一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架的制作方法

1.本实用新型涉及飞行器领域，特别涉及一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架。


背景技术：

2.无论是采用活塞发动机和螺旋桨作为动力的传统通航飞行器，还是采用电机和螺旋桨作为动力电动飞行器，在飞行器研制过程中，为了进行动力单元功能、性能以及可靠性等方面的验证，需开展动力单元的地面试验。而动力单元试验台架是为所研制的飞行器服务的，不同的飞行器构型有着不同的动力单元试验需求。比如，对于固定翼飞行器，主要是开展水平方向的动力单元性能试验；而对于旋翼飞行器，主要是开展垂直方向的动力单元性能试验。
3.对于现有常见的飞行器动力单元试验台架，主要存在以下问题：(1)与其飞行器相对应，只能开展水平或垂直中一个方向的动力单元性能试验，无法开展不同角度下的动力单元性能试验。(2)也无法完成倾转过渡过程中动力单元的动态性能试验。
4.随着近几年国内外倾转旋翼电动垂直起降飞行器的快速发展，对动力单元试验台架提出新的需求，既需要开展动力单元水平方向和垂直方向试验，又能开展动力单元倾转过渡状态的动态性能试验，以及旋翼和机翼之间的相互影响试验。基于此，本实用新型构建一种用于倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力单元的试验台架。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，包括台架底座组件1、倾转旋翼电动起降飞行器的动力单元2、仿真机翼组件3和倾转测量单元4，倾转测量单元4包括电机安装支架41、倾转轴组件42、拉力与扭矩测量组件43和倾转舵机组件44，动力单元2与拉力与扭矩测量组件43通过转动轴连接，倾转轴组件42固定在拉力与扭矩测量组件43上方，倾转舵机组件44固定在拉力与扭矩测量组件43下方。在仿真机翼组件3上设置拉压力传感器33，测量旋翼下洗气流对机翼的压力；在拉力与扭矩测量组件43上安装拉扭复合传感器434和倾角传感器438，进行拉力、扭矩、倾转角度试验；台架底座组件1包括0
°
限位支架、90
°
限位支架和倾转舵机安装支架15，0
°
限位支架、90
°
限位支架对倾转测量单元4在水平0
°
和垂直90
°
状态进行限位保护，倾转舵机组件44固定在倾转舵机安装支架15上。
6.如上所述的一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其中，台架底座组件1还包括底架11和安装板12，底架11由横向架和竖向架垂直焊接组成，并在横向架和竖向架之间通过斜向架支撑固定，竖向架的顶部固定安装板12，安装板12用于安装仿真机翼组件3，在竖向架侧向安装0
°
限位支架13、90
°
限位支架14和倾转舵机安装支架15。
7.如上所述的一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其中，仿真机翼组件3包括外蒙皮31、框架32和拉压力传感器33，外蒙皮31包裹在框架32，在框架32底部安装
四个拉压力传感器33，通过四个拉压力传感器33测量旋翼下洗气流对仿真机翼的压力。
8.如上所述的一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其中，倾转测量单元4还包括电机安装支架41和倾转轴组件42，电机安装支架41一端连接动力单元2的电机，另一端连接拉力与扭矩测量组件43。
9.如上所述的一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其中，倾转轴组件42包括两个轴承组件421、倾转轴422、止动钉423、两个行程微动开关424和三个固定座425，轴承组件421包括轴承及轴承底座，轴承套接在倾转轴422上，轴承组件421绕倾转轴422旋转，止动钉423与轴承组件421一起转动，当止动钉423接触到行程微动开关424时，行程微动开关424向试验台架控制系统发出止动信号，试验台架控制系统会对试验台架进行下电保护；倾转轴422通过三个固定座425固定在安装板12上；倾转轴组件42通过两个轴承组件421固定在拉力与扭矩测量组件43的底板上。
10.如上所述的一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其中，拉力与扭矩测量组件43还包括两个连接法兰431、两个直线滑动轴承432、连接轴433、后座435、底板436和防护限位块437；两个连接法兰431分别将连接轴433与电机安装支架41、拉扭复合传感器434相连，传递拉力和扭矩；两个直线滑动轴承432套接在连接轴433上，用于支撑连接轴433。
11.如上所述的一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其中，倾转舵机组件44包括安装座441、倾转舵机442、转接头443、倾转摇臂444和塞打螺栓445；安装座441通过紧固件固定在倾转舵机安装支架15上，转接头443将倾转舵机442输出端与倾转摇臂444相连，通过塞打螺栓445进行连接，倾转摇臂444通过紧固件固定在底板436上。
12.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型提供的试验台架，能够开展倾转旋翼电动垂直起降飞行器的动力单元的性能试验，对动力单元的稳态性能、动态响应、旋翼和机翼相互影响进行研究，为新构型飞机的研制提供一种动力性能有效验证的手段。
附图说明
13.图1～5为试验台架结构图；
14.图6为台架底座组件示意图；
15.图7和8为仿真机翼组件示意图；
16.图9～11为倾转测量单元示意图；
17.图12为倾转轴组件示意图；
18.图13为拉力和扭矩测量组件示意图；
19.图14为倾转舵机组件示意图。
20.图中：1、台架底座组件；11、底架；12、安装板；13、0
°
限位支架；14、90
°
限位支架；15、倾转舵机安装支架；2、动力单元；3、仿真机翼组件；31、外蒙皮；32、框架；33、拉压力传感器；4、倾转测量单元；41、电机安装支架；42、倾转轴组件；43、拉力与扭矩测量组件；44、倾转舵机组件；421、轴承组件；422、倾转轴；423、止动钉；424、行程微动开关；425、固定座；431、连接法兰；432、直线滑动轴承；433、连接轴；434、拉扭复合传感器；435、后座；436、底板；437、防护限位块；438、倾角传感器；441、安装座；442、倾转舵机；443、转接头；444、倾转摇
臂；445、塞打螺栓。
具体实施方式
21.为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
22.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.如图1-5所示，图1为试验台架等轴测视图，图2为试验台架侧视图，图3为试验台架俯视图，图4为动力单元倾转过渡状态示意图，图5为动力单元90
°
垂直状态示意图。
25.一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，包括台架底座组件1、倾转旋翼电动起降飞行器的动力单元2、仿真机翼组件3和倾转测量单元4，倾转测量单元4包括电机安装支架41、倾转轴组件42、拉力与扭矩测量组件43和倾转舵机组件44，动力单元2与拉力与扭矩测量组件43通过转动轴连接，倾转轴组件42固定在拉力与扭矩测量组件43上方，倾转舵机组件44固定在拉力与扭矩测量组件43下方。在仿真机翼组件3上设置拉压力传感器33，测量旋翼下洗气流对机翼的压力；在拉力与扭矩测量组件43上安装拉扭复合传感器434和倾角传感器438，进行拉力、扭矩、倾转角度试验；台架底座组件1包括0
°
限位支架、90
°
限位支架和倾转舵机安装支架15，0
°
限位支架、90
°
限位支架对倾转测量单元4在水平0
°
和垂直90
°
状态进行限位保护，倾转舵机组件44固定在倾转舵机安装支架15上。
26.参见图6，台架底座组件1包括底架11、安装板12、0
°
限位支架13、90
°
限位支架14和倾转舵机安装支架15。底架11由横向架和竖向架垂直焊接组成，并在横向架和竖向架之间通过斜向架支撑固定，竖向架的顶部固定安装板12，安装板12用于安装仿真机翼组件3，在竖向架侧向安装0
°
限位支架13、90
°
限位支架14和倾转舵机安装支架15，倾转舵机安装支架15用于安装倾转测量单元4，并通过第一限位支架13和第二限位支架14对倾转测量单元4在水平0
°
和垂直90
°
状态进行限位保护。
27.动力单元2为被测设备，即需要测试的倾转旋翼电动垂直起降飞行器的动力单元(飞行器结构为现有技术，在此不作赘述)，通过本实用新型提供的试验台架主要用来测试飞行器的电机和旋翼。
28.参见图7和8，仿真机翼组件3为仿真倾转旋翼电动垂直起降飞行器的机翼，用于测量动力单元2在垂直90
°
的旋翼模式下，旋翼和机翼之间的相互影响。仿真机翼组件3包括外蒙皮31、框架32和拉压力传感器33，外蒙皮31包裹在框架32，在框架32底部安装四个拉压力传感器33，通过四个拉压力传感器33测量旋翼下洗气流对仿真机翼的压力。
29.参见图9～11，图9为倾转测量单元等轴测视图，图10为倾转测量单元侧视图，图11为倾转测量单元俯视图。倾转测量单元4包括电机安装支架41、倾转轴组件42、拉力与扭矩测量组件43和倾转舵机组件44。电机安装支架41一端连接动力单元2的电机，另一端连接拉力与扭矩测量组件43。倾转轴组件42与拉力与扭矩测量组件43的底座固定连接，并固定在扭矩测量组件43的底座上方，倾转舵机组件44通过紧固件与拉力与扭矩测量组件43的底座固定连接，并固定在扭矩测量组件43的底座下方。
30.如图12所示，倾转轴组件42包括两个轴承组件421、倾转轴422、止动钉423、两个行程微动开关424和三个固定座425，轴承组件421包括轴承及轴承底座，轴承套接在倾转轴422上，轴承组件421绕倾转轴422旋转，止动钉423与中间的轴承组件421一起转动，在中间的轴承组件421上固定有行程微动开关424，当止动钉423接触到行程微动开关424时，行程微动开关424向试验台架控制系统发出止动信号，试验台架控制系统会对试验台架进行下电保护；倾转轴422通过三个固定座425固定在安装板12上；倾转轴组件42通过两个轴承组件421固定在拉力与扭矩测量组件43的底板上。
31.本实用新型的试验台架包括两道防护机构：第一道防护机构为止动钉423和两个行程微动开关424，当动力单元2运动角度超过-5
°
～95
°
时，423止动钉会触动424行程微动开关，向试验台架控制系统发出保护信号，试验台架会进行断电保护，防止动力单元进一步转动；第二道防护机构为第一限位支架13和第二限位支架14，当动力单元2仍继续转动时，通过第一限位支架13和第二限位支架14进行机械限位，避免动力单元2的旋翼发生触地或后仰危险的发生。
32.参见图13，拉力与扭矩测量组件43包括两个连接法兰431、两个直线滑动轴承432、连接轴433、拉扭复合传感器434、后座435、底板436、防护限位块437和倾角传感器438。两个连接法兰431分别将连接轴433与电机安装支架41、拉扭复合传感器434相连，传递拉力和扭矩。两个直线滑动轴承432套接在连接轴433上，用于支撑连接轴433，由于直线滑动轴承432有非常低的摩擦系数，可减小连接轴433在测量过程的摩擦力，提高拉力和扭矩测量精度。拉扭复合传感器434设置在连接轴433的后端，后座435连接在连接轴433的尾端，两个直线滑动轴承432和后座435固定在底板436上。防护限位块437设置在拉扭复合传感器434上，用于预防拉扭复合传感器434断裂失效而导致连接轴433飞转和脱出，倾角传感器设置在底板436上，用于测量飞行器的倾角。
33.参见图14，倾转舵机组件44包括安装座441、倾转舵机442、转接头443、倾转摇臂444和塞打螺栓445。安装座441通过紧固件固定在倾转舵机安装支架15上，转接头443将倾转舵机442输出端与倾转摇臂444相连，通过塞打螺栓445进行连接，倾转摇臂444通过紧固件固定在底板436上。
34.当倾转舵机组件44输出端伸出或收回时，通过带动倾转摇臂444，驱动拉力和扭矩测量组件43、电机安装支架41绕倾转轴422转动，进而实现整个动力单元2绕倾转轴422转动。动力单元2的倾转角度通过倾角传感器438进行测量。
35.工作原理：本实用新型提供的试验台架能完成0
°
～90
°
内不同角度下的动力拉力和扭矩试验、倾转过渡过程中的动态响应试验，以及在垂直90
°
时旋翼和机翼相互影响试验。图1为动力单元2处于水平0
°
状态，试验台架可进行动力单元的拉力和扭矩等试验。图4为动力单元倾转过渡状态，图5为动力单元处于垂直90
°
状态。
36.如图2所示，当进入倾转过渡状态时，倾转舵机44的输出端伸出，通过带动倾转摇臂444，驱动拉力和扭矩测量组件43、电机安装支架41绕倾转轴422转动，使整个动力单元2绕倾转轴422转动。倾转过渡运动速率通过控制舵机44的运动速率实现，具体数值根据需求设置。倾转过渡过程中可以测量动力单元2的拉力、扭矩、倾转角度、动态响应等。当动力单元2离开水平位置后，测量的拉力需要根据倾转角度、动力单元2和倾转测量单元4的质量进行修正。
37.如图3所示，当进入到垂直90
°
状态时，试验台架可进行拉力、扭矩、倾转角度、以及旋翼下洗气流作用在机翼上的下压力，以及机翼对旋翼拉力的影响试验。
38.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其特征在于，包括台架底座组件(1)、倾转旋翼电动起降飞行器的动力单元(2)、仿真机翼组件(3)和倾转测量单元(4)；倾转测量单元(4)包括电机安装支架(41)、倾转轴组件(42)、拉力与扭矩测量组件(43)和倾转舵机组件(44)，动力单元(2)与拉力与扭矩测量组件(43)通过转动轴连接，倾转轴组件(42)固定在拉力与扭矩测量组件(43)上方，倾转舵机组件(44)固定在拉力与扭矩测量组件(43)下方；在仿真机翼组件(3)上设置拉压力传感器(33)，测量旋翼下洗气流对机翼的压力；在拉力与扭矩测量组件(43)上安装拉扭复合传感器(434)和倾角传感器(438)，进行拉力、扭矩、倾转角度试验；台架底座组件(1)包括0
°
限位支架(13)、90
°
限位支架(14)和倾转舵机安装支架(15)，0
°
限位支架(13)、90
°
限位支架(14)对倾转测量单元(4)在水平0
°
和垂直90
°
状态进行限位保护，倾转舵机组件(44)固定在倾转舵机安装支架(15)上。2.如权利要求1所述的一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其特征在于，台架底座组件(1)还包括底架(11)和安装板(12)，底架(11)由横向架和竖向架垂直焊接组成，并在横向架和竖向架之间通过斜向架支撑固定，竖向架的顶部固定安装板(12)，安装板(12)用于安装仿真机翼组件（3），在竖向架侧向安装0
°
限位支架(13)、90
°
限位支架(14)和倾转舵机安装支架(15)。3.如权利要求1所述的一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其特征在于，仿真机翼组件(3)还包括外蒙皮(31)和框架(32)，外蒙皮(31)包裹在框架(32)，在框架(32)底部安装四个拉压力传感器(33)，通过四个拉压力传感器(33)测量旋翼下洗气流对仿真机翼的压力。4.如权利要求1所述的一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其特征在于，倾转测量单元(4)还包括电机安装支架(41)和倾转轴组件(42)，电机安装支架(41)一端连接动力单元(2)的电机，另一端连接拉力与扭矩测量组件(43)。5.如权利要求4所述的一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其特征在于，倾转轴组件(42)包括两个轴承组件(421)、倾转轴(422)、止动钉(423)、两个行程微动开关(424)和三个固定座(425)，轴承组件(421)包括轴承及轴承底座，轴承套接在倾转轴(422)上，轴承组件(421)绕倾转轴(422)旋转，止动钉(423)与轴承组件(421)一起转动，止动钉(423)与中间的轴承组件(421)一起转动，在中间的轴承组件(421)上固定有行程微动开关(424)；倾转轴(422)通过三个固定座(425)固定在安装板(12)上；倾转轴组件(42)通过两个轴承组件(421)固定在拉力与扭矩测量组件(43)的底板上。6.如权利要求4所述的一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其特征在于，拉力与扭矩测量组件(43)还包括两个连接法兰(431)、两个直线滑动轴承(432)、连接轴(433)、后座(435)、底板(436)和防护限位块(437)；两个连接法兰(431)分别将连接轴(433)与电机安装支架(41)、拉扭复合传感器(434)相连，传递拉力和扭矩；两个直线滑动轴承(432)套接在连接轴(433)上，用于支撑连接轴(433)。7.如权利要求6所述的一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，其特征在于，倾转舵机组件(44)包括安装座(441)、倾转舵机(442)、转接头(443)、倾转摇臂(444)和塞打螺栓(445)；安装座(441)通过紧固件固定在倾转舵机安装支架(15)上，转接头(443)将倾转舵机(442)输出端与倾转摇臂(444)相连，通过塞打螺栓(445)进行连接，倾转摇臂(444)通
过紧固件固定在底板(436)上。

技术总结
本实用新型公开了一种倾转旋翼电动垂直起降飞行器动力试验台架，包括台架底座组件、倾转旋翼电动起降飞行器的动力单元、仿真机翼组件和倾转测量单元；倾转测量单元包括倾转轴组件、拉力与扭矩测量组件和倾转舵机组件，动力单元与拉力与扭矩测量组件连接；倾转轴组件与仿真机翼组件连接，在仿真机翼组件上设置拉压力传感器；在拉力与扭矩测量组件上安装拉扭复合传感器和倾角传感器。本实用新型提供的试验台架，能够开展倾转旋翼电动垂直起降飞行器的动力单元的性能试验，对动力单元的稳态性能、动态响应、旋翼和机翼相互影响进行研究，为新构型飞机的研制提供一种动力性能有效验证的手段。的手段。的手段。


技术研发人员：刘坤甲
受保护的技术使用者：上海时的科技有限公司
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/4/19