一种模拟大气环境下螺旋桨震动结冰监测系统及监测方法技术方案

一种模拟大气环境下螺旋桨震动结冰监测系统及监测方法，其中监测系统包括结冰风洞、实验段、高速相机、电机壳、螺旋桨、角度调节机构、测振仪、振动台、转速调节装置、环境监测系统及湿度调节装置，转速调节装置与电机壳内安装的电机电性连接，实验段采用透明外壳设计，高速相机设于实验段的上方及两侧；电机壳安装于角度调节机构上，螺旋桨安装于电机的输出轴头部，螺旋桨置于实验段内；环境监测系统处于结冰风洞内；角度调节机构设置在振动台上，角度调节机构用于改变螺旋桨在实验段内的空间位置；测振仪与电机壳连接；湿度调节装置用于将实验段区域的湿度维持在所需范围之内。本发明专利技术能探究不同实验环境、整机不同工作状态下螺旋桨的结冰情况。旋桨的结冰情况。旋桨的结冰情况。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟大气环境下螺旋桨震动结冰监测系统及监测方法


[0001]本专利技术属于无人机螺旋桨性能监测
，特别涉及一种模拟大气环境下螺旋桨震动结冰监测系统及监测方法。

技术介绍

[0002]无人机螺旋桨作为无人机的核心部件，螺旋桨结冰是威胁飞机安全性的重要因素，无人机螺旋桨结冰问题日益突出。无人机螺旋桨在低温天气下飞行过程中与空气中的过冷水相碰撞导致其表面结冰，螺旋桨外部形状发生变化，从而改变气动性能和载荷分布，影响了整机的平衡性能，使得飞行过程中的安全性大大降低，甚至会引发安全事故。因此，有必要对螺旋桨进行结冰观察实验，探究不同实验环境、整机不同工作状态下螺旋桨的结冰情况。
[0003]目前现有的螺旋桨结冰实验中对螺旋桨与过冷水的碰撞位置影响螺旋桨结冰缺少研究，无法在实验过程中对螺旋桨的空间位置进行调节，且无法准确测量到不同震动频率和幅度对无人机螺旋桨结冰的影响，对于螺旋桨的转速信号测量监测容易出现误差，螺旋桨高速旋转时振幅较大，对转速信号测量监测提出了新的考验。综上所述，开发一种模拟大气环境下螺旋桨震动结冰监测系统及监测方法迫在眉睫。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种模拟大气环境下螺旋桨震动结冰监测系统及监测方法，能探究不同实验环境、整机不同工作状态下螺旋桨的结冰情况，并对螺旋桨的结冰过程进行观察。
[0005]本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种模拟大气环境下螺旋桨震动结冰监测系统，包括结冰风洞、实验段、高速相机、电机壳、螺旋桨、角度调节机构、测振仪、振动台、转速调节装置、配电箱、环境监测系统以及湿度调节装置；所述结冰风洞用于提供实验所需风速的冷风；所述转速调节装置与电机壳内安装的电机电性连接，用于监测并控制调节螺旋桨的转速；所述结冰风洞包括实验段，所述实验段采用透明外壳设计；所述高速相机设于实验段的上方以及两侧，用于记录过冷水与螺旋桨的碰撞过程以及螺旋桨的结冰过程；所述电机壳固定安装于角度调节机构上，所述螺旋桨安装于电机的输出轴头部，所述螺旋桨置于实验段内；所述环境监测系统和配电箱均安装在支架上，且环境监测系统处于结冰风洞内；所述角度调节机构设置在处于结冰风洞外侧的振动台上，角度调节机构用于控制螺旋桨的偏转角度，改变螺旋桨在实验段内的空间位置；测振仪与电机壳连接，用于对螺旋桨的振动频率和振幅进行实时监测；湿度调节装置用于将实验段区域的湿度维持在所需范围之内；所述配电箱的内部电源与电机、环境监测系统、振动台的电源输入端连接。
[0006]进一步的，所述角度调节机构包括从动摇杆、机架、铰接架、基座、连杆一、调节手柄、主动摇杆、固定杆以及连杆二；基座、机架固定于振动台上，铰接架通过轴承一与基座转
动连接，所述铰接架包括横杆部及对称设置在横杆部两端的L形杆，横杆部与轴承一的轴承外圈固接，每个L形杆的端部设有一个轴套，主动摇杆转动装配在两个轴套内，主动摇杆的中间主体部与横杆部相互平行；调节手柄固定在主动摇杆的中部；主动摇杆的两端均设有折弯部一，两个折弯部一分别通过球铰链与连杆一的一端和连杆二的一端对应连接，连杆一和连杆二相互平行分布；从动摇杆的两端均设有一折弯部二，两个折弯部二分别通过球铰链与连杆一的另一端和连杆二的另一端对应连接；从动摇杆的中部朝机架方向延伸形成安装杆，固定杆转动装配在机架上，固定杆上固设有轴承二，安装杆转动装配在轴承二内，安装杆向上延伸形成用于固定电机壳的固定臂；
[0007]角度调节机构运动时，手动控制主动摇杆上的调节手柄，当调节手柄向下拨动时，连杆一、连杆二向上推进从而带动从动摇杆的固定臂绕固定杆的轴线向右偏转；当调节手柄向上拨动时，连杆一、连杆二向下后退从而带动从动摇杆的固定臂向左偏转；当调节手柄沿逆时针方向转动时，铰接架相对于基座转动从而带动连杆一后退、连杆二前进，进而带动从动摇杆的固定臂向外偏转；当调节手柄的头部顺时针转动时，从动摇杆的固定臂向内偏转。
[0008]进一步的，所述转速调节装置包括飞控系统、电机、电子调速器、电池以及PWM信号线；电子调速器一端与电机连接，电池与电子调速器另一端连接，电子调速器用于将电池发出的直流电转换为三相交流电并提供给电机，电子调速器与飞控系统通过PWM信号线连接。
[0009]进一步的，所述湿度调节装置包括环形喷雾器、可调压力水泵、流量计、净水器、水箱、温度传感器、电加热器以及PID温度控制器；环形喷雾器安装于结冰风洞内壁，且位于结冰风洞中的实验段前端位置处；环形喷雾器、可调压力水泵、流量计、净水器、水箱依次连接，温度传感器、电加热器安装于水箱中，温度传感器、电加热器均与PID温度控制器连接。
[0010]进一步的，环境监测系统包括若干个不同的环境监测传感器，不同的环境监测传感器为风速传感器、温度传感器和湿度传感器，不同的环境监测传感器监测相应数据后传输给环境监测系统内的采集器，采集器通过无线数据模块将采集到的数据传输到网络云平台，网络云平台与终端无线通讯连接，通过终端能查看风洞实验的环境实时动态信息。
[0011]进一步的，环形喷雾器包括支撑环及安装在支撑环上的若干个喷头，支撑环内部中空形成水路并与喷头连通。
[0012]进一步的，所述测振仪采用高精度测振仪，用于对电机壳的加速度、速度、位移进行测量，使用条件的气温在
‑
20
°
至50
°
、相对湿度为25％至90％、气压为65kpa至108kpa，该测振仪的探头前端与磁铁固定，磁铁吸附于电机壳下端。
[0013]一种基于模拟大气环境下螺旋桨震动结冰监测系统的监测方法，包括以下步骤：
[0014]启动电机，带动螺旋桨旋转，测振仪对螺旋桨的振动频率和振幅进行实时监测，振动台通过角度调节装置的传动作用为螺旋桨模拟无人机机身在飞行过程中的震动；当需要改变螺旋桨的振动参数时，通过震动台进行调节；
[0015]环境监测系统通过不同的环境监测传感器对结冰风洞内模拟大气的环境进行监测和数据传输，当结冰风洞内的风速和温度需要改变时通过结冰风洞，以保证结冰风洞内提供所需的风速和温度；当需要增大湿度时，湿度调节装置完成湿度调节；
[0016]转速调节装置对螺旋桨转速进行测量和调节，角度调节机构模拟螺旋桨在空间中的各方向偏转，从而改变螺旋桨与过冷水的碰撞位置；
[0017]高速相机从多个角度拍摄螺旋桨，完成螺旋桨的全方位监测并记录下结冰过程。
[0018]与现有的技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术的监测系统结构紧凑、运行可靠、不易受安装环境的影响，结冰风洞的实验段湿度控制可调，可满足不同湿度环境要求进行实验，角度调节机构能灵活改变螺旋桨在结冰风洞中的空间位置，模拟无人机螺旋桨在运动过程中整机的倾斜，改变过冷水的撞击螺旋桨的位置，从而能探究不同实验环境、整机不同工作状态下螺旋桨的结冰情况，对螺旋桨的结冰过程进行全方位观察研究。
[0019]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟大气环境下螺旋桨震动结冰监测系统，其特征在于：包括结冰风洞、实验段、高速相机、电机壳、螺旋桨、角度调节机构、测振仪、振动台、转速调节装置、配电箱、环境监测系统以及湿度调节装置；所述结冰风洞用于提供实验所需风速的冷风；所述转速调节装置与电机壳内安装的电机电性连接，用于监测并控制调节螺旋桨的转速；所述结冰风洞包括实验段，所述实验段采用透明外壳设计；所述高速相机设于实验段的上方以及两侧，用于记录过冷水与螺旋桨的碰撞过程以及螺旋桨的结冰过程；所述电机壳固定安装于角度调节机构上，所述螺旋桨安装于电机的输出轴头部，所述螺旋桨置于实验段内；所述环境监测系统和配电箱均安装在支架上，且环境监测系统处于结冰风洞内；所述角度调节机构设置在处于结冰风洞外侧的振动台上，角度调节机构用于控制螺旋桨的偏转角度，改变螺旋桨在实验段内的空间位置；测振仪与电机壳连接，用于对螺旋桨的振动频率和振幅进行实时监测；湿度调节装置用于将实验段区域的湿度维持在所需范围之内；所述配电箱的内部电源与电机、环境监测系统、振动台的电源输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种模拟大气环境下螺旋桨震动结冰监测系统，其特征在于：所述角度调节机构包括从动摇杆、机架、铰接架、基座、连杆一、调节手柄、主动摇杆、固定杆以及连杆二；基座、机架固定于振动台上，铰接架通过轴承一与基座转动连接，所述铰接架包括横杆部及对称设置在横杆部两端的L形杆，横杆部与轴承一的轴承外圈固接，每个L形杆的端部设有一个轴套，主动摇杆转动装配在两个轴套内，主动摇杆的中间主体部与横杆部相互平行；调节手柄固定在主动摇杆的中部；主动摇杆的两端均设有折弯部一，两个折弯部一分别通过球铰链与连杆一的一端和连杆二的一端对应连接，连杆一和连杆二相互平行分布；从动摇杆的两端均设有一折弯部二，两个折弯部二分别通过球铰链与连杆一的另一端和连杆二的另一端对应连接；从动摇杆的中部朝机架方向延伸形成安装杆，固定杆转动装配在机架上，固定杆上固设有轴承二，安装杆转动装配在轴承二内，安装杆向上延伸形成用于固定电机壳的固定臂；角度调节机构运动时，手动控制主动摇杆上的调节手柄，当调节手柄向下拨动时，连杆一、连杆二向上推进从而带动从动摇杆的固定臂绕固定杆的轴线向右偏转；当调节手柄向上拨动时，连杆一、连杆二向下后退从而带动从动摇杆的固定臂向左偏转；当调节手柄沿逆时针方向转动时，铰接架相对于基座转动从而带动连杆一后退、连杆二前进，进而带动从动摇杆的固定臂向外偏转；当调节手柄的头部顺时针转动时，从动摇杆的固定臂向内偏转。3.根据权利要求1所述的一种模拟大气环境下螺旋桨震动结冰监测系统，其特征在于：所述转速调节装...

【专利技术属性】
技术研发人员：何强，李安铃，杨云云，熊升华，石兵红，任帅阳，许泽华，许渊，贾洋洋，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：发明
国别省市：