一种测量变桨矩螺旋桨气动力性能的试验台
阅读说明：本技术 一种测量变桨矩螺旋桨气动力性能的试验台 (Test bed for measuring aerodynamic performance of variable pitch propeller ) 是由 徐�明 刘博宇 崔晓宇 傅冰 高琦 赵长辉 于 2021-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及空气动力螺旋桨测试领域,公开了一种测量变桨矩螺旋桨气动力性能的试验台,所述试验台包括电机、拉力扭矩天平、传动轴、变桨矩天平；所述拉力扭矩天平包括拉力扭矩天平本体,所述拉力扭矩天平本体的顶部水平设置拉力梁,所述拉力扭矩天平本体的下部竖直设置第一扭矩梁；所述变桨矩天平包括变桨矩天平本体,所述变桨矩天平本体上设置桨叶连接板,所述桨叶连接板与变桨矩天平本体间水平设置第二扭矩梁；所述拉力梁、第一扭矩梁、第二扭矩梁上均设置应变片；所述拉力扭矩天平本体中部设置与所述传动轴连接的通孔。本发明解决了测量台只能分别测量定桨矩螺旋桨的推进力和扭矩,无法同时测量扭矩和推进力,也不能测量单叶桨片在不同桨矩下的扭矩的问题。(The invention relates to the field of aerodynamic propeller testing, and discloses a test bed for measuring aerodynamic performance of a variable pitch propeller, which comprises a motor, a tension torque balance, a transmission shaft and a variable pitch balance; the tension torque balance comprises a tension torque balance body, a tension beam is horizontally arranged at the top of the tension torque balance body, and a first torque beam is vertically arranged at the lower part of the tension torque balance body; the variable pitch balance comprises a variable pitch balance body, a paddle connecting plate is arranged on the variable pitch balance body, and a second torque beam is horizontally arranged between the paddle connecting plate and the variable pitch balance body; strain gauges are arranged on the tension beam, the first torque beam and the second torque beam; and the middle part of the tension torque balance body is provided with a through hole connected with the transmission shaft. The invention solves the problems that the measuring table can only respectively measure the propelling force and the torque of the fixed pitch propeller, cannot simultaneously measure the torque and the propelling force, and cannot measure the torques of single-blade propellers under different pitches.)
技术领域
本发明涉及空气动力螺旋桨测试领域，更具体地涉及一种测量变桨矩螺旋桨气动力性能的试验台。
背景技术
螺旋桨是一种靠桨叶在空气中旋转将发动机转动功率转化为推进力或升力的装置。它由多个桨叶和中央的桨毂组成，螺旋桨旋转时不断把大量空气向后或向下推去，利用空气对其的反作用力，在桨叶上产生向前或向上的力，即推进力。螺旋桨广泛应用于亚音速飞机的活塞式和涡轮螺旋桨发动机、直升机的旋翼和尾翼以及无人机的旋翼桨。为了得到螺旋桨的气动性能特性，需要对螺旋桨的性能进行测试。
以往的测量台只能分别测量定桨矩螺旋桨的推进力和扭矩，无法同时测量扭矩和推进力，也不能测量单叶桨片在不同桨矩下的扭矩。
发明内容
为解决现有技术中测量台只能分别测量定桨矩螺旋桨的推进力和扭矩，无法同时测量扭矩和推进力，也不能测量单叶桨片在不同桨矩下的扭矩的问题，本发明提供一种测量变桨矩螺旋桨气动力性能的试验台。
本发明采用的具体方案为：一种测量变桨矩螺旋桨气动力性能的试验台，所述试验台包括电机、拉力扭矩天平、传动轴、变桨矩天平；
所述拉力扭矩天平包括拉力扭矩天平本体，所述拉力扭矩天平本体的顶部水平设置拉力梁，所述拉力扭矩天平本体的下部竖直设置第一扭矩梁；
所述变桨矩天平包括变桨矩天平本体，所述变桨矩天平本体上设置桨叶法兰，所述桨叶法兰与变桨矩天平本体间水平设置第二扭矩梁；
所述拉力梁、第一扭矩梁、第二扭矩梁上均设置应变片；
所述拉力扭矩天平本体中部设置与所述传动轴连接的通孔，所述传动轴的一端穿过所述通孔后与电机输出端连接；所述传动轴的另一端与所述变桨矩天平连接；
所述拉力扭矩天平本体设置拉力梁的一端与所述电机连接。
所述桨叶法兰上设置与桨叶连接的连接孔，所述桨叶末端插入所述连接孔内。
所述变桨矩天平本体上对称设置3组桨叶法兰。
所述试验台包括支架；所述拉力扭矩天平下端面固定在支架中间的隔板上；上端面通过盖板固定在支架的上隔板上。
所述盖板与支架通过螺栓连接。
所述传动轴通过轴承安装在拉力扭矩天平的通孔上。
所述传动轴下端通过联轴器和电机输出轴相连。
所述传动轴的上端和天平法兰螺纹连接，所述天平法兰和变桨矩天平连接。
所述变桨矩天平上安装变角块。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
1.本发明通过变桨矩天平、拉力扭矩天平相互协同作用，在拉力扭矩天平顶部水平设置拉力梁，所述拉力扭矩天平本体的下部竖直设置第一扭矩梁，在桨叶法兰与变桨矩天平本体间水平设置第二扭矩梁，并在所述拉力梁、第一扭矩梁、第二扭矩梁上均设置应变片,使本发明能够准确地检测出飞行器桨叶旋转时所受的拉力、扭矩及单独桨叶在不同桨矩下的扭矩，解决了测量台只能分别测量定桨矩螺旋桨的推进力和扭矩，无法同时测量扭矩和推进力，也不能测量单叶桨片在不同桨矩下的扭矩的问题，能准确地完成飞行器整体桨叶及单独桨叶的气动特性的测量。
2.本发明在拉力扭矩天平内孔设置两个轴承支撑传动轴，桨叶整体拉力通过轴承传到拉力扭矩天平拉力元件上，使安装更方便，测量更准确。
3.本发明中拉力扭矩天平扭矩元件和电机相连，通过测量电机反作用扭矩得到桨叶整体扭矩，整体结构紧凑，满足了同时测量定桨矩螺旋桨的推进力和扭矩的要求。
4.本发明中的变桨矩天平可以调节每个桨叶的桨矩及在不同桨矩下单独桨叶的扭矩，使本发明更可靠，环境适用性和实用性较强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为变桨矩天平结构示意图；
图3为变桨矩天平本体与桨叶连接示意图；
图4为拉力扭矩天平结构示意图；
图5为拉力扭矩天平俯视图；
图6为桨叶与变角块连接示意图；
图7为图3的A-A向剖视图。
其中，附图标记分别为：
1-支架；2-电机；3-电机法兰；4-联轴器；5-拉力扭矩天平；6-传动轴；7-盖板；8-滑环；9-天平法兰；10-变桨矩天平；11-桨叶；12-拉力扭矩天平本体；13-第二扭矩梁；14-变角块；15-拉力梁；16-第一扭矩梁；17-变桨矩天平本体；18-桨叶法兰；20-浆轴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种测量变桨矩螺旋桨气动力性能的试验台，所述试验台包括电机2、拉力扭矩天平5、传动轴6、变桨矩天平10；所述拉力扭矩天平5包括拉力扭矩天平本体12，所述拉力扭矩天平本体12的顶部水平设置拉力梁15，所述拉力扭矩天平本体12的下部竖直设置第一扭矩梁16；所述变桨矩天平10包括变桨矩天平本体17，所述变桨矩天平本体17上设置桨叶法兰18，所述桨叶法兰18与变桨矩天平本体17间水平设置第二扭矩梁13；所述拉力梁15、第一扭矩梁16、第二扭矩梁13上均设置应变片；所述拉力扭矩天平本体12中部设置与所述传动轴6连接的通孔，所述传动轴6的一端穿过所述通孔后与电机2输出端连接；所述传动轴6的另一端与所述变桨矩天平10连接；所述拉力扭矩天平本体12设置拉力梁15的一端与所述电机2连接。
所述桨叶法兰18上设置与桨叶11连接的连接孔，所述桨叶11末端插入所述连接孔内。所述桨叶法兰为法兰。
所述变桨矩天平本体17上对称设置3组桨叶法兰18。
所述试验台包括支架1；所述拉力扭矩天平5下端面固定在支架1中间的隔板上；上端面通过盖板7固定在支架1的上隔板上。
所述盖板7与支架1通过螺栓连接。
所述传动轴6通过轴承安装在拉力扭矩天平5的通孔上。
所述传动轴6下端通过联轴器4和电机2输出轴相连。
所述传动轴6的上端和天平法兰9螺纹连接，所述天平法兰9和变桨矩天平10连接。
所述变桨矩天平10上安装变角块14；所述桨叶的浆轴上设置凹槽，所述边角块与所述凹槽配合调节桨轴桨矩角度。
参照附图6、7，变角块14变角度原理：桨叶桨轴和变桨矩天平通过轴孔配合，并通过桨轴法兰6颗螺钉和变桨矩天平固紧前端法兰连接。桨轴20上设有一个凹槽，桨矩变角块放置在桨轴凹槽处，变角块两端通过螺钉和变角度天平前端连接法兰连接。变角块定位面压紧桨轴凹槽斜面，这样可以通过变角块定位面控制桨轴桨矩角度。变角块有各种不同角度，每一种角度加工一件。例如±5度、±10度、±15度、±20度等。
实施例1
一种测量变桨矩螺旋桨气动力性能的试验台，所述试验台包括电机、拉力扭矩天平、传动轴、变桨矩天平；所述拉力扭矩天平包括拉力扭矩天平本体，所述拉力扭矩天平本体的顶部水平设置拉力梁，所述拉力扭矩天平本体的下部竖直设置第一扭矩梁；所述变桨矩天平包括变桨矩天平本体，所述变桨矩天平本体上设置桨叶法兰，所述桨叶法兰与变桨矩天平本体间水平设置第二扭矩梁；所述拉力梁、第一扭矩梁、第二扭矩梁上均设置应变片；所述拉力扭矩天平本体中部设置与所述传动轴连接的通孔，所述传动轴的一端穿过所述通孔后与电机输出端连接；所述传动轴的另一端与所述变桨矩天平连接；所述拉力扭矩天平本体设置拉力梁的一端与所述电机连接。
1）拉力扭矩天平高580mm外径300mm，设计载荷拉力 1500N，扭矩150Nm。拉力元件共16片上天平上端布置8片，下端布置8片。扭矩元件在天平最下端布置8片。
2）传动轴上端部装有变桨矩天平，变桨矩天平高160mm直径200mm，变桨矩天平为三幅式每一幅天平设计载荷为扭矩5Nm。变桨矩天平设有多种角度变角度块，可以实现每一片桨叶绕自身旋转轴0度、±5度、±10度角度变化。
3)电机功率为55Kw，额定转速6000转/分，额定扭矩150Nm。
4）拉力扭矩天平设计载荷为法向力1500N，扭矩150Nm。
所述拉力梁由8根横梁组成，拉力梁上粘贴8片应变片组成惠斯通电桥；第一扭矩梁有8根竖梁组成，扭矩梁上粘贴8片应变片组成惠斯通电桥。
拉力扭矩天平在拉力梁处贴8片应变片组成电桥侧螺旋桨整体拉力，在扭矩梁处贴8片应变片组成电桥侧螺旋桨整体扭矩。
所述变桨矩天平为三辐式天平，可以分别连接桨叶，通过变角块控制每一个桨叶的桨矩。每一辐上天平贴上4个应变片组成惠斯通电桥，测量每一个桨叶的扭矩。
首先在试验前分别校准出拉力、扭矩和电桥输出电压之间的线性关系，试验时由电桥的输出电压可以得到飞行器桨叶的整体拉力和扭矩。螺旋桨旋转时，变桨矩天平信号通过有线滑环传输到采集设备上，滑环固定端安装在钢架上台面上，滑环输出端和旋转轴连接。
试验时桨叶旋转时产生的气动力通过变桨矩天平传递到传动轴，传动轴通过两个轴承安装在拉力扭矩天平的内孔上。桨叶拉力由轴承传递到拉力扭矩天平的横梁横向布置的8根梁。桨叶扭矩连轴器传递到电机输出轴，电机输出扭矩和桨叶扭矩相互平衡。电机法兰固定在在拉力扭矩天平扭力元件法兰上，电机法兰上的反作用扭矩传递到扭矩元件上。
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