直升机旋翼状态检测设备的制作方法

1.本实用新型涉及直升机故障检测技术领域，更具体的涉及直升机旋翼状态检测设备。


背景技术：

2.直升机因具有固定翼航空器所不具备的垂直起降、悬停、小速度等特点，在军民工作场合中使用越来越广泛。直升机的旋转部件多，包括旋翼系统、传动系统、主减速器、尾减速器、尾桨系统等部件，因此整个直升机是在很多旋转系统及部件的协调运转中工作的，其中旋翼作为直升机的关键部件，在直升机定型试飞中旋翼的载荷试飞是直升机试飞的关键科目，获取关于直升机疲劳定寿的旋翼载荷测试数据是直升机载荷和强度飞行试验必不可少的任务。
3.旋翼在高速旋转过程中会产生非常大的离心过载且混杂有高温气流等恶劣工作环境，安装在旋翼上的测试设备若处置不当则直接会影响到飞机的操控系统进而危及飞行安全。这就要求应用于此的测试设备必须具备牢固可靠、测量准确且体积小等特性，其不仅要实时获取真实可靠、高精度的飞行数据，而且需要保证飞行安全。
4.当前我国应用于直升机旋翼测试设备仅实现了数据采集这一基本功能，无法做到实时旋翼状态检测与故障诊断。因此急需研制一套以旋翼应变测量作为研究目标，研究旋转部件运行状态应变参数实时在线监测方法，解决旋翼应变参数实时获取、数据传递和设备安装等技术难题，用于直升机旋翼振动应力实时状态监测的专用测试设备。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供直升机旋翼状态检测设备，可以实现直升机旋翼状态实时检测和故障诊断。
6.本实用新型实施例提供直升机旋翼状态检测设备，包括：
7.旋翼应变测量单元，其设置在旋翼桨毂顶端，用于测量直升机旋翼振动的应力，并将所述应力传输至静部件接收机单元；
8.静部件接收机单元，其设置在舱内，用于对接收到的所述应力转换成标准数据流。
9.优选地，所述旋翼应变测量单元包括应变力传感器、第一处理器和第一无线数据传输单元；
10.所述应变力传感器设置在旋翼桨毂顶端，用于测量旋翼桨毂的扭矩值；
11.所述第一处理器与所述应变力传感器电连接，用于接收所述扭矩值，并将所述扭矩值通过第一无线数据传输单元发送至所述静部件接收单元；
12.其中，所述第一无线数据传输单元设置在整流罩内。
13.优选地，所述静部件接收机单元包括第二无线数据传输单元，第二处理器；
14.所述第二无线数据传输单元设置在舱内，与第一无线数据传输单元电连接，用于接收所述扭矩值，并将接收到的所述扭矩值发送至所述第二处理器；
15.所述第二处理器设置在舱内，与所述第二无线数据传输单元电连接，将接收到的所述扭矩值转换为标准数据流，并通过rs422数据接口发送至后端。
16.优选地，所述整流罩位于所述应变力传感器上方；
17.所述第一无线数据传输单元通过同轴射频线缆与所述应变力处理器电连接；
18.所述第一无线数据传输单元为单极子天线柱状结构。
19.优选地，所述第二无线数据传输单元设置在机体尾斜梁上，且安装平面高于旋翼桨叶旋转平面。
20.优选地，所示旋翼应变测量单元为圆盘形封装结构。
21.本实用新型实施例提供直升机旋翼状态检测设备，包括：旋翼应变测量单元，其设置在旋翼桨毂顶端，用于测量直升机旋翼振动的应力，并将所述应力传输至静部件接收机单元；静部件接收机单元，其设置在舱内，用于对接收到的所述应力转换成标准数据流。该设备针对直升机旋翼振动应力实时监测的需要，通过旋翼应变测量单元可以确定直升机旋翼振动的应力并通过无线传输发送至静部件接收机单元，静部件接收机单元对接收到的应力进行实时计算，转换为标准数据流并发送至后端。解决了现有旋翼应变参数实时获取、数据传递和设备安装等技术难题，提供了用于直升机旋翼振动应力实时状态监测的专用测试设备。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型实施例提供的直升机旋翼状态检测设备结构示意图；
24.图2为本实用新型实施例提供的旋翼应变测量单元结构示意图；
25.图3为本实用新型实施例提供的静部件接收机单元结构示意图；
26.图4为本实用新型实施例提供的旋翼应变测量单元安装结构示意图；
27.图5为本实用新型实施例提供的第二无线数据传输单元安装结构示意图；
28.其中，应变力传感器～101、第一无线数据传输单元～102、第二无线数据传输单元～201。
具体实施方式
29.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.图1示例性的示出了本实用新型实施例提供的直升机旋翼状态检测设备结构示意图，如图1所示，该直升机旋翼状态检测设备主要包括旋翼应变测量单元和静部件接收机单元。其中，旋翼应变测量单元安装在旋翼桨毂顶端，静部件接收机单元安装在直升机舱内，且旋翼应变测量单元和静部件接收机单元之间通过无线电的方式实现数据的传输。
31.在本实用新型实施例中，旋翼应变测量单元设置在旋翼桨毂顶端，其可以随桨毂做旋转运动，用于测量直升机旋翼振动的应力，并将测量得到的应力传输至静部件接收机单元；进一步地，静部件接收机单元设置在舱内，其与旋翼应变测量单元通过无线电方式进行数据传输，当静部件接收机单元接收到旋翼应变测量单元发送地应力，其将该应力转换成标准数据流，进一步地，将标准数据流通过rs422数据接口发送至后端的遥测/告警系统，供状态监测使用。
32.本实用新型实施例提供的直升机旋翼状态检测设备，通过旋翼应变测量单元可以确定直升机旋翼振动的应力并通过无线传输发送至静部件接收机单元，静部件接收机单元对接收到的应力进行实时计算，转换为标准数据流并发送至后端。解决了现有旋翼应变参数实时获取、数据传递和设备安装等技术难题，提供了用于直升机旋翼振动应力实时状态监测的专用测试设备。
33.图2为本实用新型实施例提供的旋翼应变测量单元结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的静部件接收机单元结构示意图；图4为本实用新型实施例提供的旋翼应变测量单元安装结构示意图；图5为本实用新型实施例提供的第二无线数据传输单元安装结构示意图。以下结合图2～图5，详细介绍本实用新型实施例提供的直升机旋翼状态检测设备。
34.如图2所述，本实用新型实施例提供地旋翼应变测量单元，其主要包括变力传感器、第一处理器和第一无线数据传输单元。
35.具体地，如图3所示，应变力传感器101设置在旋翼桨毂顶端，随桨毂做旋转运动，用于测量旋翼桨毂的扭矩值。在实际应用中，应变力传感器101的数量可以包括有多个。
36.在本实用新型实施例中，该应变力传感器具有以下功能：提供最大10个模拟信号通道，并为外部传感器提供激励信号；提供模拟前端，对外部信号进行放大、滤波、增益调整；实现对处理后的模拟信号的a/d转换；响应r_ccu(第一处理器)发送出来的心跳节拍，实现对所有模拟通道的同步数据采集；按照总线的心跳周期，将采集到的数据附加校验信息后发送给r_ccu(第一处理器)单元；状态管理，检测单元的运行状态并报告异常状态信息给r_ccu(第一处理器)。
37.进一步地，如图3所示，第一无线数据传输单元102设置在整流罩内，且该整流罩位于设置应变力传感器的壳体的上方，第一无线数据传输单元通过同轴射频线缆与所述应变力处理器电连接。
38.示例地，第一无线数据传输单元包括地收发天线，其可以采用单极子天线柱状结构天线类型，其可固定安装在旋翼应变测量单元设备上方整流罩外部中心位置，通过同轴射频线缆连接至旋翼应变测量单元面板的天线接口处。单极子柱状天线安装方向为垂直朝上。
39.在本实用新型实施例中，第一无线数据传输单元具有以下功能：接收第一处理器(r_ccu)发送出来的串行码流，判断数据准确性；2)帧格式处理，将数据缓冲区的数据按照帧格式的要求进行填充，计算全帧的校验和信息并将该信息填充至帧格式中；3)对数据进行编码调制，并发送。
40.在本实用新型实施例中，第一处理器具有以下功能：1)心跳节拍控制：即控制整个上旋翼测试系统的信号采集单元处于同步工作状态。在持续的数据采集模式下，不同的采集单元需要按照心跳节拍进行转换和发起输出传输；2)设备状态管理：内嵌的两个处理器，
通过serlink总线实现对应变力传感器(r_dau)、第一处理器(r_ccu)、电源模块(r_rfu)的状态管理，包括设备的工作温度告警、通道是否正态、单元自检状态是否正常、无线链路状态等。3)初始化管理，配置应变力传感器(r_dau)的通道增益、过采样配置、零位调整配置等，配置第一无线数据传输单元(r_rfu)的工作频点、工作模式等。4)部分状态信息可附加到数据流中，并通过无线链路将异常状态给舱内的第二处理器(g_ccu)，全部状态信息的获取需要通过外接串口获得设备dhm的全部信息；5)数据流控制：数据采集模式下，通过控制serlink总线，获得设备的所有通道信息和部分状态信息，并将这些信息按照既定的格式进行组合，形成数据帧，附加数据帧的时间戳信息、p_id信息、p_cnt信息后，计算出全帧的校验值，形成完整的数据全帧，并将该数据全帧转换成串行码流，通过lvds接口传输至r_rfu单元，实现数据的发送；6)时间戳功能的实现：系统接收从无线链路上行的时间信息，并依赖时间同步算法单元得到本地时间，并运行一个内部高稳的rtc时间(该rtc时间修正依赖于外部时间)，最终实现与机上irig-b时间的同步，通过响应心跳节拍，获得设备的事件型动作的时间戳，对采集到的数据附加时间戳标签；7)设备健康状态管理(dhm)：该单元主要用于对设备的健康管理，检测总线状态和时序、获取设备传输过来的状态信息并进行处理、获取r_ccu工作的环境温度，综合得到设备的总体运行状态。通过dhm可以设备的过热保护阈值。
41.如图3所示，本实用新型实施例提供地静部件接收机单元，其主要包括第二无线数据传输单元和第二处理器。
42.第二处理器设置在舱内，与第二无线数据传输单元电连接，将接收到的所述扭矩值转换为标准数据流，并通过rs422数据接口发送至后端。具体地，第二处理器需要扭矩值将转换成系统所需的rs422、以太网数格式送入后端的机载测试主系统进行记录或遥测。且第二处理器需要具备数据实时处理和算法二次开发功能，能够对采集到的数据进行实时处理，并将解算后的状态信息通过rs422数据接口发送至后端的遥测/告警系统，供状态监测使用。
43.第二无线数据传输单元设置在舱内，与第一无线数据传输单元电连接，用于接收扭矩值，并将接收到的扭矩值发送至所述第二处理器。在实际应用中，第二无线数据传输单元包括的收发天线201，其可以根据实际测量需要，采用单天线或者2天线的方式。具体地，如图5所示，当采用单天线方式时，可以直接将静止端收发天线201安装固定与飞机尾部斜梁可利用部位，安装平面需要高于旋翼桨叶旋转平面。当静止天线采用2天线方式，2个静止收发天线对称分布于旋转部分收发天线的两侧，两两间呈180
°
角。通过在飞机蒙皮相应位置安装天线支架进行安装，同样采用单极子天线柱状结构，安装方向朝向旋转部分天线方向。
44.需要说明的是，本实用新型实施例中包括的第二处理器，其除了对接收到的数据进行处理，还包括与接口单元协同，将解算后的状态信息通过rs422数据接口发送至后端的遥测/告警系统。在实际应用中，第二处理器和接口单元主要实现的功能为：
45.1)数据流控制：接收第二无线数据传输单元(g_rfu)传输过来的数据，按照既定的帧格式提取有效数据，并计算全帧校验信息，比对数据是否正常，如果异常则标记异常标志位，正常的数据按照既定的帧格式对数据进行解析，提取出有效的数据；2)按照pcm帧格式生成pcm数据，最终通过串并转换输出pcm数据和时钟；3)按照iena报文的配置要求，生成符
合iena帧格式的以太网数据，通过以太网输出接口输出，该报文为udp组播报文；4)按照inet-x报文的配置要求，生成符合inet-x帧格式的以太网数据报文，通过以太网输出接口输出，该报文为udp组播报文；5)时间信息解析：解析irig-b(ac/dc)解调电路输出的信号，并提取出其中包含的时间信息，修正校准本地的rtc时间，并将时间信息通过无线链路传输至第一处理器(r_ccu)，实现真个上旋翼测试系统等的时间一致性。对第二处理器(g_ccu)内的事件型信息，进行时间戳标记；6)设备配置显示：通过以太网接口，实现对测试系统的配置，配置信息包括所有通道的增益调整、通道采样率选择、通道零位调零、射频工作频点、pcm帧格式选择、修改pcm同步字、设备网络地址、设备ip地址配置、以太网报文iena参数配置、以太网报文inet-x参数据配置、网络输出类型选择、设备高稳保护告警阈值设置。显示功能包括通道的十六进制码值、换算后的物理量信息，设备各功能单元的内核温度(结温，供参考)信息，设备内环境温度信息，数据时间戳信息、无线链路状态等信息；7)具备数据实时处理和算法二次开发功能，能够对采集到的数据进行实时处理。
46.需要说明的是，在实际应用中，为了避免因在直升机旋翼动部件上新增安装设备，导致影响旋翼的旋转运动特性的问题，优选地，本实用新型实施例提供的直升机旋翼状态检测设备，其在机械结构上遵循以下原则：
47.1)体积尽量小，重量尽量轻，对于原材料的选取，在保证结构强度的基础上，选取质量较轻的材料；
48.2)应变力传感器、第一处理器、第二处理器、第一无线数据传输单元，第二无线数据传输单元、电源模块采用独立的封装，便于后期的故障模式维护，通过直接更换模块的方式实现设备维护，保证飞行任务的持续性；
49.3)模块安装在基座上，模块的位置排布为对称排布，使得总体的质量重心尽可能靠近中心原点，对称放置的模块的质量在加工阶段做到尽可能接近，中心圆盘的质量分布尽量均匀；
50.4)在设备外层结构预留配平结构，便于后期动平衡试验的配平工作。在设备周围预留安装配重块的安装位置，便于在静动平衡试验过程中的配平调节，降低配平的难度。
51.优选地，本实用新型实施例提供的旋翼应变测量单元，其封装结构为圆盘形，通过外部的圆盘形结构封装，可以保证内部功能模块异常的情况下，设备整体结构的完整性。旋翼应变测量单元是由不同功能的模块组成，每个功能模块为独立封装的结构，内部采用高强度pcb电路板，通过密封灌胶封装技术与模块壳体充分贴合，通过专用胶灌封实现内部的高强度与散热要求。
52.综上所述，本实用新型实施例提供直升机旋翼状态检测设备，包括：旋翼应变测量单元，其设置在旋翼桨毂顶端，用于测量直升机旋翼振动的应力，并将所述应力传输至静部件接收机单元；静部件接收机单元，其设置在舱内，用于对接收到的所述应力转换成标准数据流。该设备针对直升机旋翼振动应力实时监测的需要，通过旋翼应变测量单元可以确定直升机旋翼振动的应力并通过无线传输发送至静部件接收机单元，静部件接收机单元对接收到的应力进行实时计算，转换为标准数据流并发送至后端。解决了现有旋翼应变参数实时获取、数据传递和设备安装等技术难题，提供了用于直升机旋翼振动应力实时状态监测的专用测试设备。
53.尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本
创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
54.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.直升机旋翼状态检测设备，其特征在于，包括：旋翼应变测量单元，其设置在旋翼桨毂顶端，用于测量直升机旋翼振动的应力，并将所述应力传输至静部件接收机单元；静部件接收机单元，其设置在舱内，用于对接收到的所述应力转换成标准数据流。2.如权利要求1所述的直升机旋翼状态检测设备，其特征在于，所述旋翼应变测量单元包括应变力传感器、第一处理器和第一无线数据传输单元；所述应变力传感器设置在旋翼桨毂顶端，用于测量旋翼桨毂的扭矩值；所述第一处理器与所述应变力传感器电连接，用于接收所述扭矩值，并将所述扭矩值通过第一无线数据传输单元发送至所述静部件接收单元；其中，所述第一无线数据传输单元设置在整流罩内。3.如权利要求1所述的直升机旋翼状态检测设备，其特征在于，所述静部件接收机单元包括第二无线数据传输单元，第二处理器；所述第二无线数据传输单元设置在舱内，与第一无线数据传输单元电连接，用于接收扭矩值，并将接收到的所述扭矩值发送至所述第二处理器；所述第二处理器设置在舱内，与所述第二无线数据传输单元电连接，将接收到的所述扭矩值转换为标准数据流，并通过rs422数据接口发送至后端。4.如权利要求2所述的直升机旋翼状态检测设备，其特征在于，所述整流罩位于所述应变力传感器上方；所述第一无线数据传输单元通过同轴射频线缆与所述第一处理器电连接；所述第一无线数据传输单元为单极子天线柱状结构。5.如权利要求3所述的直升机旋翼状态检测设备，其特征在于，所述第二无线数据传输单元设置在机体尾斜梁上，且安装平面高于旋翼桨叶旋转平面。6.如权利要求1所述的直升机旋翼状态检测设备，其特征在于，所示旋翼应变测量单元为圆盘形封装结构。

技术总结
本实用新型公开了直升机旋翼状态检测设备，涉及直升机故障检测技术领域。用于解决了现有旋翼应变参数实时获取、数据传递和设备安装等技术难题。包括：旋翼应变测量单元，其设置在旋翼桨毂顶端，用于测量直升机旋翼振动的应力，并将所述应力传输至静部件接收机单元；静部件接收机单元，其设置在舱内，用于对接收到的所述应力转换成标准数据流。的所述应力转换成标准数据流。的所述应力转换成标准数据流。


技术研发人员：薛亚洲 史强强 王爽 张乐 罗霄 周雪纯 张莉 李文华 单文军 何晓文
受保护的技术使用者：西安远方航空技术发展有限公司
技术研发日：2022.06.07
技术公布日：2023/5/27