一种滑轨式旋翼拉力和扭矩测量装置

技术领域

本发明涉及一种拉力和扭矩测量装置，具体涉及一种滑轨式旋翼拉力和扭矩测量装置，属于航空航天领域。

背景技术

火星作为与地球最为相近的行星，近期备受人们的关注。为探测生命的起源和行星的发展历史，火星采样返回已成为各国探测火星的主要任务，火星飞行器探测形式探测效率更高，探测范围更加广泛。使用火星飞行器执行火星采样返回任务，可以采集更远处的具有科学价值的样品。

由于火星表面的大气寒冷且非常稀薄，火星飞行器的旋翼需要工作在较高的转速，为飞行器提供充足的飞行动力，这需要给旋翼提供很多电能，这提高了飞行器旋翼电机和储能电池的重量。所以为了提高飞行器的飞行时间和减轻飞行器的质量，需要对飞行器的旋翼性能进行优化设计，现有的拉力和扭矩的装置整体刚性较低，旋翼旋转过程种产生的振动对测量结果影响较大，测量的旋翼在高转速下产生的拉力和扭矩准确性较低。

发明内容

本发明为解决能够测量旋翼在高转速下产生的拉力和扭矩，增加测试装置的整体刚性，和避免旋翼旋转过程种产生的振动对测量结果造成影响的问题，进而提出一种滑轨式旋翼拉力和扭矩测量装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

一种滑轨式旋翼拉力和扭矩测量装置，包括上桨夹、下桨夹、传动轴、联轴器、测试电机、扭矩传感器、扭矩传感器支座、气浮轴承、直线滑轨、拉力传感器、滑轨上支座、拉力传感器支座、支撑架、滑轨下支座和底座，下桨夹固定安装在所述传动轴的顶端，桨叶固定安装于上桨夹和下桨夹之间，所述传动轴通过联轴器与测试电机的驱动轴同轴固定连接，测试电机的下方同轴安装有扭矩传感器支座，扭矩传感器安装在测试电机和扭矩传感器支座之间，扭矩传感器的底端与扭矩传感器支座顶端固定连接，扭矩传感器支座底端固定连接有拉力传感器，拉力传感器的底端与拉力传感器支座固定连接，拉力传感器支座安装在支撑架的上表面，支撑架的下表面安装在底座上，底座上还设有多个滑轨下支座，多个滑轨下支座沿以底座中心为圆心的同一圆周均匀分布在底座上，直线滑轨固定在滑轨下支座内，传感器支座和拉力传感器支座分别开设有供直线滑轨穿过的通孔，直线滑轨分别穿过所述通孔，拉力传感器支座通孔与直线滑轨之间安装有滑轨上支座，传感器支座通孔与直线滑轨之间安装有气浮轴承。

进一步的，测试电机和扭矩传感器之间设有隔热连接板。

进一步的，隔热连接板为真空隔热板。

进一步的，底座上固定连接有转速传感器支架，转速传感器支架上安装有转速传感器。

进一步的，拉力传感器的数量为若干个，若干个拉力传感器沿以拉力传感器支座的中心为圆心的同一圆周均匀分布在拉力传感器支座上。

进一步的，底座为连接法兰。

本发明的有益效果是：

本发明通过扭矩传感器、拉力传感器和转速传感器的设置，能够测量旋翼在高转速下产生的拉力、扭矩和转速。通过拉力传感器支座、支撑架、滑轨、滑轨上支座、滑轨下支座和底座的设置，保证了整个装置整体的结构刚度，避免了旋翼高速转动的状态下，由于共振对整体结构造成破坏的危险。通过隔热连接板的设置，使得扭矩传感器不会因电机温度升高而受到影响。通过气浮轴承的设置，扭矩传感器支座只能沿直线滑轨在竖直方向运动，使得拉力传感器只能测量竖直方向上的力，进而避免了旋翼在旋转过程产生的振动对拉力传感器造成的干扰，提高测量的准确性。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式的结构示意图。

图2是图1实施方式的剖视图。

图中：1、上桨夹；2、下桨夹；3、桨叶；4、测试电机；5、扭矩传感器；6、扭矩传感器支座；7、气浮轴承；8、直线滑轨；9、拉力传感器；10、滑轨上支座；11、拉力传感器支座；12、支撑架；13、滑轨下支座；14、转速传感器；15、转速传感器支架；16、底座；17、隔热连接板。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，如图1和图2所示，本实施方式所述一种滑轨式旋翼拉力和扭矩测量装置，包括上桨夹1、下桨夹2、传动轴、联轴器、测试电机4、扭矩传感器5、扭矩传感器支座6、气浮轴承7、直线滑轨8、拉力传感器9、滑轨上支座10、拉力传感器支座11、支撑架12、滑轨下支座13和底座16，下桨夹2固定安装在所述传动轴的顶端，桨叶3固定安装于上桨夹1和下桨夹2之间，桨叶3上留有安装孔，通过铰制孔螺栓分别与上桨夹1和下桨夹2连接，便于更换不同的桨叶3。优选的，桨叶3的数量为若干个，若干个桨叶3沿所述传动轴的周向均匀分布，桨叶3最好为两个，便于满足特性测试需求。所述传动轴通过联轴器与测试电机4的驱动轴同轴固定连接，测试电机4的下方同轴安装有扭矩传感器支座6，扭矩传感器5安装在测试电机4和扭矩传感器支座6之间，便于实现同步测量旋翼扭矩。优选的，测试电机4和扭矩传感器5之间设有隔热连接板17，电机、隔热连接板17和扭矩传感器5同轴设置，隔热连接板17可以是真空隔热板，使得扭矩传感器5不会因电机温度升高而受到影响，从而准确地测量旋翼产生的扭矩。扭矩传感器5的底端与扭矩传感器支座6顶端固定连接，扭矩传感器支座6底端固定连接有拉力传感器9，便于实现同步测量旋翼拉力。优选的，拉力传感器9的数量为若干个，若干个拉力传感器9沿以拉力传感器支座11的中心为圆心的同一圆周均匀分布在拉力传感器支座11上，拉力传感器9最好为四个，便于满足特性测试需求的同时，使得测量值更加准确。拉力传感器9的底端与拉力传感器支座11固定连接，拉力传感器支座11安装在支撑架12的上表面，支撑架12的下表面安装在底座16上，优选的底座16为连接法兰，底座16上还设有多个滑轨下支座13，滑轨下支座13可拆卸的固定连接在底座16上，保证了整个装置整体的结构刚度，避免了旋翼高速转动的状态下，由于共振对整体结构造成破坏的危险。多个滑轨下支座13沿以底座16中心为圆心的同一圆周均匀分布在底座16上，直线滑轨8开拆卸的固定在滑轨下支座13内，传感器支座和拉力传感器支座11分别开设有供直线滑轨8穿过的通孔，直线滑轨8分别穿过所述通孔，拉力传感器支座11通孔与直线滑轨8之间安装有滑轨上支座10，传感器支座通孔与直线滑轨8之间安装有气浮轴承7。旋翼产生向上的拉力，通过电机和扭矩传感器5传递到扭矩传感器支座6上，扭矩传感器支座6与气浮轴承7相连接，所以扭矩传感器支座6只能沿直线滑轨8在竖直方向运动。扭矩传感器支座6与拉力传感器9相连接，从而，使得拉力传感器9只能测量竖直方向上的力，进而避免了旋翼在旋转过程产生的振动对拉力传感器9造成的干扰。底座16上可拆卸的固定连接有转速传感器支架15，转速传感器支架15上安装有转速传感器14，便于实现同步测量旋翼转速。

工作原理：

桨叶通过上下桨夹与电机相连接，桨叶上留有安装孔，通过铰制孔螺栓与桨夹连接。测试电机带动桨叶旋转，桨叶在旋转过程中会产生拉力和扭矩。电机通过隔热连接板与扭矩传感器相连接，使得扭矩传感器不会因电机温度升高而受到影响，旋翼产生向上的拉力，通过测试电机和扭矩传感器传递到扭矩传感器支座上，扭矩传感器支座与气浮轴承相连接，所以扭矩传感器支座只能沿直线滑轨在竖直方向运动。扭矩传感器支座与四个拉力传感器相连接，从而，使得拉力传感器只能测量竖直方向上的力，进而避免了旋翼在旋转过程产生的振动对拉力传感器造成的干扰。拉力传感器支座与支撑架和滑轨上支座相连，支撑架与底部连接法兰相连接，底部连接法兰与滑轨下支座相连接，这样保证了整个装置整体的结构刚度，避免了旋翼高速转动的状态下，由于共振对整体结构造成破坏的危险。转速传感器安装在转速传感器支架上，转速传感器支架安装在底部连接法兰上，可以对旋翼的转速进行测量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。