一种直升机旋翼气动试验五分量测力天平原位加载校准装置制造方法及图纸

一种直升机旋翼气动试验五分量测力天平原位加载校准装置，属于多分量测力天平校准领域。包括旋翼天平五分量力组合加载机构和自动化测试校准系统；旋翼天平五分量力组合加载机构包括框架式加载架、多维力加载头以及标准力源；自动化测试校准系统包括伺服电机控制模块、数据采集与处理模块、通讯模块以及综合校准控制软件模块；框架式加载架以旋翼天平底座为基础向外延伸并构建框架式支撑结构平台；多维力加载头采用自上而下模块化设计；标准力源为一体化设计的电动加载缸。本发明专利技术实现了旋翼五分量气动力组合加载校准，显著提高了旋翼天平五分量气动力的校准精度，大大提高了校准效率，且具有加载精度高、响应快、易于自适应控制以及易维护的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种直升机旋翼气动试验五分量测力天平原位加载校准装置
本专利技术涉及一种直升机旋翼气动试验五分量测力天平原位加载校准装置，尤其涉及一种直升机旋翼气动试验五分量测力天平在其安装原位进行多分量力组合加载校准的装置，属于多分量测力天平校准领域。
技术介绍
直升机旋翼试验过程中多维气动力的试验数据通过安装于旋翼试验塔顶部的五分量测力天平和扭矩传感器直接测得，其测量数据的准确性直接影响被测旋翼系统的性能评价结果。其中，五分量测力天平即旋翼天平。因此，旋翼天平在全寿命周期内需进行定期校准，以保证量值准确，数据可靠。旋翼天平安装在旋翼试验塔顶部，内部传感器的安装定位精度要求高，实际工况环境复杂，传感器拆卸单独送检的方式，无法表征旋翼天平在实际工况安装状态下系统整体的测量特性，必须进行原位校准。现有技术中，有实现大吨位旋翼天平在旋翼试验台上标定，并实现旋翼天平升力和弯矩这两种单分量力的原位校准，然而多分量测力天平是一种耦合性很强的测力系统，单分量力的加载校准无法揭示各分量之间的耦合关系，无法进一步提高校准精度。对于旋翼天平这种大吨位复杂的测力系统，多分量力值校准是十分重要且必要的，然而，现有的多分量测力天平校准技术中，校准目标只能覆盖常规小型的、可拆卸的多分量力测量仪表。综上所述，目前还没有针对旋翼天平这类大吨位、无法拆卸的测力系统进行多分量力原位校准的装置。本专利技术正是基于这种现状，研究能够在旋翼天平的安装原位进行多分量力组合加载校准的校准装置，不仅能实现直升机旋翼升力(Z)、阻力(X)、侧向力(Y)、俯仰力矩(MZ)、滚转力矩(MX)五分量气动力的任一分量力值的单独校准，也能实现任意多个分量力组合加载的校准。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决旋翼天平多分量力组合加载校准无法灵活实现的技术难题，提供一种既能对旋翼天平进行五分量力组合的机械加载，又能实现多维力电气自动化校准的原位加载校准装置，提出了一种直升机旋翼气动试验五分量测力天平原位加载校准装置。一种直升机旋翼气动试验五分量测力天平原位加载校准装置包括旋翼天平五分量力组合加载机构和自动化测试校准系统两大部分；其中，旋翼天平五分量力组合加载机构是在旋翼天平安装原位实现五分量力同时加载的机械结构，包括框架式加载架、多维力加载头以及标准力源；自动化测试校准系统采用PXI总线硬件平台，基于Labview程序开发环境编制综合校准控制软件；所述框架式加载架以旋翼天平底座为基础安装底部立柱，向外延伸至旋翼天平浮框之上，底部立柱之上构建框架式支撑结构平台；框架式加载架由4组底部立柱、1组支撑框架平台、4组上下部连接法兰板以及4组水平加载柱组装而成，其中的横梁或立梁均采用弯矩耐受力强的圆柱型或H型型材为基体加工制造；所述多维力加载头采用自上而下模块化设计，主要包括加载转接法兰、外伸悬臂、交叉横梁、导向块、顶杆、销轴以及受力顶块；加载转接法兰为交叉十字结构，交叉横梁为耐弯矩的H型横梁，导向块的制作材料为铜合金；多维力加载头的一端与旋翼天平受力端固联，一端与标准力源接触受力，为旋翼天平五分量气动力的同时加载提供着力点，且在满足刚度要求的前提下保证了校准载荷受力轴系与旋翼天平受力端测量轴系基准合一；顶杆在铜导向块的导向下将校准载荷传递到销轴上，以保证竖直方向上的校准载荷作用点位于横梁中心线上，受力顶块在校准坐标系正交方向加工受力平面，施载点所在轴线与交叉横梁中心线交于一点；所述标准力源为一体化设计的电动加载缸，主要由法兰结构框、精密电机与精密行星减速器、圆柱型主体结构、精密滚柱丝杠副以及力值传感器部件组成；法兰结构框在底部，其内部安装精密电机与精密行星减速器，圆柱型主体结构通过螺栓安装在中部，结构内部集成了推力输出的导向组件和精密滚柱丝杠副传动组件，力值传感器通过带螺纹的连接结构安装在上部；精密滚柱丝杠副为模块化产品，根据实际要求选配伺服电机及减速机，设计法兰结构框，整体结构紧凑，结构刚性好，力加载控制稳定而精确；标准力源为半标准化产品，由伺服电机驱动行星滚柱丝杠输出标准推力，推力杆前端安装力传感器以测量加载过程中的实际校准载荷；自动化测试校准系统包括伺服电机控制模块、数据采集与处理模块、通讯模块以及综合校准控制软件模块，综合校准控制软件模块为总体控制模块；所述伺服电机控制模块采用PXI运动控制卡，负责发送脉冲指令以驱动电机运动；所述数据采集与处理模块采用PXI应变/桥输入模块卡，提供力值传感器的电压激励并采集应变信号；所述通讯模块采用PXI串口通讯卡，获取旋翼天平数据处理系统解算出的各个分量气动力数据；所述综合校准控制软件模块基于PC平台，主要包括人机交互界面、数据处理与显示、力值闭环控制以及自动化数据校准模块；人机交互界面模块加载目标力值的输入与显示；数据处理与显示模块将采集到的加载端力传感器的应变信号转换成力值数据并显示出来；力值闭环控制模块将力值信号采集模块获得的实时力值数据与输入的目标力值进行对比，并采用控制策略计算产生相应的控制信号发送给伺服电机控制模块；自动化数据校准模块将力加载数据与被校系统测量数据进行比对校准，通过数据解算程序获得校准系数矩阵。框架式加载架利用旋翼试验塔顶有限的空间，为八组标准力源的安装提供精确定位安装法兰，为旋翼天平五分量气动力的同时加载提供支撑基础。本校准装置的连接与安装关系如下：旋翼天平五分量力组合加载机构与自动化测试校准系统相连；框架式加载架与标准力源相连，标准力源与多维力加载头相连；框架式加载架的连接及安装关系如下：4组底部立柱用螺栓分别固定在旋翼天平底座的四个对称均布支点上，支撑框架平台通过螺栓与4组底部立柱的顶端法兰连接并保证平台水平，4组水平加载柱通过螺栓垂直安装在支撑框架平台上；多维力加载头各组成模块的连接关系及安装关系如下：加载转接法兰十字结构对应的四个外伸悬臂安装平面上固定安装交叉横梁，交叉横梁一端安装导向块，顶杆可在导向块的导向下将校准载荷准确的传递到销轴上受力顶块通过高精度轴孔与转接法兰配合安装，外伸交叉悬臂与对应位置的交叉横梁固定；自动化测试校准系统中各模块的连接关系为：综合校准控制软件模块分别与伺服电机控制模块、数据采集与处理模块以及通讯模块块相连。本校准装置中各模块的功能如下：框架式加载架的功能是为旋翼天平五分量气动力的同时加载提供支撑基础；多维力加载头的功能是校准载荷的末端传递，为旋翼天平五分量气动力的同时加载提供着力点；标准力源的功能是为旋翼天平五分量气动力的同时加载提供标准的加载力；自动化测试校准系统的功能是整合力加载控制、数据采集处理、通信控制、人机界面、自动校准功能，完全实现电气自动化校准。有益效果一种直升机旋翼气动试验五分量测力天平原位加载校准装置，与现有校准装置相比，具有如下有益效果：1、应用本专利技术装置可在旋翼天平的安装原位，实现旋翼五分量气动力单独或组合加载校准，可更全面的揭示旋翼天平在工作状态中各分量测量力值之间的耦合关系，显著提高旋翼天平五分量气动力的测量精度；2、本专利技术装置多分量力组合加载的校准坐标系与旋翼天平测量坐标系基准统一，避免引入附加干扰作用力和力矩；3、本专利技术装置的标准力源具有小型便携、加载精度高、响应快、易于自适应控制以及易维护的优点，克服了常规液压加载方案需要配备的液压源、笨重不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋翼气动试验五分量测力天平原位加载校准装置，其特征在于：包括旋翼天平五分量力组合加载机构和自动化测试校准系统两大部分；其中，旋翼天平五分量力组合加载机构是在旋翼天平安装原位实现五分量力同时加载的机械结构，包括框架式加载架、多维力加载头以及标准力源；自动化测试校准系统采用PXI总线硬件平台，基于Labview程序开发环境编制综合校准控制软件；所述框架式加载架以旋翼天平底座为基础安装底部立柱，向外延伸至旋翼天平浮框之上，底部立柱之上构建框架式支撑结构平台；框架式加载架由4组底部立柱、1组支撑框架平台、4组上下部连接法兰板以及4组水平加载柱组装而成，其中的横梁或立梁均采用弯矩耐受力强的圆柱型或H型型材为基体加工制造；所述多维力加载头采用自上而下模块化设计，主要包括加载转接法兰、外伸悬臂、交叉横梁、导向块、顶杆、销轴以及受力顶块；加载转接法兰为交叉十字结构，交叉横梁为耐弯矩的H型横梁，导向块的制作材料为铜合金；多维力加载头的一端与旋翼天平受力端固联，一端与标准力源接触受力，为旋翼天平五分量气动力的同时加载提供着力点，且在满足刚度要求的前提下保证了校准载荷受力轴系与旋翼天平受力端测量轴系基准合一：顶杆在铜导向块的导向下将校准载荷传递到销轴上，以保证竖直方向上的校准载荷作用点位于横梁中心线上，受力顶块在校准坐标系正交方向加工受力平面，施载点所在轴线与交叉横梁中心线交于一点；所述标准力源为一体化设计的电动加载缸，主要由法兰结构框、精密电机与精密行星减速器、圆柱型主体结构、精密滚柱丝杠副以及力值传感器部件组成；自动化测试校准系统包括伺服电机控制模块、数据采集与处理模块、通讯模块以及综合校准控制软件模块；本校准装置的连接与安装关系如下：旋翼天平五分量力组合加载机构与自动化测试校准系统相连；框架式加载架与标准力源相连，标准力源与多维力加载头相连；框架式加载架各组成部件的连接及安装关系如下：4组底部立柱用螺栓分别固定在旋翼天平底座的四个对称均布支点上，支撑框架平台通过螺栓与4组底部立柱的顶端法兰连接并保证平台水平，4组水平加载柱通过螺栓垂直安装在支撑框架平台上；多维力加载头各组成部件的连接关系及安装关系如下：加载转接法兰十字结构对应的四个外伸悬臂安装平面上固定安装交叉横梁，交叉横梁一端安装导向块，顶杆可在导向块的导向下将校准载荷准确的传递到销轴上受力顶块通过高精度轴孔与转接法兰配合安装，外伸交叉悬臂与对应位置的交叉横梁固定；自动化测试校准系统中各模块的连接关系为：综合校准控制软件模块作为总体控制模块，分别与伺服电机控制模块、数据采集与处理模块、通讯模块等功能模块相连。...

【技术特征摘要】
1.一种旋翼气动试验五分量测力天平原位加载校准装置，其特征在于：包括旋翼天平五分量力组合加载机构和自动化测试校准系统两大部分；其中，旋翼天平五分量力组合加载机构是在旋翼天平安装原位实现五分量力同时加载的机械结构，包括框架式加载架、多维力加载头以及标准力源；自动化测试校准系统采用PXI总线硬件平台，基于Labview程序开发环境编制综合校准控制软件；所述框架式加载架以旋翼天平底座为基础安装底部立柱，向外延伸至旋翼天平浮框之上，底部立柱之上构建框架式支撑结构平台；框架式加载架由4组底部立柱、1组支撑框架平台、4组上下部连接法兰板以及4组水平加载柱组装而成，其中的横梁或立梁均采用弯矩耐受力强的圆柱型或H型型材为基体加工制造；所述多维力加载头采用自上而下模块化设计，主要包括加载转接法兰、外伸悬臂、交叉横梁、导向块、顶杆、销轴以及受力顶块；加载转接法兰为交叉十字结构，交叉横梁为耐弯矩的H型横梁，导向块的制作材料为铜合金；多维力加载头的一端与旋翼天平受力端固联，一端与标准力源接触受力，为旋翼天平五分量气动力的同时加载提供着力点，且在满足刚度要求的前提下保证了校准载荷受力轴系与旋翼天平受力端测量轴系基准合一：顶杆在铜导向块的导向下将校准载荷传递到销轴上，以保证竖直方向上的校准载荷作用点位于横梁中心线上，受力顶块在校准坐标系正交方向加工受力平面，施载点所在轴线与交叉横梁中心线交于一点；所述标准力源为一体化设计的电动加载缸，主要由法兰结构框、精密电机与精密行星减速器、圆柱型主体结构、精密滚柱丝杠副以及力值传感器部件组成；自动化测试校准系统包括伺服电机控制模块、数据采集与处理模块、通讯模块以及综合校准控制软件模块；本校准装置的连接与安装关系如下：旋翼天平五分量力组合加载机构与自动化测试校准系统相连；框架式加载架与标准力源相连，标准力源与多维力加载头相连；框架式加载架各组成部件的连接及安装关系如下：4组底部立柱用螺栓分别固定在旋翼天平底座的四个对称均布支点上，支撑框架平台通过螺栓与4组底部立柱的顶端法兰连接并保证平台水平，4组水平加载柱通过螺栓垂直安装在支撑框架平台上；多维力加载头各组成部件的连接关系及安装关系如下：加载转接法兰十字结构对应的四个外伸悬臂安装平面上固定安装交叉横梁，交叉横梁一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤斌，王胜超，朱岩，章苗红，吴惠明，王文健，肖彬，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11