 10
При вращении вала двигателя 9 установленный на нем воздушный винт 10 создает тягу, которая направлена справа налево вдоль оси вала 3. Вращение двигателя 9 с воздушным винтом 10 приводит к возникновению реактивного момента вращения, которое воздействует на корпус двигателя 9. Вращение воздушного винта 10 левое при взгляде со стороны воздушного винта 10 соответственно реактивный момент будет направлен по часовой стрелке.
Помимо указанных сил и моментов могут возникать центробежная сила, направленная перпендикулярная оси вращения вала двигателя 9, которая связана с недостаточной балансировкой подвижных частей двигателя с воздушным винтом 10, другие силы и моменты.
Все возникающие при вращении двигателя 9 с воздушным винтом 10 силы и момент вращения передаются моторной базе 4, а от него к валу 3.
Все возникающие при работе воздушного винта 10 силы, направленные перпендикулярно оси вращения вала 3 воздействуют радиально на опоры вращения и линейного движения (т. е. на шариковые или газостатические (гидростатические) подшипники), которые поглощают их.
Сила тяги воздушного винта 10 может свободно тянуть вал 3 по направлению тяги воздушного винта 10.
Момент вращения от вала 3 передается на рычаг 5, который через ролик 7 воздействует на датчик 6 усилия для определения реактивного момента с силой, величина которой пропорциональна реактивному моменту и обратно пропорциональна длине рычага 5 и прогибает его на незначительную (доли миллиметра) величину. Деформация корпуса датчика 6 усилия для определения реактивного момента меняют сопротивления входящих в их состав (установленных на корпусе) тензорезисторов, что измеряется системой измерения стенда. Благодаря тому, что деформация имеет малую величину, вал 3 от действия реактивного момента поворачивается на очень малый угол. Рычаг 5 воздействует на датчик 6 усилия для определения реактивного момента посредством ролика 7, которая установлена на подшипники (не показаны). Это заменяет трение скольжения на трение качения между рычагом 5 и датчиком 6 усилия для определения реактивного момента, что значительно снижает влияние силы трения на результаты измерения силы тяги воздушного винта 10. Рычаг 5 не имеет контакта с постоянным магнитом 28 осуществляющим прижатие рычага 5 к датчику 6 усилия для измерения реактивного момента и поэтому между ними не возникает силы трения. Конец вала 3 после рычага 5 работает только на растяжение и поэтому установленные на него тензорезисторы 38 регистрируют только растяжение вала 3 от усилия тяги воздушного винта 10.
Стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта вариант исполнения отличается от варианта исполнения тем, что в качестве датчика 11 для измерения тяги воздушного винта 10 применен балочный датчик, аналогичный датчику 6 для измерения реактивного момента. В связи с этим рычаг 5 выполнен в виде «С» образной скобы, которая взаимодействует с датчиком 6 усилия для определения реактивного момента и датчиком 11 для измерения тяги воздушного винта 10.
При работе двигателя 9 с воздушным винтом 10 реактивный момент вращения от вала 3 передается на рычаг 5, который через ролик 7 давит на датчик 6 усилия для определения реактивного момента с силой, величина которой пропорциональна реактивному моменту и обратно пропорциональна длине рычага 5 и прогибает его на незначительную (доли миллиметра) величину. Деформация корпуса датчика 6 усилия для определения реактивного меняет сопротивления входящих в их состав (установленных на корпусе) тензорезисторов, что измеряется системой измерения стенда. Благодаря тому, что деформация имеет малую величину, вал 3 от действия реактивного момента поворачивается на очень малый угол. Рычаг 5 воздействует на датчик 6 усилия для определения реактивного момента посредством ролика 7, который установлен на подшипники (не показано). Это заменяет трение скольжения на трение качения между рычагом 5 и датчиком 6 усилия для определения реактивного момента, что значительно снижает влияние силы трения на результаты измерения силы тяги воздушного винта 10.
Рычаг 5 не имеет контакта с устройством прижатия к датчику 6 усилия для измерения реактивного момента и поэтому между ними не возникает силы трения.
Второй конец рычага 5 посредством шарика 26 давит соосно валу 3 на датчик 8 для измерения тяги воздушного винта 10. Применение шарика 26 для взаимодействия рычага 5 и датчика 11 для измерения тяги воздушного винта 10 исключает возможность передачи момента вращения на датчик 11 и позволяет ей работать на характерных для него нагрузках, что позволяет обеспечить высокую точность измерений. Датчик 11 для измерения тяги воздушного винта 10 прогибается на незначительную (доли миллиметра) величину. Деформация корпуса датчик 11 для измерения тяги воздушного винта 10 меняют сопротивления входящих в их состав (установленных на корпусе) тензорезисторов, что измеряется системой измерения стенда.
Изобретение может быть использовано при разработке стендов для отработки движителей для воздушной и водной среды. Стенд также может быть использовано для отработки перемешивающих устройств с использованием пропеллеров, турбин и т. п.
Патентная литература
Патент CN204064694U
Патент CN106143949B
Патент CN104316290A
Патент CN201974262U
Патент CN202511930U
Патент CN102288912B
Патент CN205066989U
Патент CN104483053A

Claims (19)

  1. Стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта и динамических характеристик воздушного винта с двигателем, содержащий основание и установленный с возможностью перемещения относительно основания подвижный элемент с моторной базой, на которую устанавливают двигатель с воздушным винтом, и рычагом, с которым сопряжен датчик усилия для определения реактивного момента, а также соединенный с подвижным элементом датчик усилия для измерения тяги, отличающийся тем, что подвижный элемент выполнен в виде вала и установлен по меньшей мере на одну опору вращения и линейного движения вдоль оси вала с возможностью перемещения относительно основания и вращения вокруг собственной оси.
  2. 2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что опора вращения и линейного движения представляет собой линейный подшипник с ограниченным ходом.
  3. 3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что опора вращения и линейного движения представляет собой линейно-поворотную шариковую втулку с ограниченным ходом.
  4. 4. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что опора вращения и линейного движения представляет собой радиальный газостатический подшипник.
  5. 5. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что опора вращения и линейного движения представляет собой радиальный гидростатический подшипник.
  6. 6. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что опора вращения и линейного движения представляет собой радиальный подшипники, который в свою очередь установлен на линейный подшипник.
  7. 7. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что опора вращения и линейного движения представляет собой линейный подшипник, который в свою очередь установлен на радиальный подшипник.
  8. 8. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что рычаг сопряжен с датчиком усилия для измерения реактивного момента посредством тела качения.
  9. 9. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что рычаг сопряжен с датчиком усилия для измерения реактивного момента посредством гибкой тяги.
  10. 10. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что рычаг соединен с датчиком усилия для измерения реактивного момента посредством жесткой тяги, которая установлена через сферические шарниры.
  11. 11. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что рычаг соединен с датчиком усилия для измерения реактивного момента линейного типа через сферический шарнир.
  12. 12. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что на конце рычага установлен ролик, направление движения которого совпадает с направлением оси вала, при этом ролик сопряжен с датчиком усилия для измерения реактивного момента.
  13. 13. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что рычаг выполнен из магнитного материала, по направлению воздействия рычага на датчик усилия для измерения реактивного момента установлен постоянный магнит, расстояние между рычагом и магнитом может регулироваться.
  14. 14. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что на рычаг установлена пластина из магнитного материала или постоянный магнит, по направлению воздействия рычага на датчик усилия для измерения реактивного момента установлен постоянный магнит, расстояние между пластиной из магнитного материала или постоянным магнитом и магнитом может регулироваться.
  15. 15. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что на рычаг установлен постоянный магнит, со стороны противоположной направлению воздействия рычага на датчик усилия для измерения реактивного момента установлен второй магнит, причем магниты установлены одинаковыми полюсами друг к другу и расстояние между ними может регулироваться.
  16. 16. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что по направлению воздействия рычага на датчик усилия для измерения реактивного момента, рычаг притянут пружиной растяжения, натяжение которой может регулироваться.
  17. 17. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что на конец вала установлен соосный датчик усилия для измерения тяги воздушного винта, второй конец которого соединен с самоустанавливающимся упорным или двухрядным сферическим подшипником, который установлен между двумя стенками, ограничивающими его продольное движение, но не ограничивающими радиального движения.
  18. 18. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что на вал установлен рычаг, конец вала соединен с самоустанавливающимся упорным или двухрядным сферическим подшипником, который установлен между двумя стенками, ограничивающими его продольное движение, но не ограничивающими радиального движения, на поверхности вала в промежутке между рычагом и упорным подшипником установлены тензодатчики.
  19. 19. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что на конец вала установлен рычаг в виде «С» образной скобы, которая взаимодействует с датчиком усилия для измерения тяги воздушного винта и датчиком усилия для измерения реактивного момента.
PCT/RU2021/050453 2021-03-27 2021-12-28 Стенд для измерения характеристик воздушного винта с двигателем WO2022211669A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108214 2021-03-27
RU2021108214A RU2756136C1 (ru) 2021-03-27 2021-03-27 Стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта и динамических характеристик воздушного винта с двигателем

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022211669A1 true WO2022211669A1 (ru) 2022-10-06

Family

ID=77999862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/050453 WO2022211669A1 (ru) 2021-03-27 2021-12-28 Стенд для измерения характеристик воздушного винта с двигателем

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2756136C1 (ru)
WO (1) WO2022211669A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117030216A (zh) * 2023-06-30 2023-11-10 河北天启通宇航空器材科技发展有限公司 一种旋翼片成品检测装置
WO2024119569A1 (zh) * 2022-12-06 2024-06-13 中国航天空气动力技术研究院 无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统及试验方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU63575A1 (ru) * 1943-01-04 1943-11-30 Ю.А. Трескин Стенд дл испытани двигателей, преимущественно авиадвигателей
KR101171608B1 (ko) * 2010-12-17 2012-08-20 한국항공우주연구원 헬리콥터 로터 시스템의 회전 시험 장치 및 회전 시험 방법
CN104316290A (zh) * 2014-11-15 2015-01-28 西北工业大学 一种组合式螺旋桨推力扭矩测量装置
CN104483053A (zh) * 2014-12-25 2015-04-01 深圳市博尔创意文化发展有限公司 一种小型发动机转矩测量装置
CN207318099U (zh) * 2017-10-18 2018-05-04 深圳光启空间技术有限公司 发动机与螺旋桨一体式测试装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202511930U (zh) * 2012-02-23 2012-10-31 北京理工大学 一种用于测量小型螺旋桨发动机推力和扭矩的装置
CN106143949B (zh) * 2016-07-06 2018-03-30 西安交通大学 一种无人飞行器测试台及其测试方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU63575A1 (ru) * 1943-01-04 1943-11-30 Ю.А. Трескин Стенд дл испытани двигателей, преимущественно авиадвигателей
KR101171608B1 (ko) * 2010-12-17 2012-08-20 한국항공우주연구원 헬리콥터 로터 시스템의 회전 시험 장치 및 회전 시험 방법
CN104316290A (zh) * 2014-11-15 2015-01-28 西北工业大学 一种组合式螺旋桨推力扭矩测量装置
CN104483053A (zh) * 2014-12-25 2015-04-01 深圳市博尔创意文化发展有限公司 一种小型发动机转矩测量装置
CN207318099U (zh) * 2017-10-18 2018-05-04 深圳光启空间技术有限公司 发动机与螺旋桨一体式测试装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024119569A1 (zh) * 2022-12-06 2024-06-13 中国航天空气动力技术研究院 无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统及试验方法
CN117030216A (zh) * 2023-06-30 2023-11-10 河北天启通宇航空器材科技发展有限公司 一种旋翼片成品检测装置

Also Published As

Publication number Publication date
RU2756136C1 (ru) 2021-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022211669A1 (ru) Стенд для измерения характеристик воздушного винта с двигателем
CN107238457B (zh) 一种小推力测量装置
WO2023004911A1 (zh) 一种调心滚动轴承性能试验装置及刚度测试方法
CN105890895A (zh) 一种行星滚柱丝杠副综合性能测试实验台
US4196635A (en) Test apparatus for the simultaneous loading of a test sample with longitudinal forces and with torque
JP6148992B2 (ja) 軸受試験装置
CN109632161B (zh) 一种滚动轴承摩擦力矩测试机
CN111999056B (zh) 一种模拟直升机尾传动振动的多功能实验台
US4517843A (en) Material and component testing machine
CN113607416B (zh) 一种滚动轴承三维动刚度试验装置及其测试方法
CN109612615A (zh) 汽车轮毂轴承负载摩擦力矩的测试装置
JP6330062B2 (ja) 模擬コイルばね装置と、その制御方法
US7762145B2 (en) Method for measuring bending moments on a joint and measurement arrangement for performing the method
CN205327440U (zh) 一种电动舵机径向力加载装置
CN102564664A (zh) 一种圆锥滚子轴承参数测量装置
US5967017A (en) Rotational displacement apparatus with ultra-low torque and high thrust load capability
EA042094B1 (ru) Стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта и динамических характеристик воздушного винта с двигателем
CN115950581B (zh) 一种转子轴鼠笼测力结构标定装置及方法
CN105865779A (zh) 一种用于旋转轴系的力加载装置
CN217687779U (zh) 一种滚动轴承刚度测试装置
CN110567718A (zh) 基于压电作动器的滚动轴承径向动刚度测试装置
JPS6328261B2 (ru)
CN110006574B (zh) 滚珠丝杠副摩擦力矩测量装置
CN116481809B (zh) 一种直升机旋翼系统配套轴承试验系统
CN220104490U (zh) 一种径向动压空气轴承的性能测试设备

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21935348

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21935348

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1