螺旋桨负载特性模拟试验装置及模拟测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种螺旋桨负载特性模拟试验装置及测试方法，所述装置包括安装底座，所述安装底座上固定有一个第一支架和一个第二支架，第一支架与第二支架之间设置有基础惯量圆盘，所述基础惯量圆盘的上下侧的各设置有一个弧形分段定子，所述惯量圆盘输出轴的两端分别通过一个可轴向滑动的滚动轴承与第一支架以及第二支架连接，两个结构相同的电磁铁位于所述基础惯量圆盘的一侧，被测电机通过第三支架固定到所述安装底座上，所述被测电机的输出轴通过联轴器与所述惯量圆盘输出轴连接。所述装置结构简单、可控制增减载荷以及自身受力情况、具备较强耐外界环境因素变化能力等优点。具备较强耐外界环境因素变化能力等优点。具备较强耐外界环境因素变化能力等优点。

【技术实现步骤摘要】
螺旋桨负载特性模拟试验装置及模拟测试方法


[0001]本专利技术涉及螺旋桨测试装置
，尤其涉及一种螺旋桨负载特性模拟试验装置及模拟测试方法。

技术介绍

[0002]随着大功率电力电子技术的日渐成熟以及高功率变频驱动技术的飞速发展，飞行器的电气化受到了广泛关注和研究，以电力推进为主要特征的全电/多电飞行器不断涌现，其具有动力系统结构简单、一体化程度高、可控性强等突出优势，是未来飞行器的重要发展方向。全电/多电飞行器飞行作业高度范围覆盖从地面附近到临近空间环境，宽高度范围使得其工作环境复杂多变：由地面环境下的常温常压到临近空间的低温(
‑
80℃)低压(2.5kpa)，因此，全电/多电飞行器对其核心部件—电推进系统的性能提出了十分严苛的要求。
[0003]对电推进系统进行带螺旋桨负载测试，以验证其动、静态性能指标是全电/多电飞行器设计中十分重要的环节。通过搭建螺旋桨负载模拟装置，结合环境试验模拟装设备，构建全海拔高度下的环境工况，模拟螺旋桨在真实工况下的转矩、转速、受力情况，并加载到推进电机系统上，使其与实际飞行器的推进工况相似，可以真实地模拟飞行器实际飞行工况特性，进而验证被测试推进电机系统的关键性能是否满足要求。
[0004]一般的，电机输出性能测试设备主要有磁粉制动器，磁阻测功机、电涡流测功机、电力测功机等。以电力测功机为例，其采用对拖的方式进行负载试验，即在被测试电机的输出轴上对接一发电机作为负载电机。测试时，可以采用被测电机拖动负载电机同速旋转，控制负载电机产生转矩，实现对被测电机转矩、转速输出性能的测试；然而，该方法并不能模拟螺旋桨负载的完整特性。除了转矩、转速特性外，螺旋桨运行时的转动惯量及其产生的轴向拉力，桨叶不平衡产生的偏心力以及受不规则气流影响产生的弯矩，均会对推进电机造成影响。
[0005]另一方面，由于地面环境和高空环境的空气密度相差巨大，若直接在地面环境下使用推进电机带动螺旋桨旋转进行测试，无法实现螺旋桨全转速运行，即无法实现全状态测试。此外，一般螺旋桨尺寸较大，无法利用环境试验箱对全海拔高度下的螺旋桨负载运行特性进行测试。
[0006]因此，设计一种结构简单、可控制增减载荷以及自身受力情况、具备较强耐外界环境因素变化能力的螺旋桨负载模拟试验装置，用于在实验室中完整模拟全海拔高度环境下螺旋桨负载的转动惯量、转矩特性及受外力情况的需求随之产生。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种结构简单、可控制增减载荷以及自身受力情况、具备较强耐外界环境因素变化能力的螺旋桨负载特性模拟试验装置。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种螺旋桨负载特性模拟试
验装置，其特征在于：包括安装底座，所述安装底座上固定有一个第一支架和一个第二支架，第一支架与第二支架之间设置有基础惯量圆盘，所述基础惯量圆盘下侧的安装底座上设置有一个弧形分段定子，所述基础惯量圆盘上侧的所述第一支架上固定有一个弧形分段定子，所述基础惯量圆盘的轴心设置有惯量圆盘输出轴，所述惯量圆盘输出轴的两端分别通过一个可轴向滑动的滚动轴承与第一支架以及第二支架连接，所述惯量圆盘输出轴的端部延伸到所述第一支架的外侧，且该端部设置有位置传感器，两个结构相同的电磁铁位于所述基础惯量圆盘的一侧，正对基础惯量盘面边缘且关于转轴对称，向两个电磁铁中通入相等的直流电流，对所述惯量圆盘产生相同大小的吸力，产生的合力垂直于惯量盘面且位于轴心处，通过改变直流电流的大小改变吸力，进而实现对螺旋桨负载所受拉力的模拟；被测电机通过第三支架固定到所述安装底座上，所述被测电机的输出轴通过联轴器与所述惯量圆盘输出轴连接，驱动控制器与模拟控制上位机之间通过通信总线连接；驱动控制器与母线电源、弧形分段定子以及电磁铁均通过动力电缆连接，驱动控制器将采集到的转速信号通过通信总线上传给模拟控制上位机进行处理。
[0009]进一步的技术方案在于：所述基础惯量圆盘包括圆盘本体，所述圆盘本体的中心固定有惯量圆盘输出轴，所述圆盘本体的外周固定有大小相同、均匀交替排布的N、S磁极，基础惯量圆盘与弧形分段定子构成了表贴式内转子永磁同步电机结构；所述圆盘本体的一个面上固定有4块完全相同且对称安装的补偿扇形盘，通过改变其重量实现对不同螺旋桨负载转动惯量的模拟。
[0010]进一步的技术方案在于：靠近所述圆盘本体的边缘处固定有配重块，通过改变其重量的方式实现对螺旋桨偏心力的模拟。
[0011]进一步的技术方案在于：补偿扇形盘和配重块采用螺栓固定到圆盘本体上。
[0012]进一步的技术方案在于：所述可轴向滑动的滚动轴承包括位于内圈的滑动轴承以及固定在滑动轴承外圈的滚动轴承，所述滑动轴承的内圈与所述惯量圆盘输出轴固定连接。
[0013]本专利技术还公开了一种使用权利要求所述的螺旋桨负载特性模拟试验装置进行测试的方法，其特征在于，对螺旋桨所受偏心力的仿真模拟包括如下步骤：
[0014]步骤1：通过静平衡试验、动平衡试验得到螺旋桨偏心力F1；
[0015]步骤2：计算需要的配重块质量m1为：
[0016][0017]上式中，R3为配重块底部圆心与惯量圆盘输出轴轴心的距离，ω为螺旋桨旋转角速度；
[0018]步骤3：配重块选择圆柱体，计算其重量l为：
[0019][0020]上式中，r为配重块底面半径；
[0021]步骤4：选择重量为l的配重块安装在基础惯量圆盘预留的安装槽内，采用螺栓固定，实现对螺旋桨所受偏心力的模拟。
[0022]进一步的技术方案在于：对转动惯量的仿真模拟包括如下步骤：
[0023]步骤1：在已完成偏心力匹配的基础上，确定配重块的转动惯量J3：
[0024][0025]步骤2：确定所需的惯量补偿扇形盘的转动惯量ΔJ为：
[0026]ΔJ＝J1‑
J2‑
J3[0027]上式中，ΔJ为补偿扇形盘的转动惯量，J1为目标螺旋桨的转动惯量，J2为基础惯量圆盘的转动惯量，转动惯量的单位为kg
·
m2；
[0028]步骤3：根据计算出的补偿扇形盘的转动惯量，计算补偿扇形盘的重量h为：
[0029][0030]上式中，ρ为惯量圆盘及补偿扇形盘材料的密度；R2为补偿扇形盘的外半径；R1为补偿扇形盘的内半径，γ为补偿扇形盘的圆心角；
[0031]步骤4：选择4块重量为h的补偿扇形盘安装在基础惯量圆盘预留的安装止口内，采用螺栓固定，实现对螺旋桨负载转动惯量的模拟。
[0032]进一步的技术方案在于：对于转矩特性的仿真模拟包括如下步骤：
[0033]步骤1：在上位机中设定需要基础惯量圆盘输出的转矩上位机根据预先保存的T
‑
I曲线得到该转矩对应的输入电流指令值，根据公式计算得到弧形分段定子的d、q轴电流指令值并通过通信总线传递给驱动控制器；
[0034]步骤2：被测电机根据受到的螺旋桨转速指令n
*
逐渐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺旋桨负载特性模拟试验装置，其特征在于：包括安装底座(1)，所述安装底座(1)上固定有一个第一支架(2)和一个第二支架(3)，第一支架(2)与第二支架(3)之间设置有基础惯量圆盘(4)，所述基础惯量圆盘(4)下侧的安装底座(1)上设置有一个弧形分段定子(5)，所述基础惯量圆盘(4)上侧的所述第一支架(2)上固定有一个弧形分段定子(5)，所述基础惯量圆盘(4)的轴心设置有惯量圆盘输出轴(4
‑
1)，所述惯量圆盘输出轴(4
‑
1)的两端分别通过一个可轴向滑动的滚动轴承(6)与第一支架(2)以及第二支架(3)连接，所述惯量圆盘输出轴(4
‑
1)的端部延伸到所述第一支架(2)的外侧，且该端部设置有位置传感器(7)，两个结构相同的电磁铁(8)位于所述基础惯量圆盘(4)的一侧，正对基础惯量圆盘(4)面边缘且关于惯量圆盘输出轴(4
‑
1)对称，向两个电磁铁中通入相等的直流电流，对所述惯量圆盘(4)产生相同大小的吸力，产生的合力垂直于基础惯量圆盘(4)的盘面且位于轴心处，通过改变直流电流的大小改变吸力，进而实现对螺旋桨负载所受拉力的模拟；被测电机(9)通过第三支架(10)固定到所述安装底座(1)上，所述被测电机(9)的输出轴通过联轴器(11)与所述惯量圆盘输出轴(4
‑
1)连接，驱动控制器(12)与模拟控制上位机(13)之间通过通信总线连接；驱动控制器(12)与母线电源、弧形分段定子(5)以及电磁铁(8)均通过动力电缆连接，驱动控制器(12)将采集到的位置信号以及转速信号通过通信总线上传给模拟控制上位机(13)进行处理。2.如权利要求1所述的螺旋桨负载特性模拟试验装置，其特征在于：所述基础惯量圆盘(4)包括圆盘本体(4
‑
2)，所述圆盘本体(4
‑
2)的中心固定有惯量圆盘输出轴(4
‑
1)，所述圆盘本体(4
‑
2)的外周固定有大小相同、均匀交替排布的N、S磁极(4
‑
3)，基础惯量圆盘(4)与弧形分段定子(5)构成表贴式内转子永磁同步电机结构；所述圆盘本体(4
‑
2)的一个面上固定有4块完全相同且对称安装的补偿扇形盘(4
‑
4)，通过改变其重量实现对不同螺旋桨负载转动惯量的模拟。3.如权利要求2所述的螺旋桨负载特性模拟试验装置，其特征在于：靠近所述圆盘本体(4
‑
2)的边缘处固定有配重块(4
‑
5)，通过改变其重量的方式实现对螺旋桨偏心力的模拟。4.如权利要求3所述的螺旋桨负载特性模拟试验装置，其特征在于：补偿扇形盘(4
‑
4)和配重块(4
‑
5)采用螺栓(4
‑
6)固定到圆盘本体(4
‑
2)上。5.如权利要求1所述的螺旋桨负载特性模拟试验装置，其特征在于：所述可轴向滑动的滚动轴承(6)包括位于内圈的滑动轴承(6
‑
1)以及固定在滑动轴承(6
‑
1)外圈的滚动轴承(6
‑
2)，所述滑动轴承(6
‑
1)的内圈与所述惯量圆盘输出轴(4
‑
1)固定连接。6.一种使用权利要求1
‑
5中任意一项所述的螺旋桨负载特性模拟试验装置进行测试的方法，其特征在于，对螺旋桨所受偏心力的仿真模拟包括如下步骤：步骤1：通过静平衡试验、动平衡试验得到螺旋桨偏心力F1；步骤2：计算需要的配重块(4
‑
5)质量m1为：上式中，R3为配重块底部圆心与惯量圆盘输出轴(4
‑
1)轴心的距离，ω为螺旋桨旋转角速度；步骤3：配重块(4
‑
5)选择圆柱体，计算其重量l为：
上式中，r为配重块(4
‑
5)底面半径；步骤4：选择重量为l的配重块(4
‑
5)安装在基础惯量圆盘(4)预留的安装槽内，采用螺栓(4
‑
6)固定，实现对螺旋桨所受偏心力的模拟。7.如权利要求6所述的螺旋桨负载特性模拟测试方法，其特征在于，对转动惯量的仿真模拟包括如下步骤：步骤1：在已完成偏心力匹配的基础上，确定配重块(4
‑
5)的转动惯量J3：步骤2：确定所需的补偿扇形盘(4
‑
4)的转动惯量ΔJ为：ΔJ＝J1‑
J2‑
J3上式中，ΔJ为补偿扇形盘(4
‑
4)的转动惯量，J1为目标螺旋桨的转动惯量，J2为基础惯量圆盘的转动惯量，转动惯量的单位为kg
·
m2；步骤3：根据计算出的补偿扇形盘(4
‑
4)的转动惯量，计算补偿扇形盘(4
‑
4)的重量h为：上式中，ρ为惯量圆盘及补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成明，王英男，王明义，曹继伟，李佳欣，李立毅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：