一种用于测量小型螺旋翼升力和扭矩的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种机构设计和数据采集领域，具体涉及一种用于测量小型螺旋翼升 力和扭矩的装置。
【背景技术】
[0002] 目前，用于测量或计算螺旋翼转速和扭矩的方法为有理论计算，软件仿真和试验 测量。其中理论计算的方法简单，精度低且不能计算具有复杂曲面的螺旋翼;软件仿真方法 具有精度高的优点，可以应对复杂曲面的模型，对于大型螺旋翼的升力和扭矩计算是十分 有作用的工具，但是需要精确的螺旋翼结构参数和服务器的支持否则会很耗费时间。和大 型螺旋翼相比，小型螺旋翼的升力和扭矩测量不需要很大并且价格昂贵的测试设备，试验 法测量小型螺旋翼升力和扭矩具有结果准确，测量时间短，效率高的优点。
[0003] 在《一种用于测量小型螺旋桨发动机推力和扭矩的装置》(专利的授权公共号为CN 202511930 U)的一篇专利中同样提出了一种小型测量螺旋翼升力和扭矩的装置。该装置采 用转速计测量螺旋桨的角速度、采样时间长、数据精度不高且不能测量动态的变化过程，采 用人工判读的方式，误差大。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于测量小型螺旋翼 升力和扭矩的装置及方法。
[0005] 本发明的技术方案是:一种测量小型螺旋翼升力和扭矩的装置，包括:外转子式电 动机、不反光胶带、反光贴纸、被测螺旋翼、光电计数器、杠杆、滑动支点、纵向压力传感器、 横向压力传感器、数据采集器、数据传输线、测试平台座、游标卡尺、滑动轨道；
[0006] 测试平台座安放在水平面上并固定，滑动支点安装在测试平台座的滑动轨道内； 光电计数器安置在测试平台座一端的平台上，纵向压力传感器和横向压力传感器安装在平 台的另一端;杠杆的一端与横向压力传感器固连，该端突起处与纵向压力传感器接触，另一 端与电动机固连，然后搭在所述的平台上，滑动支点卡在杠杆上;将不反光的胶带在外转子 式电动机的转子侧面贴满一周，将s个反光贴纸等间隔的贴在反光胶带上，被测螺旋翼与电 动机固连;光电计数器、纵向压力传感器和横向压力传感器的数据线与数据采集器链接;游 标卡尺的主尺部分位于测试平台上，并与滑动支点的下边缘对齐，杠杆与纵向压力传感器 接触点位置正对游标卡尺的某一刻度;游标卡尺的游标在滑动支点的下方，其对准刻线在 支点的垂直延长线上;滑动轨道在测试平台座的两侧，并位于游标卡尺的上方，滑动支点卡 在滑动轨道内并且只可以在轨道的方向上运动;所述的s为大于1的整数。
[0007] 游标卡尺的0刻度位置在杠杆与纵向压力传感器接触的位置，末刻度端在电动机 的转动轴的垂直延长线上。
[0008] 确定小型螺旋翼升力和扭矩的方法，步骤如下：
[0009] (1)数据采集器采集光电计数器的数据以及采集数据对应的时间，假设一共测得 测得N组数据，其中时间数据为T1~TN，利用该N组数据及时间数据确定螺旋翼的角速度，绘 制每个光电计数器时间区间内的角速度、时间曲线；
[0010] (2)数据采集器采集纵向压力传感器数据、横向压力传感器数据并记录下每个数 据所对应的时间点；
[0011] (3)根据杠杆原理，利用步骤(2)中的数据计算每个数据点的升力、扭矩；
[0012] (4)计算步骤(2)中每个时间点上螺旋翼的角速度，绘制升力、角速度曲线以及扭 矩、角速度曲线;具体为:根据压力传感器采集的时间选择步骤（1)中光电计数器的时间区 间，然后利用该区间的角速度、时间曲线得到该时间对应的角速度，进而得到一对与时间对 应的升力(或扭矩)和角速度。
[0013] 所述螺旋翼的角速度的计算步骤如下：
[0014] ⑷将第一个数据点的时间以、角速度on和角加速度别设置为〇;
[0015] (5)第二个数据点的时间t2角速度ω2和角加速度ε2分别为： "t2 = T2-Tt 6π ：ta,--
[0016] ^ ' 5-? ??π ε-, = -r ? _ ?
[0017] (6)第k(k d k为正整数)个数据点的时间tk角速度ω k和角加速度ε??由第k-Ι个数 据的时间tk-i角速度ω η和角加速度ek-：L的值通过下面公式计算出。 k =Tk-Tk-i
[0018] ^ (〇k=ak-tl+hk-tk+ck ek = 2ak -tk+bk
[0019] 其中
[0020] 议=+ -2sskJkJk+sShjl 2λ、(Λ,'丨A.) h _ -sskjl-6stkjkcok^ '-hi 。
[0021] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0022] (1)本发明通过光电计数器能够测量一周期内螺旋翼角速度的变化情况;通过杠 杆原理可以改变压力传感器与螺旋翼升力和扭矩的比值，使压力传感器工作在最佳受力区 间，从而提高升力和扭矩的测量精度和测量范围；结合游标卡尺可以更加精确和方便的读 出两个力臂的长度;使用数据采集器代替人工判读，记录的数据更加精确，采样频率更高， 并且可以测量动态变化过程；。因此本装置实现了全过程(过度过程和稳定状态)测量。 [0023] (2)可以滑动的支点能调节两个力臂的长度，能够放大或缩小螺旋翼升力，使压力 传感器工作在最灵敏的测力区间的同时增大了升力的测量范围；
【附图说明】
[0024] 图1为螺旋翼动力测量的装置和反光贴纸示意图。
【具体实施方式】
[0025] -种测量小型螺旋翼升力和扭矩的装置的组成部分为:a电动机、b不反光胶带、c 反光贴纸、d被测螺旋翼、e光电计数器、f杠杆、g滑动支点、h纵向压力传感器、i横向压力传 感器、j数据采集器、k数据传输线、1测试平台座、m游标卡尺、η滑动轨道。光电计数器和反光 贴纸组成角速度测量单元，纵向和横向的压力传感器组成升力和扭矩测量单元，杠杆、支点 和游标卡尺组成力学传递单元
[0026] 按照如下步骤组装测试装置：
[0027] (1)测试平台座1安放在水平面上并固定，滑动支点g安装在测试平台座1的滑动轨 道内。光电计数器h安置在测试平台座1 一端的Γ形台上，纵向压力传感器h和横向压力传感 器i安装在Γ形台的另一端。杜杆f的一端与横向压力传感器i固连，突起处与纵向压力传感 器h接触，另一端与电动机a固连，然后搭在Γ形台上，并用滑动支点g卡在其上方。
[0028] (2)将不反光的胶带b在外转子电动机的转子上贴满一周，将s(s为大于1的整数） 个反光贴纸c等间隔的贴在反光胶带上，被测螺旋翼d与电动机a固连。
[0029] (3)光电计数器e)纵向压力传感器h和横向压力传感器i