一种结冰风洞旋翼试验装置及防冰试验方法与流程

本发明涉及一种结冰风洞旋翼试验装置及防冰试验方法，属于冰风洞试验领域。

背景技术：

1、风洞试验作为空气动力学研究广泛采用的方法，为航空、航天、铁路运输等领域的发展提供了必要的保障。旋翼用于为直升机提供升力的主要部件，旋翼桨叶结冰可造成桨叶振动、扭矩增大等，对直升机的安全飞行产生极大影响。与直升机在真实结冰气象条件下的飞行试验相比，通过开展结冰风洞试验研究旋翼结冰特性可以大幅降低研究成本及测试风险。如申请号为cn202010486809.5的发明专利，名称为一种直升机旋翼模型结冰风洞试验方法，其中公开了一种直升机旋翼模型结冰风洞试验方法，该发明专利建立了一种结冰状态下直升机旋翼模型的操纵控制方式、数据采集及分析方法，规范了旋翼模型的结冰试验流程，但是对于旋翼试验装置的结构方案和防冰试验方法，并未提及。

2、因此，亟需提出一种结冰风洞旋翼试验装置及防冰试验方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明研发目的是为了解决能够获得不同旋翼倾角、结冰工况的桨叶防冰试验效果的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、一种结冰风洞旋翼试验装置，包括桨叶、桨毂、电动滑环、旋翼主轴、滑环支架、轴承座、六分量天平、固定支座、旋翼电机、倾角电机、倾角传感器、转速编码器、倾角从动轴、倾转基座和倾角主动轴，倾转基座的左右两端分别通过倾角主动轴和倾角从动轴转动安装于固定支座上，固定支座上固定安装有倾角电机，倾角电机的输出端与倾角主动轴固定连接，倾转基座上固定安装有旋翼电机，倾转基座顶部固定安装有六分量天平，六分量天平顶部安装有轴承座，轴承座顶部通过滑环支架安装有电动滑环，倾转基座上安装有倾角传感器；

4、所述桨毂上安装有多个桨叶，旋翼主轴一端与桨毂固定连接，旋翼主轴另一端一次穿过电动滑环、轴承座和六分量天平后，探入倾转基座内部与旋翼电机的输出端固定连接，同时，旋翼主轴分别与电动滑环和轴承座转动配合，旋翼主轴上安装有转速编码器。

5、优选的：所述倾转基座内部固定安装有换向器，所述旋翼电机的输出端探入倾转基座内后与换向器一侧的换向轴固定连接，换向器另一侧的换向轴通过联轴器与旋翼主轴固定连接。

6、优选的：所述倾角主动轴和倾角从动轴一端分别与倾转基座的左右两端固定连接，倾角主动轴和倾角从动轴另一端分别通过倾角轴承与固定支座建立滑动连接。

7、优选的：所述旋翼主轴通过主轴轴承与轴承座建立转动连接。

8、优选的：每片所述桨叶上均粘贴加热膜和热电偶，加热膜的电源线、热电偶的信号线通过电动滑环连接到地面测量设备。

9、方案二、一种结冰风洞旋翼防冰试验方法，是依托于方案一所述的一种结冰风洞旋翼试验装置，包括以下步骤：

10、步骤1，设定试验倾角和转速，启动倾角电机，带动倾转基座转动到指定试验倾角，启动旋翼电机到指定转速；

11、步骤2，开启风洞至约定的风速、总温条件；

12、步骤3，对安装到桨叶上的加热膜进行通电、加热操作，通过热电偶采集桨叶表面的温度；

13、步骤4，开启风洞喷雾系统，进行防冰试验，通过试验段设置的摄像头目视观察桨叶防冰区表面情况、监控温度测点来判定防冰效果；

14、步骤5，若无法实现防冰效果，控制加热膜通电电压提高加热膜加热量，直至目视桨叶防冰区表面无冰；

15、步骤6，实现防冰效果后，等待温度稳定后记录3分钟稳态数据，完成数据采集，关闭加热膜加热；

16、步骤7，防冰试验结束后关闭喷雾系统，风洞降速，总温恢复至常温状态；

17、步骤8，将旋翼电机的转速降为0，启动倾角电机，带动倾转基座的倾角恢复至0°。

18、本发明具有以下有益效果：

19、1.本发明可以调整倾角，其最大倾角可调整至水平90°，使用起来更加灵活；

20、2.本发明的旋翼主轴设置有转速编码器，可以对旋翼转速进行精确控制，同时倾转基座设置倾角传感器，可以实时获得精确的旋翼倾角，使试验结果更加精准；

21、3.本发明的六分量天平可以获得不同倾角、转速工况的力学特性，以及在小倾角时可以模拟直升机不同飞行状态旋翼结冰对力学特性的影响，在水平90°时可以模拟螺旋桨工况桨叶结冰对力学特性的影响，使用范围更广；

22、4.本发明的电动滑环，可以允许该试验装置开展结冰试验和防冰试验；

23、5.本发明的一种结冰风洞旋翼防冰试验方法，有利于规范后续旋翼试验装置防冰试验流程，提升试验效率。

技术特征：

1.一种结冰风洞旋翼试验装置，其特征在于：包括桨叶（1）、桨毂（2）、电动滑环（3）、旋翼主轴（4）、滑环支架（5）、轴承座（6）、六分量天平（7）、固定支座（8）、旋翼电机（10）、倾角电机（12）、倾角传感器（13）、转速编码器（17）、倾角从动轴（19）、倾转基座（22）和倾角主动轴（23），倾转基座（22）的左右两端分别通过倾角主动轴（23）和倾角从动轴（19）转动安装于固定支座（8）上，固定支座（8）上固定安装有倾角电机（12），倾角电机（12）的输出端与倾角主动轴（23）固定连接，倾转基座（22）上固定安装有旋翼电机（10），倾转基座（22）顶部固定安装有六分量天平（7），六分量天平（7）顶部安装有轴承座（6），轴承座（6）顶部通过滑环支架（5）安装有电动滑环（3），倾转基座（22）上安装有倾角传感器（13）；

2.根据权利要求1所述的一种结冰风洞旋翼试验装置，其特征在于：所述倾转基座（22）内部固定安装有换向器（21），所述旋翼电机（10）的输出端探入倾转基座（22）内后与换向器（21）一侧的换向轴固定连接，换向器（21）另一侧的换向轴通过联轴器（20）与旋翼主轴（4）固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种结冰风洞旋翼试验装置，其特征在于：所述倾角主动轴（23）和倾角从动轴（19）一端分别与倾转基座（22）的左右两端固定连接，倾角主动轴（23）和倾角从动轴（19）另一端分别通过倾角轴承（18）与固定支座（8）建立滑动连接。

4.根据权利要求3所述的一种结冰风洞旋翼试验装置，其特征在于：所述旋翼主轴（4）通过主轴轴承（15）与轴承座（6）建立转动连接。

5.根据权利要求4所述的一种结冰风洞旋翼试验装置，其特征在于：每片所述桨叶（1）上均粘贴加热膜和热电偶，加热膜的电源线、热电偶的信号线通过电动滑环（3）连接到地面测量设备。

6.一种结冰风洞旋翼防冰试验方法，是依托于权利要求5所述的一种结冰风洞旋翼试验装置，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种结冰风洞旋翼防冰试验方法，其特征在于：启动旋翼电机（10）到指定转速时，旋翼电机（10）的功率按下式估算：

技术总结一种结冰风洞旋翼试验装置及防冰试验方法，属于冰风洞试验领域。其包括桨叶、桨毂、电动滑环、旋翼主轴、滑环支架、轴承座、六分量天平、固定支座、旋翼电机、倾角电机、倾角传感器、转速编码器、倾角从动轴、倾转基座和倾角主动轴，倾转基座两端分别通过倾角主动轴和倾角从动轴转动装于固定支座上，固定支座上装有倾角电机，倾角电机的输出端与倾角主动轴固连，倾转基座上装有旋翼电机，倾转基座顶部装有六分量天平，六分量天平顶部安装有轴承座，轴承座顶部通过滑环支架安装有电动滑环，倾转基座上安装有倾角传感器。解决能够获得不同旋翼倾角、结冰工况的桨叶防冰试验效果的问题，有利于规范后续旋翼试验装置防冰试验流程，提升试验效率。技术研发人员：许岭松,吴渊,朱东宇,于雷,张付昆,张余,李晨浩,阎旭受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/4