CN104913912A - 吊挂式共轴反转旋翼试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直升机综合试验技术领域，公开了一种吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，包括可上下滑动地设于支架上的升降平台、设于升降平台的下基座、与支架连接且位于下基座上方的上基座、设于下基座的电机、与电机连接的上、下旋翼变速器、同轴设置的上、下旋翼单元和上、下旋翼测量单元，上、下旋翼单元均包括旋翼轴、设于旋翼轴的旋翼和与旋翼连接的旋翼操纵组件，上、下旋翼测量单元均包括与变速器及旋翼轴连接的扭矩天平和与旋翼操纵组件连接的旋翼天平。本发明将上下旋翼分开且配有各自的测量单元，能够单独测量每副旋翼的力、弯矩和扭矩，且上下旋翼的间距可调，能够有效地评估各旋翼性能、研究各旋翼的气动特性。

Description

吊挂式共轴反转旋翼试验装置

技术领域

本发明涉及直升机综合试验技术领域，尤其涉及一种吊挂式共轴反转双旋翼试验装置。

背景技术

共轴式双旋翼直升机的工作原理是靠上下两副旋翼共轴反转提供升力并平衡反扭矩，与单旋翼带尾桨形式直升机相比较，其优势在于省去尾桨，减少消耗功率，结构紧凑，安全性高，并且可以提供更大的升力，具有较大的俯仰、横滚控制力矩，机动性更强。因此，共轴式双旋翼直升机在舰载直升机和高速直升机有着广泛的使用。

由于共轴式双旋翼直升机的上下旋翼共轴反转，不管是处于悬停还是前飞状态，其流场都是非定常的，并且由于两副旋翼之间存在着气动干扰，所以其气动特性较普通形式要复杂的多。因此相关的数值计算和试验测量一直是研究热点。要想建立准确的共轴式双旋翼理论模型，预估其气动特性，为未来共轴直升机的设计提供指导，就必须对共轴式双旋翼***进行详尽的试验研究。但是由于共轴式双旋翼***机械结构复杂，导致共轴式双旋翼试验台的设计比较困难，除此之外，由于上下旋翼的传力路径上存在耦合，使得很难单独测得一副旋翼上的力、弯矩和扭矩。目前公开的相关试验装置能够测量得到的试验数据均为两副旋翼的合力和合力矩，不能有效地评估各旋翼性能，研究各旋翼的气动特性。

因此，针对以上不足，需要提供一种吊挂式共轴反转双旋翼试验装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决如何对共轴式双旋翼直升机两副旋翼的性能进行单独测量评估的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，包括：

支架机构，所述支架机构包括支架、可上下滑动地设于所述支架的升降平台、设于所述升降平台的下基座和设于所述支架的上基座，所述上基座位于所述下基座上方；

动力机构，所述动力机构包括设于所述下基座的电机和下旋翼变速器以及设于所述上基座的上旋翼变速器，所述下旋翼变速器和上旋翼变速器均与所述电机动力连接；

旋翼机构，所述旋翼机构包括同轴设置的下旋翼单元和上旋翼单元，所述下旋翼单元包括下旋翼轴、设于所述下旋翼轴的下旋翼和与所述下旋翼连接的下旋翼操纵组件，所述上旋翼单元包括上旋翼轴、设于所述上旋翼轴的上旋翼和与所述上旋翼连接的上旋翼操纵组件；以及

测量机构，所述测量机构包括设有第一扭矩天平和第一旋翼天平的下旋翼测量单元和设有第二扭矩天平和第二旋翼天平的上旋翼测量单元，所述第一扭矩天平的一端与所述下旋翼变速器连接且另一端与所述下旋翼轴连接，所述第一旋翼天平设于所述下基座且与所述下旋翼操纵组件连接，所述第二扭矩天平的一端与所述上旋翼变速器连接且另一端与所述上旋翼轴连接，所述第二旋翼天平设于所述上基座且与所述上旋翼操纵组件连接。

优选地，所述下旋翼变速器采用链轮链条传动链，所述链轮链条传动链包括依次串联的第一链轮、第一链条和第二链轮。

优选地，所述上旋翼变速器采用齿轮链条二级传动链，所述齿轮链条二级传动链包括依次串联的齿轮、第三链轮、第二链条和第四链轮。

优选地，所述下旋翼操纵组件包括套设于所述下旋翼轴的第一自动倾斜器、连接所述第一自动倾斜器与所述下旋翼的第一变距拉杆和连接所述第一自动倾斜器与所述第一旋翼天平的第一作动器；所述上旋翼操纵组件包括套设于所述上旋翼轴的第二自动倾斜器、连接所述第二自动倾斜器与所述上旋翼的第二变距拉杆和连接所述第二自动倾斜器与所述第二旋翼天平的第二作动器。

进一步地，所述第一旋翼天平包括第一传感器、第一弹性连杆、第一浮动框和第一固定框，所述第一浮动框与所述第一作动器连接且通过第一轴承设于下旋翼轴，所述第一固定框与所述下基座连接，所述第一浮动框和第一固定框通过所述第一弹性连杆连接，所述第一传感器设于所述第一弹性连杆；所述第二旋翼天平包括第二传感器、第二弹性连杆、第二浮动框和第二固定框，所述第二浮动框与所述第二作动器连接且通过第二轴承设于上旋翼轴，所述第二固定框与所述上基座连接，所述第二浮动框和第二固定框通过所述第二弹性连杆连接，所述第二传感器设于所述第二弹性连杆。

优选地，所述第一扭矩天平通过第一弹性联轴器分别与所述下旋翼变速器和下旋翼轴连接，所述第二扭矩天平通过第二弹性联轴器分别与所述上旋翼变速器和上旋翼轴连接。

进一步地，所述第一扭矩天平和第一弹性联轴器位于所述第一旋翼天平内部，所述第二扭矩天平和第二弹性联轴器位于所述第二旋翼天平内部。

进一步地，所述第一弹性联轴器和第二弹性联轴器为圆柱销形式。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

(1)本发明的吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，突破了传统共轴双旋翼试验装置上下旋翼一体的设计模式，将上下旋翼完全分开，而且配有各自的旋翼测量机构，因此两副旋翼到相应测量机构的传力路径上不再会发生耦合，解决了单独测量共轴式旋翼***每副旋翼的力、弯矩和扭矩的难题，可以有效地评估各旋翼性能，研究各旋翼的气动特性。

(2)本发明的下旋翼***可以随升降平台上下运动，以此改变上下旋翼之间的间距，以便研究旋翼的几何参数对共轴式旋翼气动特性的影响。旋翼间距是研究共轴双旋翼气动特性比如气动干扰的重要参数，因此间距可调对进行相关试验研究具有重要意义。

(3)本发明的吊挂式共轴反转双旋翼试验装置对传动***进行了新的设计，下旋翼变速器采用链轮链条传动，上旋翼变速器采用齿轮链条二级传动，由此不仅保证了上下旋翼同步反转的要求，而且相比齿轮传动，重量轻、所占空间小，缩减了变速器体积，使结构更紧凑、轻便。

附图说明

图1是本发明实施例的吊挂式共轴反转双旋翼试验装置示意图。

图中：1：支架；2：升降平台；301：下基座；302：上基座；4：电机；501：下旋翼变速器；502：上旋翼变速器；6：传动轴；701：下旋翼轴；702：上旋翼轴；801：下旋翼；802：上旋翼；901：下旋翼操纵组件；902：上旋翼操纵组件；1001：第一扭矩天平；1002：第二扭矩天平；1101：第一旋翼天平；1102：第二旋翼天平；1201：第一链轮；1202：第二链轮；1203：第三链轮；1204：第四链轮；1301：第一链条；1302：第二链条；14：齿轮；1501：第一变距拉杆；1502：第二变距拉杆；1601：第一自动倾斜器；1602：第二自动倾斜器；1701：第一作动器；1702：第二作动器；1801：第一弹性连杆；1802：第二弹性连杆；1901：第一传感器；1902：第二传感器；2001：第一浮动框；2002：第二浮动框；2101：第一固定框；2102：第二固定框；2201：第一弹性联轴器；2202：第二弹性联轴器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，包括：支架机构、动力机构、旋翼机构和测量机构。

支架机构包括支架1、可上下滑动地设于支架1的升降平台2、设于升降平台2的下基座301和设于支架1的上基座302，上基座302位于下基座301的上方，支架1可以固定在地面或者实验平台上。

动力机构包括电机4、下旋翼变速器501和上旋翼变速器502，电机4和下旋翼变速器501均设于下基座301，上旋翼变速器502设于上基座302，下旋翼变速器501的输入端和上旋翼变速器502的输入端均通过传动轴6与电机4动力连接。

旋翼机构包括同轴设置的下旋翼单元和上旋翼单元，其中下旋翼单元包括下旋翼轴701、设于下旋翼轴701的下旋翼801和与下旋翼801连接的下旋翼操纵组件901，上旋翼单元包括上旋翼轴702、设于上旋翼轴702的上旋翼802和与上旋翼802连接的上旋翼操纵组件902，下旋翼轴701和上旋翼轴702均通过深沟球轴承安装在轴承支撑座(未示出)上。

测量机构包括下旋翼测量单元和上旋翼测量单元，其中下旋翼测量单元包括第一扭矩天平1001和第一旋翼天平1101，上旋翼测量单元包括第二扭矩天平1002和第二旋翼天平1102，第一扭矩天平1001的一端与下旋翼变速器501的输出端连接且另一端与下旋翼轴701连接，第一旋翼天平1101设于下基座301且与下旋翼操纵组件901连接，第二扭矩天平1002的一端与上旋翼变速器502连接且另一端与上旋翼轴702连接，第二旋翼天平1102设于上基座302且与上旋翼操纵组件902连接。

本实施例的上述吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，将上旋翼802与下旋翼801完全分开，突破了传统共轴双旋翼试验装置上下旋翼一体的设计模式，而且上旋翼802配有单独的上旋翼测量单元、下旋翼801配有单独的下旋翼测量单元，由此使得上旋翼802与下旋翼801到相应测量单元的传力路径上不再会发生耦合现象，解决了单独测量共轴式旋翼***每副旋翼的力、弯矩和扭矩的难题，可以有效地评估上旋翼802与下旋翼801的性能、研究上旋翼802与下旋翼801的气动特性。并且本实施例的下旋翼801可以随着升降平台2的升降而上下移动，由此改变下旋翼801与上旋翼802之间的间距，便于研究旋翼的几何参数对共轴式旋翼气动特性的影响，旋翼间距是研究共轴双旋翼气动特性比如气动干扰的重要参数，因此间距可调对进行相关试验研究具有重要意义。

本实施例对下旋翼变速器501和上旋翼变速器502的传递方式进行了设计，优选地，下旋翼变速器501采用链轮链条传动链，包括依次串联的第一链轮1201、第一链条1301和第二链轮1202，使得下旋翼变速器501的输入端和输出端转向相同；上旋翼变速器502采用齿轮链条二级传动链，包括依次串联的齿轮14、第三链轮1203、第二链条1302和第四链轮1204，使得上旋翼变速器502的输入端和输出端转向相反，由此保证了上旋翼802与下旋翼801在动力机构的带动下同轴反转。链轮链条传动不仅具有齿轮传动传动效率高、传动功率大的优点，而且与齿轮相比，链条重量轻、体积小、缩减了变速器体积，使结构更紧凑、轻便、操纵灵活，适合吊挂式装置。进一步地，将本实施例上旋翼变速器502的齿轮14的齿宽设为35cm，使得下旋翼单元上下移动时，上旋翼变速器502的第一级传动齿轮14仍保持啮合，而不必更换任何部件，结构简单、使用方便。

本实施例的下旋翼操纵组件901包括套设于下旋翼轴701的第一自动倾斜器1601、连接第一自动倾斜器1601与下旋翼801的第一变距拉杆1501和连接第一自动倾斜器1601与第一旋翼天平1101的第一作动器1701，第一自动倾斜器1601随第一作动器1701的运动发生上下滑动或倾斜，通过第一变距拉杆1501的传动，从而改变下旋翼801的旋翼桨距(桨叶扭角)，第一作动器1701、第一自动倾斜器1601和第一变距拉杆1501的联动实现了下旋翼801总距和周期变距的操纵。上旋翼操纵组件902包括套设于上旋翼轴702的第二自动倾斜器1602、连接第二自动倾斜器1602与上旋翼802的第二变距拉杆1502和连接第二自动倾斜器1602与第二旋翼天平1102的第二作动器1702。

本实施例下旋翼测量单元的第一旋翼天平1101包括第一传感器1801、第一弹性连杆1901、第一浮动框2001和第一固定框2101，第一浮动框2001与第一作动器1701通过球铰连接，且第一浮动框2001通过第一轴承设于下旋翼轴701；第一固定框2101与下基座301连接；第一浮动框2001和第一固定框2101通过第一弹性连杆1901连接，第一传感器1801设于第一弹性连杆1901。第一弹性连杆1901为7个，每个第一弹性连杆1901上均设有第一传感器1801。从第一作动器1701以及下旋翼轴701传递来的下旋翼力使第一弹性连杆1901产生弹性变形，由第一传感器1801测量第一弹性连杆1901的应变，从而可以解耦计算出力和弯矩。第一扭矩天平1001通过第一弹性联轴器2201分别与下旋翼变速器501和下旋翼轴701连接，第一扭矩天平1001的一端通过第一弹性联轴器2201与下旋翼变速器501的输出端连接且另一端通过另一第一弹性联轴器2201与下旋翼轴701连接，第一扭矩天平1001和两个第一弹性联轴器2201均位于第一旋翼天平1101内部，可以节省空间，使结构更紧凑。

第一旋翼天平1101用于测量升力、阻力、侧向力、俯仰力矩和滚转力矩。下旋翼801产生的拉力分两路传递，其中一路通过下旋翼轴701传递，传递到下旋翼轴701的力又分为两路：一路传递到第一弹性联轴器2201，另一路则传递到第一浮动框2001；下旋翼801产生的拉力另外一路通过第一变距拉杆1501传到第一自动倾斜器1601，第一自动倾斜器1601传到第一作动器1701，再通过第一作动器1701传到第一旋翼天平1101的第一浮动框2001上，传到第一旋翼天平1101的第一浮动框2001上的力通过第一弹性连杆1901上的第一传感器1801组合测得。因此，下旋翼801产生的拉力包括旋第一旋翼天平1101和第一弹性联轴器2201两部分之和。为了准确测量下旋翼801产生的拉力，把第一弹性联轴器2201设计成圆柱销形式，只传递扭矩而不传递拉力，消除了第一弹性联轴器2201对下旋翼801拉力测量的影响。第一扭矩天平1001用于测量扭矩(偏航力矩)。由于扭矩和拉力耦合较大，本实施例采用第一旋翼天平1101和第一扭矩天平1001组合的方式进行测量，降低了扭矩和拉力之间的影响，且连接第一扭矩天平1001和下旋翼轴701的第一弹性联轴器2201只传递扭矩而不传递拉力，保证了下旋翼801拉力测量的准确性。

本实施例上旋翼测量单元的第二旋翼天平1102包括第二传感器1802、第二弹性连杆1902、第二浮动框2002和第二固定框2102，第二浮动框2002与第二作动器1702通过球铰连接，且第二浮动框2002通过第二轴承设于上旋翼轴702；第二固定框2102与上基座302连接；第二浮动框2002和第二固定框2102通过第二弹性连杆1902连接，第二传感器1802设于第二弹性连杆1902。第二弹性连杆1902为7个，每个第二弹性连杆1902上均设有第二传感器1802。第二作动器1702以及上旋翼轴702传递来的上旋翼力使第二弹性连杆1902产生弹性变形，由第二传感器1802测量第二弹性连杆1902的应变，从而可以解耦计算出力和弯矩。第二扭矩天平1002通过第二弹性联轴器2202分别与上旋翼变速器502和上旋翼轴702连接，第二扭矩天平1002的一端通过第二弹性联轴器2202与上旋翼变速器502的输出端连接且另一端通过另一第二弹性联轴器2202与上旋翼轴702连接，第二扭矩天平1002和两个第二弹性联轴器2202均位于第二旋翼天平1102内部，可以节省空间，使结构更紧凑。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，其特征在于：包括：

支架机构，所述支架机构包括支架、可上下滑动地设于所述支架的升降平台、设于所述升降平台的下基座和设于所述支架的上基座，所述上基座位于所述下基座上方；

动力机构，所述动力机构包括设于所述下基座的电机和下旋翼变速器以及设于所述上基座的上旋翼变速器，所述下旋翼变速器和上旋翼变速器均与所述电机动力连接；

旋翼机构，所述旋翼机构包括同轴设置的下旋翼单元和上旋翼单元，所述下旋翼单元包括下旋翼轴、设于所述下旋翼轴的下旋翼和与所述下旋翼连接的下旋翼操纵组件，所述上旋翼单元包括上旋翼轴、设于所述上旋翼轴的上旋翼和与所述上旋翼连接的上旋翼操纵组件；以及

测量机构，所述测量机构包括设有第一扭矩天平和第一旋翼天平的下旋翼测量单元和设有第二扭矩天平和第二旋翼天平的上旋翼测量单元，所述第一扭矩天平的一端与所述下旋翼变速器连接且另一端与所述下旋翼轴连接，所述第一旋翼天平设于所述下基座且与所述下旋翼操纵组件连接，所述第二扭矩天平的一端与所述上旋翼变速器连接且另一端与所述上旋翼轴连接，所述第二旋翼天平设于所述上基座且与所述上旋翼操纵组件连接。

2.根据权利要求1所述的吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，其特征在于：所述下旋翼变速器采用链轮链条传动链，所述链轮链条传动链包括依次串联的第一链轮、第一链条和第二链轮。

3.根据权利要求1所述的吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，其特征在于：所述上旋翼变速器采用齿轮链条二级传动链，所述齿轮链条二级传动链包括依次串联的齿轮、第三链轮、第二链条和第四链轮。

4.根据权利要求1所述的吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，其特征在于：所述下旋翼操纵组件包括套设于所述下旋翼轴的第一自动倾斜器、连接所述第一自动倾斜器与所述下旋翼的第一变距拉杆和连接所述第一自动倾斜器与所述第一旋翼天平的第一作动器；所述上旋翼操纵组件包括套设于所述上旋翼轴的第二自动倾斜器、连接所述第二自动倾斜器与所述上旋翼的第二变距拉杆和连接所述第二自动倾斜器与所述第二旋翼天平的第二作动器。

5.根据权利要求4所述的吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，其特征在于：所述第一旋翼天平包括第一传感器、第一弹性连杆、第一浮动框和第一固定框，所述第一浮动框与所述第一作动器连接且通过第一轴承设于下旋翼轴，所述第一固定框与所述下基座连接，所述第一浮动框和第一固定框通过所述第一弹性连杆连接，所述第一传感器设于所述第一弹性连杆；所述第二旋翼天平包括第二传感器、第二弹性连杆、第二浮动框和第二固定框，所述第二浮动框与所述第二作动器连接且通过第二轴承设于上旋翼轴，所述第二固定框与所述上基座连接，所述第二浮动框和第二固定框通过所述第二弹性连杆连接，所述第二传感器设于所述第二弹性连杆。

6.根据权利要求1所述的吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，其特征在于：所述第一扭矩天平通过第一弹性联轴器分别与所述下旋翼变速器和下旋翼轴连接，所述第二扭矩天平通过第二弹性联轴器分别与所述上旋翼变速器和上旋翼轴连接。

7.根据权利要求6所述的吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，其特征在于：所述第一扭矩天平和第一弹性联轴器位于所述第一旋翼天平内部，所述第二扭矩天平和第二弹性联轴器位于所述第二旋翼天平内部。

8.根据权利要求6所述的吊挂式共轴反转双旋翼试验装置，其特征在于：所述第一弹性联轴器和第二弹性联轴器为圆柱销形式。