CN109515749B - 直升机模型水上迫降试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了直升机模型水上迫降试验装置及试验方法，本试验方法针对国内现有试验方法、试验装置的空缺，设计开发了专门的旋翼升力模拟装置模拟旋翼升力，保证了模拟旋翼升力的大小恒定且始终保持到模型着水和滑水的全过程。搭建了无线的动力控制***，保证操作的简单便捷。设计了测试***采用了轻量化小体积的传感器、测试采集***。试验步骤参照旋翼类飞机水上迫降试验步骤改进优化进行。

Description

直升机模型水上迫降试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及直升机模型水上迫降试验领域，具体涉及带旋翼升力模拟装置的直升机模型水上迫降试验方法。

背景技术

国外对于直升机水上迫降技术的研究起步较早，并对部分型号的直升机开展了模型试验和实机试验，设计开发了相关的直升机水上迫降模型升力模拟装置，形成了相关的带旋翼升力装置直升机模型水上迫降试验方法。多为上世纪五、六十年代的技术，现在看来存在以下不足之处：

一、旋翼升力模拟依靠模型外部电机产生，当模型脱离试验装置后，升力由旋翼旋转惯性维持，一直处于持续减小，不满足规章中所要求的旋翼升力大小。而且会对模型的真实运动情况造成影响。

二、模型尺度偏小，无法搭载测试传感器和数据采集***，只能依靠外部观测获取试验结果，试验数据精度不高，误差较大。

国内对于直升机水上迫降技术的研究起步较晚，尚未开发出相关的升力模拟装置，形成相关试验方法。

发明内容

发明目的

针对国内现有试验方法、试验装置的空缺，本发明提供了一种带旋翼升力模拟装置的直升机模型水上迫降试验方法，设计开发了专门的旋翼升力模拟装置模拟旋翼升力，保证了模拟旋翼升力的大小恒定且始终保持到模型着水和滑水的全过程。搭建了无线的动力控制***，保证操作的简单便捷。设计了测试***采用了轻量化小体积的传感器、测试采集***。试验步骤参照旋翼类飞机水上迫降试验步骤改进优化进行。

发明技术解决方案

为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

直升机模型水上迫降试验装置，包括试验装置、机载动力及控制***、机载测试***和旋翼升力标定装置；试验装置包括通过上安装板连接于直升机模型上的旋翼升力模拟装置；安装在直升机模型重心位置的承重轴上端连接有模型安装板，下端连接有下安装板；模型安装板通过电磁脱扣器与模型姿态调整装置连接，模型姿态调整装置通过圆形管件固定在高速拖车底部的侧桥上；机载动力及控制***包括安装在旋翼升力模拟装置上的动力电机和旋翼；设置于直升机模型内部的动力电池、电子调速器、接收机；发射机安装在高速拖车上；机载测试***包括固定在直升机模型底部的压力传感器；固定在直升机模型上加速度传感器、惯性测量单元和微型数据采集模块；旋翼升力标定装置包括试验台架、测力天平、数据采集电脑。

优选的，旋翼升力模拟装置包括：下齿轮、上齿轮、旋翼外轴轴套、旋翼外轴、下旋翼安装支架、旋翼内轴轴套、旋翼内轴、上旋翼安装支架；整个旋翼升力模拟装置套设于承重轴上；下齿轮和上旋翼安装支架分别安装在旋翼内轴的底端和顶端，旋翼内轴通过旋翼内轴轴套与旋翼外轴连接，上齿轮和下旋翼安装支架分别安装在旋翼外轴的底端和上端，旋翼外轴通过旋翼外轴轴套与上安装板连接。

优选的，模型姿态调整装置包括：纵向限位板、横向限位板、下安装板、横滚角度锁定销、横滚角度调整板、俯仰角度锁定销、上安装板、俯仰角度调整板；纵向限位板和横向限位板固定在下安装板上，下安装板通过横滚角度锁定销与横滚角度调整板连接，横滚角度调整板通过俯仰角度锁定销与俯仰角度调整板连接，俯仰角度调整板固定在上安装板上；模型姿态调整装置通过上安装板与圆形管件连接。

使用直升机模型水上迫降试验装置进行试验的方法，包括如下步骤：1)旋翼升力标定；2)调试安装机载动力及控制***和机载测试***，使直升机模型的重量、重心及惯量满足试验要求；3)将调试满足试验要求的直升机模型安装在试验装置上；4)机载动力及控制***上电，进入等待运转状态；5)机载测试***上电，进入触发采集状态；6)启动机载测试***开始采集，发射机控制机载动力***启动，以怠速200转/分的速度运转，高速拖车开始运行；7)高速拖车速度稳定后，发射机控制动力电机带动旋翼运行到试验所需转速，电磁脱扣器动作投下直升机模型；8)直升机模型着水、滑水停止后，发射机控制机载动力***停止；9)打捞回收直升机模型至船坞，回收试验数据；10)检查直升机模型状态重复步骤3)—步骤9)至模型试验工况完成。

优选的，步骤1)旋翼升力标定的过程为：将试验台架安装在测力天平上，旋翼升力模拟装置安装在试验台架上，将动力电机、旋翼安装在旋翼升力模拟装置上，动力电池、电子调速器、接收机安装在试验台架内部，发射机由试验人员操控；试验人员操控发射机启动动力电机带动旋翼转动至200转/分，然后以200转/分一级逐级加速至3000转/分，每加速一级转速稳定5秒，由数据采集电脑记录测力天平上的旋翼升力，记录旋翼转速、旋翼升力大小以及发射机对应位置。

优选的，步骤6)中发射机发射无线信号给接收机，电子调速器收到接收机信号后控制动力电机转动至怠速200转/分，旋翼跟随动力电机转动。

优选的，步骤7)中通过缓慢改变发射机的发射信号，控制动力电机带动旋翼以100转/秒的速度提高转速至试验所需转速，待转速稳定后，电磁脱扣器动作投下直升机模型，旋翼以恒定转速跟随直升机模型着水。

本发明的优点

本发明的优点在于：

(1)试验过程中旋翼升力能一直恒定保持到模型着水及滑行的全过程，且试验重复性、可靠性高。

(2)机载测试***方便可靠，试验数据可靠，误差小。

附图说明

图1为本发明的直升机模型水上迫降试验装置结构示意图。

图2为本发明的旋翼升力模拟装置结构示意图。

图3为本发明的模型姿态调整装置结构示意图。

图4为本发明的旋翼升力标定装置结构示意图。

图中：1-直升机模型，2-旋翼升力模拟装置，2-1-下齿轮、2-2-上齿轮、2-4-旋翼外轴、2-5-下旋翼安装支架、2-6-旋翼内轴轴套、2-7-旋翼内轴、2-8-上旋翼安装支架、3-上安装板，4-下安装板，5-承重轴，6-模型安装板，7-电磁脱扣器，8-模型姿态调整装置，8-1-纵向限位板、8-2-横向限位板、8-3-下安装板Ⅰ、8-4-横滚角度锁定销、8-5-横滚角度调整板、8-6-俯仰角度锁定销、8-7-上安装板Ⅰ、8-8-俯仰角度调整板、9-圆形管件，10-高速拖车，11-侧桥，12-动力电机，13-电子调速器，14-发射机，15-接收机，16-动力电池，17-旋翼，18-压力传感器、19-加速度传感器、20-惯性测量单元，21-微型数据采集模块、22-试验台架、23-测力天平、25-数据采集电脑。

具体实施方式

结合发明内容概述和附图，详细说明本发明的具体实施方式。

直升机模型水上迫降试验装置，包括试验装置、机载动力及控制***、机载测试***和旋翼升力标定装置；

试验装置包括通过上安装板3连接于直升机飞机模型1上的旋翼升力模拟装置2；安装在直升机飞机模型1重心位置的承重轴5上端连接有模型安装板6，下端连接有下安装板4；模型安装板6通过电磁脱扣器7与模型姿态调整装置8连接，模型姿态调整装置8通过竖直设置的圆形管件9固定在高速拖车10底部的侧桥11上；

机载动力及控制***包括设置于旋翼安装在旋翼升力模拟装置2上的动力电机12和旋翼17；设置于直升机模型1内部的动力电池16、电子调速器13、接收机15；发射机14安装在高速拖车10上由试验人员操控。

机载测试***包括固定在直升机模型1底部的压力传感器17；固定在直升机模型1上的压力传感器18、加速度传感器19、惯性测量单元20和微型数据采集模块21。

旋翼升力标定装置包括试验台架22、测力天平23、数据采集电脑25。

旋翼升力模拟装置2包括：下齿轮2-1、上齿轮2-2、旋翼外轴轴套2-3、旋翼外轴2-4、下旋翼安装支架2-5、旋翼内轴轴套2-6、旋翼内轴2-7、上旋翼安装支架2-8。整个旋翼升力模拟装置2套在承重轴5外面，通过上安装板3安装在直升机飞机模型1上。下齿轮2-1和上旋翼安装支架2-8分别安装在旋翼内轴2-7的底端和上端，旋翼内轴2-7套在承重轴5上；旋翼内轴2-7通过旋翼内轴轴套2-6与旋翼外轴2-4连接，旋翼外轴2-4套在旋翼内轴轴套2-6上并与旋翼内轴轴套2-6可拆卸连接，上齿轮2-2和下旋翼安装支架2-5分别安装在旋翼外轴2-4的底端和上部，下旋翼安装支架2-5位于上旋翼安装支架2-8下方，上齿轮2-2和下齿轮2-1的齿相对设置；上安装板3设置于旋翼外轴2-4中部，上安装板3底部开设有轴承槽，轴承槽内设置有两个深沟球轴承，最下方轴承底部通过销轴限位，最下方轴承下部还设置有可拆卸连接于上安装板3的轴承槽底面的轴承盖。承重轴5底部可拆卸连接下安装板4。旋翼升力模拟装置2位于上安装板3以下部件伸入直升机飞机模型1内。旋翼17分别安装于下旋翼安装支架2-5和上旋翼安装支架2-8上。传动齿轮紧固在动力电机12轴上，将紧固好的传动齿轮***上齿轮2-2、下齿轮2-1中间，连接板紧固在上安装板3下表面，调节好连接板位置将动力电机12固定在连接板上。

模型姿态调整装置8包括：纵向限位板8-1、横向限位板8-2、下安装板8-3、横滚角度锁定销8-4、横滚角度调整板8-5、俯仰角度锁定销8-6、上安装板8-7、俯仰角度调整板8-8。纵向限位板8-1和横向限位板8-2固定在下安装板8-3底面，下安装板8-3通过横滚角度锁定销8-4与横滚角度调整板8-5连接，横滚角度调整板8-5通过俯仰角度锁定销8-6与俯仰角度调整板8-8连接，俯仰角度调整板8-8固定在上安装板8-7上。整个模型姿态调整装置8通过上安装板8-7与圆形管件9连接。

试验装置安装先将圆形管件9通过螺杆安装在高速拖车侧桥中间，模型姿态调整装置8上的上安装板8-7通过螺杆固定在圆形管件9的底部，电磁脱扣器7通过螺杆固定在模型姿态调整装置8的下安装板8-3中间。将横滚角度锁定销8-4、俯仰角度锁定销8-6松开，锁紧纵向限位板8-1和横向限位板8-2上的螺杆。

试验模型准备:先将旋翼升力模拟装置2通过上安装板3固定在直升机模型1上，承重轴5通过下安装板4用螺杆固定在直升机模型1内部的承力框上。然后将动力电机12通过螺杆安装在直升机模型1内部指定位置，动力电池16、电子调速器13、接收机15通过双面胶和扎带固定到直升机模型1内部，旋翼17分开安装在旋翼升力模拟装置2上的下旋翼安装支架2-5和上旋翼安装支架2-8上，并用螺杆锁紧。将压力传感器17、压力传感器18通过螺纹口安装在直升机模型1底面所需测试压力的位置，加速度传感器19、惯性测量单元20和微型数据采集模块21安装在直升机模型1内部中间。

试验模型安装时，先松开电磁脱扣器7的挂钩，将挂钩勾住模型安装板6上的吊挂点后闭合。将模型姿态调整装置8纵向限位板8-1、横向限位板8-2分别顶住安装板6上的限位块。调整横滚角度调整板8-5使模型横滚角满足试验要求后锁紧横滚角度锁定销8-4，调整俯仰角度调整板8-8使模型俯仰角满足试验要求后锁紧俯仰角度锁定销8-6。

使用直升机模型水上迫降试验装置进行试验的方法，包括如下步骤：

1)旋翼升力标定；

2)调试安装机载动力及控制***、机载测试***；使直升机模型的重量、重心及惯量满足试验要求；

3)将调试满足试验要求的直升机模型安装在试验装置上；

4)机载动力及控制***上电，进入等待运转状态；

5)机载测试***上电，进入触发采集状态；

6)启动机载测试***开始采集，发射机14控制机载动力***启动，以怠速200转/分的速度运转，高速拖车10开始运行；

7)高速拖车10速度稳定后，发射机14控制动力电机12带动旋翼17运行到试验所需转速，电磁脱扣器7动作投下直升机模型；

8)直升机模型着水、滑水停止后，发射机14控制机载动力***停止；

9)打捞回收直升机模型至船坞，回收试验数据；

10)检查直升机模型状态重复步骤3)—步骤9)至模型试验工况完成。

步骤1)旋翼升力标定过程如下：将试验台架22安装在测力天平23上，旋翼升力模拟装置2安装在试验台架22上，将动力电机12、旋翼17安装在旋翼升力模拟装置上，动力电池16、电子调速器13、接收机15安装在试验台架22内部，发射机14由试验人员操控。试验人员操控发射机14启动动力电机12带动旋翼17转动至200转/分，然后以200转/分一级逐级加速至3000转/分，每加速一级转速稳定5秒，由数据采集电脑25记录测力天平23上的旋翼升力，记录旋翼17转速、旋翼升力大小以及发射机14对应位置。

步骤6)发射机14发射无线信号给接收机15，电子调速器13收到接收机15信号后控制动力电机12转动至怠速200转/分，旋翼17跟随动力电机12转动。

步骤7)通过缓慢改变发射机14的发射信号，控制动力电机12带动旋翼17以100转/秒的速度提高转速至试验所需转速，待转速稳定后，电磁脱扣器7动作投下直升机模型，旋翼17以恒定转速跟随直升机模型着水。

Claims (6)

1.直升机模型水上迫降试验装置，其特征在于，包括试验装置主体、机载动力及控制***、机载测试***和旋翼升力标定装置；

试验装置主体包括通过上安装板(3)连接于直升机模型(1)上的旋翼升力模拟装置(2)，在直升机模型(1)重心位置的承重轴(5)上端的模型安装板(6)和其下端的下安装板(4)，通过电磁脱扣器(7)与模型安装板(6)连接的模型姿态调整装置(8)；模型姿态调整装置(8)通过圆形管件(9)固定在高速拖车(10)底部的侧桥(11)上；

机载动力及控制***包括安装在旋翼升力模拟装置(2)上的动力电机(12)和旋翼(17)，设置于直升机模型(1)内部的动力电池(16)、电子调速器(13)、接收机(15)，安装在高速拖车(10)上的发射机(14)；

机载测试***包括固定在直升机模型(1)底部的压力传感器(18)，固定在直升机模型(1)上的加速度传感器(19)、惯性测量单元(20)和微型数据采集模块(21)；

旋翼升力标定装置包括试验台架(22)、测力天平(23)、数据采集电脑(25)；

旋翼升力模拟装置(2)包括下齿轮(2-1)、上齿轮(2-2)、旋翼外轴轴套(2-3)、旋翼外轴(2-4)、下旋翼安装支架(2-5)、旋翼内轴轴套(2-6)、旋翼内轴(2-7)、上旋翼安装支架(2-8)；整个旋翼升力模拟装置(2)套设于承重轴(5)上；下齿轮(2-1)和上旋翼安装支架(2-8)分别安装在旋翼内轴(2-7)的底端和顶端，旋翼内轴(2-7)通过旋翼内轴轴套(2-6)与旋翼外轴(2-4)连接，上齿轮(2-2)和下旋翼安装支架(2-5)分别安装在旋翼外轴(2-4)的底端和上端。

2.如权利要求1所述的直升机模型水上迫降试验装置，其特征在于，模型姿态调整装置(8)包括：纵向限位板(8-1)、横向限位板(8-2)、下安装板Ⅰ(8-3)、横滚角度锁定销(8-4)、横滚角度调整板(8-5)、俯仰角度锁定销(8-6)、上安装板Ⅰ(8-7)、俯仰角度调整板(8-8)；纵向限位板(8-1)和横向限位板(8-2)固定在下安装板Ⅰ(8-3)上，下安装板Ⅰ(8-3)通过横滚角度锁定销(8-4)与横滚角度调整板(8-5)连接，横滚角度调整板(8-5)通过俯仰角度锁定销(8-6)与俯仰角度调整板(8-8)连接，俯仰角度调整板(8-8)固定在上安装板Ⅰ(8-7)上；模型姿态调整装置(8)通过上安装板Ⅰ(8-7)与圆形管件(9)连接。

3.使用如权利要求1～2任一所述的直升机模型水上迫降试验装置进行试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)旋翼升力标定；

2)调试安装机载动力及控制***和机载测试***，使直升机模型(1)的重量、重心及惯量满足试验要求；

3)将调试满足试验要求的直升机模型(1)安装在试验装置上；

4)机载动力及控制***上电，进入等待运转状态；

5)机载测试***上电，进入触发采集状态；

6)启动机载测试***开始采集，发射机(14)控制机载动力***启动，以怠速200转/分的速度运转，高速拖车(10)开始运行；

7)高速拖车(10)速度稳定后，发射机(14)控制动力电机(12)带动旋翼(17)运行到试验所需转速，电磁脱扣器(7)动作投下直升机模型(1)；

8)直升机模型(1)着水、滑水停止后，发射机(14)控制机载动力***停止；

9)打捞回收直升机模型(1)至船坞，回收试验数据；

10)检查直升机模型(1)状态重复步骤3)—步骤9)至模型试验工况完成。

4.如权利要求3所述的试验方法，其特征在于：步骤1)旋翼升力标定的过程为：将试验台架(22)安装在测力天平(23)上，旋翼升力模拟装置(2)安装在试验台架(22)上，将动力电机(12)、旋翼(17)安装在旋翼升力模拟装置(2)上，动力电池(16)、电子调速器(13)、接收机(15)安装在试验台架(22)内部，发射机(14)由试验人员操控；试验人员操控发射机(14)启动动力电机(12)带动旋翼(17)转动至200转/分，然后以200转/分一级逐级加速至3000转/分，每加速一级转速稳定5秒，由数据采集电脑(25)记录测力天平(23)上的旋翼升力，记录旋翼(17)转速、旋翼升力大小以及发射机(14)对应位置。

5.如权利要求3所述的试验方法，其特征在于：步骤6)中发射机(14)发射无线信号给接收机(15)，电子调速器(13)收到接收机(15)信号后控制动力电机(12)转动至怠速200转/分，旋翼(17)跟随动力电机(12)转动。

6.如权利要求3所述的试验方法，其特征在于：步骤7)中通过缓慢改变发射机(14)的发射信号，控制动力电机(12)带动旋翼(17)以100转/秒的速度提高转速至试验所需转速，待转速稳定后，电磁脱扣器(7)动作投下直升机模型，旋翼(17)以恒定转速跟随直升机模型着水。

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