УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ И МОМЕНТОВ ПРИ ИСПЫТАНИИ ЛОПАСТЕЙ ВОЗДУШНЫХ ВИНТОВ Российский патент 1995 года по МПК G01L5/12 

Изобретение относится к машиностроению и преимущественно может быть использовано для измерения сил и моментов при испытании лопастей воздушных винтов в лабораторных условиях.

Известно, что для измерения характеристик воздушных винтов используются различные лабораторные установки, на которых измеряются тяга винта, момент на валу винта и число оборотов винта [1] Определение характеристик винта может осуществляться при помощи аэродинамических весов, но при этом система измерения компоненты X весов обязательно должна быть приспособлена для восприятия силы, направленной в сторону, обратную обычно измеряемому сопротивлению. Также используются винтовые приборы, общие принципы устройства которых во многом сходны с устройством аэродинамических весов и зависят от типа привода к винту. Естественно стремление установить винт непосредственно на вал двигателя или редуктора, соосного с двигателем. Этим обеспечивается наиболее простая конструкция трансмиссии. Двигатели при этом подвешиваются в рабочей части трубы на профилированных стойках или расчалках, а измерительная часть винтового прибора размещается в кожухе, защищающем электродвигатель, или выносится за пределы потока.

К недостаткам приборов с расчалочной подвеской относятся их относительно малая мощность, необходимость частой тарировки из-за вытяжки тросов, а также частая регулировка зазоров между неподвижными и присоединяемыми к весам частями. Кроме того, использование установок с расчалочной системой затруднено и тем, что каждый раз приходится монтировать установку перед испытаниями винтов и демонтировать после испытаний.

Несмотря на неопределенность, обусловленную незнанием количественной оценки масштабного эффекта и влияния сжимаемости, продувки в аэродинамической трубе являются главными экспериментальными методами исследования характеристик воздушного винта, так как эти продувки сравнительно легко выполнимы и дают более точные результаты, чем другие методы [2]
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является установка, содержащая рычажные весы с измерительной шкалой и с перемещающимся по ним уравновешивающим грузом, связанные с гасителем колебаний и размещенные на станине, втулку с узлом изменения шага воздушного винта, закрепленную на двигателе привода воздушного вита, а также амперметр, вольтметр, лабораторный трансформатор, блок стабилизации напряжения и стробоскопический тахометр [3]
Использование таких установок "хоботного" типа позволяет избежать частого перемонтажа и тарировок и быстро переходить от испытаний винтов к другому типу эксперимента. Для этой цели их устанавливают на тележке или другом приспособлении для транспортировки из рабочей части. Однако эти установки имеют большое количество деталей со сложной кинематикой, что снижает точность измерений и увеличивает затраты на регулировку и обслуживание.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение конструкции.

Это достигается тем, что в установке для измерения сил и моментов при испытании лопастей воздушных винтов, содержащей рычажные весы с измерительной шкалой и с перемещающимся вдоль плеча уравновешивающим грузом, связанные с гасителем колебаний и размещенные на станине, втулку с узлом изменения шага воздушного винта, закрепленную на электродвигателе привода воздушного винта, к которому подключены амперметр, вольтметр и трансформатор с блоком стабилизации напряжения, а также стробоскопический тахометр, электродвигатель привода воздушного винта установлен на одном из плеч рычажных весов.

На фиг. 1 показана принципиальная схема установки; на фиг. 2 схема размещения установки в аэродинамической трубе.

Установка содержит поводок 1 изменения шага лопастей, кронштейн 2 изменения шага винта ϕ_o, фиксирующую гайку 3, шарнирное крепление 4 лопастей, лопасть 5 винта, двигатель 6 привода вита, ось 7 вращения рычажной системы, двуплечий рычаг 8, измерительную шкалу 9, уравновешивающий груз 10, стробоскопический тахометр 11, ролики 12 кинематики управления уравновешивающим грузом, указатель 13 равновесного положения, станину 14, двигатель 15 управления перемещением груза, выключатель 16, амперметр 17, вольтметр 18, лабораторный трансформатор 19, блок 20 стабилизации напряжения, гаситель 21 колебаний. Кроме того, установка содержит электродвигатель, заслонку для изменения скорости потока в рабочей части трубы, приемник воздушного давления для измерения скорости потока, установку для измерения сил и моментов при испытании лопастей воздушных винтов, вентилятор аэродинамической трубы.

Установка работает следующим образом.

Для проведения замера тяги винта лопасти его при помощи узла изменения шага 1, 2, 3 устанавливаются сначала на небольшой угол ϕ_o ≈ 2^о). Затем, подавая питание на двигатель 6 и увеличивая трансформатором 19 напряжение, доводят частоту вращения винта до n 950.1100 об/мин. Контроль частоты вращения осуществляют по стробоскопическому тахометру 11. Значение тяги, развиваемой винтом, определяется положением уравновешивающего груза 10 относительно шкалы 9. Груз перемещается плавно при помощи электродвигателя 15 и тонкой тросовой проводки. Ось электродвигателя 15 точно совпадает с осью вращения рычажной системы 7, что исключает влияние этого механизма на точность измерения. Масса электродвигателя 6 с узлом изменения шага винта, а также масса втулки и лопастей исследуемого винта заранее известны и равны m₁. Известно также плечо x₁ до оси двигателя 6 и масса m₂ уравновешивающего груза 10. Перемещая груз 10, добиваются равновесия весов.

Силу тяги Т винта определяют из соотношения
(m₁g T) x₁ m₂ g x₂, где x₂ расстояние от оси вращения рычажной системы.

Шкалу на рычажной системе можно сразу проградуировать в единицах силы (Н). Крутящий момент на валу винта определяют из выражения
m_к N_н/ω_н где ω_н частота вращения несущего винта (ω_н= πn/30); N_н мощность, подводимая к винту (N_н η_дв ˙ N_дв).

Мощность, потребляемая двигателем, определяется как
N_дв. I ˙ U где U и I соответственно напряжение и сила тока, измеряемые приборами 17 и 18 в цепи питания двигателя.

После этого замеры производятся при других значениях шага ϕ_o. Общий шаг винта выставляется каждый раз по шаблону. По результатам замеров строятся зависимости С_т f(m_к) и η_o= f (ϕ_o) при ω_н const, σconst, ϕ_o var, μ= 0.

Определение зависимостей коэффициента тяги и коэффициента крутящего момента от характеристики режима работы винта
μ V ˙ cos α/ω_н ˙ R, где V воздушная скорость винта;
α угол атаки винта;
R радиус винта и ω_н угловая скорость его вращения, при постоянной мощности на валу винта проводится при размещении установки в рабочей части аэродинамической трубы малых скоростей (фиг. 2). Компактность и технологичность транспортировки позволяет делать это с минимальными трудозатратами.

Режим косого обтекания реализуется при создании в рабочей части аэродинамической трубы воздушного потока с определенной скоростью. Изменение скорости потока производится при помощи заслонки 2, а измерение ее величины осуществляется приемником 3 и указателем скорости анероидного типа. Для каждого значения скорости производятся замеры силы тяги и частоты вращения. Замеры осуществляются также, как и при осевом обтекании с помощью грузорычажной системы и стробоскопического тахометра.

По результатам замеров строятся зависимости
С_т f(μ) и m_к f( μ) при N const и ϕ_o= const.

После этого производится анализ полученных зависимостей и делаются выводы.

Сущность изобретения: установка для измерения сил и моментов при испытании лопастей воздушных винтов содержит рычажные весы с измерительной шкалой и перемещающимся вдоль плеча уравновешивающим грузом. В качестве противовеса рычажных весов использован закрепленный на плече рычажных весов электродвигатель привода воздушного винта. на оси этого электродвигателя закреплена втулка с узлом изменения шага воздушного винта. В установке имеются амперметр, вольтметр, трансформатор с блоком стабилизации напряжения и стробоскопический тахометр. 2 ил.

УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ И МОМЕНТОВ ПРИ ИСПЫТАНИИ ЛОПАСТЕЙ ВОЗДУШНЫХ ВИНТОВ, содержащая рычажные весы с измерительной шкалой и перемещающимся вдоль плеча уравновешивающим грузом, связанные с гасителем колебаний и размещенные на станине, втулка с узлом изменения шага воздушного винта, закрепленная на электродвигателе привода воздушного винта, к которому подключены амперметр, вольтметр и трансформатор с блоком стабилизации напряжения, а также стробоскопический тахометр, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, электродвигатель привода воздушного винта установлен на одном из плеч рычажных весов.