阅读说明：本技术 跷跷板式旋翼疲劳试验装置及其工作方法 (Seesaw type rotor wing fatigue test device and working method thereof ) 是由 李宜恒 王华明 范瑶 朱清华 于 2020-05-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种跷跷板式旋翼疲劳试验装置及其工作方法,该装置包括框架单元以及固定在框架单元内部的桨根固定单元、激振力单元和离心力单元。试验电机通过变频器进行转速调整后带动偏心轮转动,经过连杆机构,带动激振盒,使其根据试验输入需求产生模拟旋翼各种工况下的挥舞力矩和摆振力矩载荷；同时通过手拉葫芦进行离心力施加,离心力通过钢丝绳连杆机构传至钢丝绳滑轮组,进而传递在桨叶试验件；最后通过动态应变测量系统监测剖面的各通道的振幅,得到旋翼疲劳试验的相应数据。本发明针对旋翼机常用的跷跷板式旋翼进行设计,具有结构简单,使用方便可靠等优点。(The invention provides a seesaw type rotor wing fatigue test device and a working method thereof. The test motor drives the eccentric wheel to rotate after rotating speed adjustment is carried out through the frequency converter, and drives the excitation box through the link mechanism, so that the excitation box can generate flapping moment and shimmy moment loads under various working conditions of the simulation rotor wing according to test input requirements; meanwhile, centrifugal force is applied through the chain block, and the centrifugal force is transmitted to the steel wire rope pulley block through the steel wire rope connecting rod mechanism and then transmitted to the blade test piece; and finally, monitoring the amplitude of each channel of the section by a dynamic strain measurement system to obtain corresponding data of a rotor wing fatigue test. The invention is designed aiming at the common seesaw type rotor wing of the rotorcraft, and has the advantages of simple structure, convenient and reliable use and the like.)

跷跷板式旋翼疲劳试验装置及其工作方法

技术领域

本发明提供了一种跷跷板式旋翼疲劳试验装置及其工作方法,涉及跷跷板式旋翼和桨叶疲劳试验技术，适用于旋翼桨叶疲劳试验及旋翼机适航领域。

背景技术

在旋翼类飞行器飞行过程中，旋翼承受复杂的交变载荷作用，疲劳问题十分突出，直接影响旋翼机的安全可靠性和经济性。跷跷板式旋翼适用于旋翼机，跷跷板式旋翼疲劳试验是旋翼机适航取证及旋翼定寿的重要依据。

目前，旋翼疲劳试验多数为用于直升机旋翼疲劳试验的装置，其共同的特点是由于直升机旋翼工作状况复杂导致旋翼疲劳试验系统和装置过于复杂、其制造成本和试验成本太高，且制造周期和试验周期很长。而且过于复杂的系统导致旋翼疲劳试验中各模拟载荷部分存在较大的相互干扰，导致旋翼疲劳试验结果及定寿分析不准确，直接影响试验结果。

因此传统的旋翼疲劳试验装置具有以下缺陷：

1.试验装置设计复杂；

2.其制造成本和试验成本大，周期长；

3.由于上述的缺陷，传统的旋翼疲劳试验装置不适用于旋翼机适航取证中旋翼疲劳试验及桨叶定寿分析。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种跷跷板式旋翼疲劳试验装置及其工作方法，针对旋翼机常用的跷跷板式旋翼进行设计，具有结构简单，使用方便可靠等优点。

本发明提供了一种跷跷板式旋翼疲劳试验装置，包括框架单元以及固定在框架单元内部的桨根固定单元、激振力单元和离心力单元。

所述的桨根固定单元由环形槽法兰盘、斜面板组成，所述的环形槽法兰盘连接旋翼桨毂和斜面板，桨叶试验件安装在环形槽法兰中间；所述的斜面板连接环形槽法兰盘和框架单元，模拟和抵消跷跷板式旋翼的预锥角。

所述的离心力单元提供模拟真实工况下的离心力载荷，包括依次连接的手拉葫芦，力传感器，钢丝绳连杆机构以及钢丝绳滑轮组，其中，所述的手拉葫芦和钢丝绳连杆机构与框架单元固定连接，钢丝绳滑轮组与激振力单元连接。

所述的激振力单元模拟旋翼各种工况下的所受挥舞力矩和摆振力矩载荷，包括依次连接的激振盒，连杆机构，偏心轮以及带有变频器的试验电机，激振盒与钢丝绳滑轮组相连。

进一步改进，所述的钢丝绳连杆机构由依次连接的底座，支撑条以及连接盒段组成，底座用螺栓安装在框架单元上，并通过支撑条与连接段盒连接，连接段盒同时连接力传感器与钢丝绳滑轮组。所述的钢丝绳连杆机构安装有滚珠轴承，滚珠轴承控制钢丝绳连杆机构在竖直平面内进行转动。

进一步改进，所述的框架单元包括试验框架以及固定实验框架的若干斜支撑结构。

进一步改进，所述的激振盒两侧设置有激振盒挡板，对激振盒上下往复运动进行垂直限位。

进一步改进，所述的框架单元外侧设置有防护网。

本发明还提供了一种跷跷板式旋翼疲劳试验装置的工作方法，包括以下步骤：

1)将试验框架固定在地面，在桨根固定单元中安装桨叶试验件，桨叶试验件上根据需求贴相应的应变片，并外接动态应变测量系统。

2）试验电机通过变频器进行转速调整后带动偏心轮转动，经过连杆机构，带动激振盒，使其根据试验输入需求产生模拟旋翼各种工况下的挥舞力矩和摆振力矩载荷。

3）同时通过手拉葫芦进行离心力施加，行离心力的大小通过连接在手拉葫芦与钢丝绳连杆机构之间的力传感器测得，离心力通过钢丝绳连杆机构传至钢丝绳滑轮组，进而传递在桨叶试验件，钢丝绳连杆机构通过安装滚珠轴承，使得其连杆机构能够在竖直平面内进行转动，从而有效的减弱桨叶试验件端部传递到力传感器和手拉葫芦的振动幅度，避免了对实验安全和载荷模拟造成影响。

4）通过动态应变测量系统监测剖面的各通道的振幅，得到旋翼疲劳试验的相应数据。

本发明有益效果在于：

1、本发明针对旋翼机跷跷板式旋翼设计旋翼疲劳装置，结构相对简单，使用方便可靠，方便拆卸和更换易疲劳部件或零件，能够采集旋翼的各项应变数值，并记录下循环次数、试验过程；

2、可以通过手拉葫芦，钢丝绳连杆机构实现旋翼离心力载荷模拟和输入，并有效的避免桨叶试验件端部的振动传递到力传感器和手拉葫芦上后引起大幅摆动，对实验安全和载荷模拟造成影响。

3、桨根固定单元中的斜面板能够实现旋翼预锥角的抵消，使旋翼桨叶在试验中处于水平状态，方便试验设计载荷施加位置，并能够模拟旋翼机旋翼正常飞行时的固支边界条件。

附图说明

附图1是本发明跷跷板式旋翼疲劳试验装置主体图；

图中，桨根固定单元1，激振盒2，激振盒挡板3，试验电机4，力传感器5，手拉葫芦6，偏心轮7，试验框架8，斜支撑9，变频器10，连杆机构11，钢丝绳滑轮组12，钢丝绳连杆机构13，桨叶试验件14。

附图2是本发明桨根固定单元1示意图；

图中，环形槽法兰盘15，斜面板16。

附图3是本发明钢丝绳连杆机构13示意图；

图中，底座17，支撑条18，连接盒段19。

附图4是本发明激振力单元示意图；

图中，激振盒2，激振盒挡板3，试验电机4，偏心轮7，连杆机构11，钢丝绳滑轮组12，桨叶试验件14。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

所述的桨根固定单元1用于固定该试验装置的试验件桨叶的桨根部分，并模拟跷跷板式旋翼桨根处的真实安装情况。

所述的激振盒2，试验电机4，偏心轮7，变频器10以及连杆机构11共同构成了该试验装置的激振力单元，用于试验中模拟旋翼各种工况下的所受挥舞力矩和摆振力矩载荷，如图4所示，其中激振盒2，连杆机构11，偏心轮7以及带有变频器的试验电机4依次相连，激振盒2与钢丝绳滑轮组12相连。

所述的力传感器5，手拉葫芦6，钢丝绳滑轮组12以及钢丝绳连杆机构13共同构成该试验装置的离心力单元，用于试验中模拟并记录旋翼旋转中桨叶所受离心力大小。

所述的激振盒挡板3位于激振盒2两侧，用于试验中对激振盒2上下往复的垂直运动限位，防止其由于上述运动发生偏转。

所述的试验框架8，斜支撑9共同构成了该试验装置的框架单元，用于使整个试验装置拼接起来使每个部分发挥各自的作用。

所述的桨叶试验件14为该试验装置的试验件。

如图2所示为桨根固定单元1示意图，由环形槽法兰盘15、斜面板16组成，桨叶试验件安装在环形槽法兰15中间。环形槽法兰盘15用于连接旋翼桨毂和斜面板，旋翼能够进行角度调节。斜面板16用于模拟和抵消实际中跷跷板式旋翼的预锥角，让桨叶处于水平状态。同时斜面板16还连接着环形槽法兰盘15和试验框架8，承受着离心力作用。所述的钢丝绳连杆机构安装有滚珠轴承，滚珠轴承控制钢丝绳连杆机构在竖直平面内进行转动。

如图3所示为钢丝绳连杆机构13示意图，由底座17，支撑条18以及连接盒段19组成，用于避免桨叶试验件14端部的振动传递到力传感器5和手拉葫芦6上后引起大幅摆动，对实验安全和载荷模拟造成影响。底座用螺栓安装在试验框架8上，并通过支撑条18与连接段盒19连接，连接段盒19同时连接力传感器5与钢丝绳滑轮组12。

本发明具体工作原理为：

疲劳试验装置通过试验框架8固定在地面，在桨根固定单元1安装桨叶试验件14，桨叶（和桨毂）上根据需求贴相应的应变片，并外接动态应变测量系统。

试验电机4通过变频器10进行转速调整后带动偏心轮7转动，经过连杆机构11，带动激振盒2，使其根据试验输入需求产生模拟旋翼各种工况下的挥舞力矩和摆振力矩载荷。

同时通过手拉葫芦6进行离心力施加，具体力的大小通过连接在手拉葫芦6与钢丝绳连杆机构13之间的力传感器5测得，离心力通过钢丝绳连杆机构13传至钢丝绳滑轮组12，进而传递在桨叶试验件14，钢丝绳连杆机构13通过安装滚珠轴承，使得其连杆机构能够在竖直平面内进行转动，从而有效的减弱桨叶试验件14端部传递到力传感器5和手拉葫芦6的振动幅度，避免了对实验安全和载荷模拟造成影响。

最终基于上述，可通过动态应变测量系统监测剖面的各通道的振幅，得到旋翼疲劳试验的相应数据。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。