专利名称：半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台的制作方法
技术领域：
本发明属于航空领域，涉及一种试验平台，特别是指一种用于倾转旋翼气弹动力 学研究的试验装置。
背景技术：
倾转旋翼飞行器是一种新型的旋翼飞行器，其将带有旋翼的可倾转短舱置于机翼 的翼端，兼具直升机垂直起降和飞机快速前飞的优点，显示出巨大的军事价值和民用潜力。 倾转旋翼飞行器在兼具直升机垂直起降和飞机快速前飞优点的同时，还具有直升机及螺旋 桨飞机的全部动力学问题，相比常规直升机的旋翼机体耦合或飞机的螺旋桨机翼间的耦 合，倾转旋翼机的各种耦合关系更复杂，特别是倾转旋翼机在两种飞行状态间的过渡过程 中，系统的惯量及耦合特性相应变化，气弹耦合动力学问题尤为复杂。半展长的倾转旋翼飞 行器模型可以模拟基本的倾转旋翼飞行器的动力学问题，因此半展长的倾转旋翼飞行器模 型试验成为倾转旋翼飞行器动力学研究的基本手段。国内对倾转旋翼飞行器关键技术的研究还处于起步阶段，关于倾转旋翼飞行器的 气弹动力学研究缺乏必要的试验研究手段，用于检验并验证理论分析的结果。为此，我国需 要可以进行倾转旋翼飞行器气弹稳定性、倾转旋翼飞行器倾转过渡状态动态试验研究及倾 转旋翼飞行器的振动控制研究的试验平台。本案发明人即是基于以上考虑，研制出本案所揭示的半展长倾转旋翼气弹动力学
综合试验台ο

发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，其可 解决国内倾转旋翼气弹动力学问题研究领域试验手段方面的不足，提供一套可以进行倾转 旋翼飞行器气弹稳定性、倾转旋翼飞行器倾转过渡状态动态试验研究及倾转旋翼飞行器的 振动控制研究的试验平台，用于检验理论分析的结果。为了达成上述目的，本发明的解决方案是—种半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，包括机翼、倾转驱动机构、倾转旋翼 短舱和动力驱动装置，其中，动力驱动装置设于机翼的一端，而机翼的另一端则连接倾转驱 动机构，所述倾转驱动机构还连接倾转旋翼短舱，并驱动倾转旋翼短舱转动。上述动力驱动装置包括基座、电机、定位板和法兰，其中，电机与定位板固定，而定 位板与基座连接，电机的输出轴上还安装有法兰。上述机翼包括维形外壳、主承力件、大梁、传动轴和两个法兰，其中，主承力件通过 垫块安装于动力驱动装置的基座上，大梁的一端与所述的主承力件固定，传动轴可转动地 与大梁、主承力件固定，而两个法兰依次设于传动轴的两端，且其中一法兰与动力驱动装置 的法兰连接，而另一法兰与倾转驱动机构中的动力输入轴连接；维形外壳架设在大梁上。上述机翼还包括一加强翼肋和多个钣金翼肋，加强翼肋设于主承力件上，而钣金
4翼肋依次排布安装在大梁上，该钣金翼肋的顶部还形成翻边，维形外壳架设在该翻边上。上述传动轴包括至少两根相互连接的转轴，相邻转轴之间借助弹性连轴器连接； 所述加强翼肋和至少一个钣金翼肋上分别设有带有调心轴承的轴承杯座，传动轴依次穿过 所述的轴承杯座而与大梁、主承力件安装定位。上述倾转驱动机构包括固定机架、倾转机匣、动力输入轴、蜗轮蜗杆机构、倾转控 制电机、齿轮轴和倾转齿盘；固定机架与机翼大梁上相对主承力件的一端连接，倾转机匣为 圆柱形结构，可转动地安装在固定机架上，且该倾转机匣的外端分别连接倾转旋翼短舱和 倾转齿盘；动力输入轴贯穿倾转机匣，其一端借助法兰连接机翼的法兰，而另一端则穿入倾 转旋翼短舱；蜗轮蜗杆机构安装在固定机架上，倾转控制电机设于蜗轮蜗杆机构上，而齿轮 轴连接在蜗轮蜗杆机构与倾转齿盘之间，在蜗轮蜗杆机构的运动下带动倾转齿盘转动。上述固定机架上还设有一对可借助弧形部分抱住倾转机匣的刹车片。上述倾转旋翼短舱包括短舱机匣、换向减速器、旋翼、滑盘机构和旋翼轴，其中， 换向减速器设于短舱机匣的内部，其一端连接倾转驱动机构的动力输入轴，另一端连接旋 翼的旋翼轴；所述短舱机匣的外部还设有复合材料制成的外壳；滑盘机构安装在短舱机匣 上，通过变距拉杆连接旋翼；旋翼包括桨毂头和桨叶，桨毂头通过变距铰与桨叶连接，且该 变距铰还通过变距摇臂连接变距拉杆。上述短舱机匣上还安装有用于固定集流环的集流环安装支架。上述滑盘机构包括安装套筒、不动环、夹板、连杆、动环和杆端关节轴承，其中，安 装套筒固定于短舱机匣上，旋翼轴穿过该安装套筒，并借助深沟球轴承定位于安装套筒内； 不动环设于安装套筒上，并能够在安装套筒上滑动或定位；动环可转动地套设在不动环上， 该动环还通过连杆连接夹板，该夹板借助螺栓紧固后夹紧旋翼轴；所述动环的外伸爪上还 安装有杆端关节轴承，该杆端关节轴承连接变距拉杆。采用上述方案后，本发明具有以下优点(1)半展长的倾转旋翼飞行器模型可以模拟基本的倾转旋翼飞行器的动力学问 题，可进行倾转旋翼气弹稳定性、载荷及振动等多方面的倾转旋翼动力学研究；(2)本发明可以有效模拟直升机飞行模式、过渡飞行模式以及飞机飞行模式下机 翼/旋翼系统的工作状态，因此适用范围广；(3)本发明中的各部件拆卸方便，易于维护检修；特别是针对更多种类结构布局 的倾转旋翼机的气弹试验，可根据实际需要更换部件；(4)采取机身安装动力装置的设计方式，降低旋翼短舱的质量，可以减轻机翼大梁 的设计要求，弹性连轴器的使用也明显减低了动力轴对于机翼大梁刚度的影响；(5)通过伺服电机可以对旋翼转速变化规律以及短舱倾转规律进行人为设定，操 作简单方便，且安全性高，能够很好的进行机翼/旋翼气弹试验与分析。


图1是本发明的立体组合示意图；图2是本发明中动力驱动装置的结构示意图；图3是本发明中机翼的外部结构图；图4是本发明中机翼的内部结构5
图5是本发明中倾转驱动机构与倾转旋翼短舱的连接示意图；图6是本发明中倾转旋翼短舱的内部结构示意图；图7是本发明中倾转驱动机构与倾转旋翼短舱连接的局部剖视图；图8是本发明中滑盘机构的组合剖视图；图9是本发明中滑盘机构的俯视图；图10是本发明中旋翼的示意图。
具体实施例方式以下将配合附图，对本发明的连接结构及工作原理进行详细说明。首先参考图1所示，本发明提供一种半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，包 括机翼1、倾转驱动机构2、倾转旋翼短舱3和动力驱动装置4，其中，动力驱动装置4设于机 翼1的一端，而机翼1的另一端则连接倾转驱动机构2，所述倾转驱动机构2还连接倾转旋 翼短舱3，并驱动倾转旋翼短舱3转动。如图2所示，动力驱动装置4包括基座41、电机42、定位板43和法兰44，其中，基 座41是整个试验台的固定基础，电机42采用5kW的交流伺服电机，并与定位板43固定，而 定位板43与基座41连接，从而将电机42固定在基座41上；电机42的输出轴上还安装有 法兰44，用于输出动力。图3和图4示出了本发明中机翼1的结构，所述的机翼1主要包括维形外壳11、主 承力件12、大梁13、传动轴、两个法兰15、16、加强翼肋17和钣金翼肋18，主承力件12通过 垫块121安装于动力驱动装置4的基座41上，而加强翼肋17也设于主承力件12上，用于 承载传动轴所产生的振动载荷；大梁13的一端与所述的主承力件12固定，见图3，且该大 梁13上依次排布安装有多个(图4中显示有7个)钣金翼肋18，该钣金翼肋18的顶部均 形成翻边，用于支持维形外壳11 ；传动轴依次穿过所述的钣金翼肋18和加强翼肋17，具体 而言，在本实施例中，所述的传动轴是由3根转轴141连接而成，相邻转轴141之间借助弹 性连轴器142连接，将传动轴设计为分段连接的结构，有利于在机翼1受力弯曲变形的情况 下传递电机42的转动输出，且在加强翼肋17和适当的钣金翼肋18上分别设有带有调心轴 承的轴承杯座143，所述的传动轴依次穿过该轴承杯座143 ；两个法兰15、16分别设于传动 轴的两端，其中，法兰15与动力驱动装置4的法兰44连接，而另一法兰16与倾转驱动机构 2中的动力输入轴23连接；维形外壳11架设在钣金翼肋18的翻边上，用于维持机翼1的 气动外形。再请参考图5所示，是本发明中倾转驱动机构2和倾转旋翼短舱3的连接示意图， 其中，倾转驱动机构2包括固定机架、倾转机匣22、动力输入轴23、蜗轮蜗杆机构24、倾转控 制电机25、齿轮轴26和倾转齿盘27，其中，配合图7所示，固定机架包括固定件211及分设 于固定件211两端部的加强翼肋212，而固定件211与机翼1的大梁13上相对主承力件12 的一端连接；倾转机匣22为圆柱形结构，安装在固定机架上，并可在固定机架内转动，其内 端通过深沟球轴承221依次穿过两个加强翼肋212，而外端通过螺栓分别连接倾转旋翼短 舱3和倾转齿盘27 ；另外，固定机架上还设有一对刹车片213，该刹车片213的弧形部分可 以抱住倾转机匣22，这样在进行倾转短舱固定角度试验时，通过螺栓压紧刹车片213，可以 提高倾转旋翼短舱3在试验时的安全性。
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动力输入轴23贯穿倾转机匣22，并伸出于两个加强翼肋212，其一端借助法兰连 接机翼1的法兰16，而另一端则穿入倾转旋翼短舱3，从而将动力输入倾转旋翼短舱3内的 换向减速器；为了确保动力输入轴23能够在倾转机匣22内自由转动，还在二者之间设有一 对单列圆锥滚子轴承222，且该单列圆锥滚子轴承222还可限制动力输入轴23的串动，并在 单列圆锥滚子轴承222与动力输入轴23的端部之间设有止推轴承223，这样，单列圆锥滚子 轴承222可将动力输入轴23的横向振动载荷传递至止推轴承223，并最终作用到加强翼肋 212上，由固定机架承载。蜗轮蜗杆机构24安装在固定件211上，倾转控制电机25设于蜗轮蜗杆机构24上， 用于驱动蜗轮蜗杆机构24，而齿轮轴26连接在蜗轮蜗杆机构24与倾转齿盘27之间，在蜗 轮蜗杆机构24的运动下带动倾转齿盘27转动。如图6所示，倾转旋翼短舱3包括短舱机匣31、换向减速器、旋翼33、滑盘机构34 和旋翼轴35，其中，换向减速器设于短舱机匣31的内部，所述的换向减速器由一对弧形伞 齿321组成，其一端连接倾转驱动机构2的动力输入轴23，另一端连接旋翼33的旋翼轴35， 将动力输入轴23的扭矩换向传递至旋翼轴35，以驱动旋翼33转动；所述短舱机匣31的外 部还设有复合材料制成的外壳311，见图5所示。滑盘机构34用于调节桨距，安装在短舱机匣31上，通过变距拉杆335连接旋翼 33，用以控制旋翼33上桨叶332的总距，配合图8与图9所示，所述的滑盘机构34包括安 装套筒341、不动环342、夹板343、连杆344、动环345和杆端关节轴承346，其中，安装套筒 341固定于短舱机匣31上，旋翼轴35穿过该安装套筒341，并借助深沟球轴承定位于安装 套筒341内，使得旋翼轴35可在安装套筒341内转动；不动环342设于安装套筒341上，并 可在安装套筒341上滑动或定位；动环345可转动地套设在不动环342上，该动环345还通 过连杆344连接夹板343，该夹板343可借助螺栓紧固后夹紧旋翼轴35 ；所述动环345的外 伸爪上还安装有杆端关节轴承346，该杆端关节轴承346连接变距拉杆335，这样，通过不动 环342的上下滑动，调节旋翼33上桨叶332的总距。另外，短舱机匣31上还安装有集流环安装支架312，该集流环安装支架312用于固 定采集数据的集流环313。再请参考图10所示，旋翼33主要包括桨毂头331和桨叶332，其中，桨毂头331通 过变距铰333与桨叶332连接，且该变距铰333还通过变距摇臂334连接变距拉杆335，根 据试验需求的不同，可以更换不同的桨毂头，进行不同旋翼形式的试验研究。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是 按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。
权利要求
一种半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，其特征在于包括机翼(1)、倾转驱动机构(2)、倾转旋翼短舱(3)和动力驱动装置(4)，其中，动力驱动装置(4)设于机翼(1)的一端，而机翼(1)的另一端则连接倾转驱动机构(2)，所述倾转驱动机构(2)还连接倾转旋翼短舱(3)，并驱动倾转旋翼短舱(3)转动。
2.如权利要求1所述的半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，其特征在于所述动 力驱动装置⑷包括基座(41)、电机(42)、定位板(43)和法兰(44)，其中，电机(42)与定位 板(43)固定，而定位板(43)与基座(41)连接，电机(42)的输出轴上还安装有法兰(44)。
3.如权利要求2所述的半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，其特征在于所述机 翼(1)包括维形外壳(11)、主承力件(12)、大梁(13)、传动轴和两个法兰(15)、(16)，其中， 主承力件(12)通过垫块(121)安装于动力驱动装置⑷的基座(41)上，大梁(13)的一端 与所述的主承力件(12)固定，传动轴可转动地与大梁(13)、主承力件(12)固定，而两个法 兰(15)、(16)依次设于传动轴的两端，且其中一法兰(15)与动力驱动装置(4)的法兰(44) 连接，而另一法兰(16)与倾转驱动机构(2)中的动力输入轴(23)连接；维形外壳(11)架 设在大梁(13)上。
4.如权利要求3所述的半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，其特征在于所述机 翼(1)还包括一加强翼肋(17)和多个钣金翼肋(18)，加强翼肋(17)设于主承力件(12) 上，而钣金翼肋(18)依次排布安装在大梁(13)上，该钣金翼肋(18)的顶部形成翻边，维形 外壳(11)架设在该翻边上。
5.如权利要求4所述的半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，其特征在于所述传 动轴包括至少两根相互连接的转轴(141)，相邻转轴(141)之间借助弹性连轴器(142)连 接；所述加强翼肋(17)和至少一个钣金翼肋(18)上分别设有带有调心轴承的轴承杯座 (143)，传动轴依次穿过所述的轴承杯座(143)而与大梁(13)、主承力件(12)安装定位。
6.如权利要求3所述的半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，其特征在于所述倾 转驱动机构(2)包括固定机架、倾转机匣(22)、动力输入轴(23)、蜗轮蜗杆机构(24)、倾转 控制电机(25)、齿轮轴(26)和倾转齿盘(27)；固定机架与机翼(1)大梁(13)上相对主承力 件(12)的一端连接，倾转机匣(22)为圆柱形结构，可转动地安装在固定机架上，且该倾转 机匣(22)的外端分别连接倾转旋翼短舱(3)和倾转齿盘(27)；动力输入轴(23)贯穿倾转 机匣(22)，其一端借助法兰连接机翼(1)的法兰(16)，而另一端则穿入倾转旋翼短舱(3)； 蜗轮蜗杆机构(24)安装在固定机架上，倾转控制电机(25)安装在蜗轮蜗杆机构(24)上， 而齿轮轴(26)连接在蜗轮蜗杆机构(24)与倾转齿盘(27)之间，在蜗轮蜗杆机构(24)的 运动下带动倾转齿盘(27)转动。
7.如权利要求6所述的半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，其特征在于所述固 定机架上还设有一对可借助弧形部分抱住倾转机匣(22)的刹车片(213)。
8.如权利要求6所述的半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，其特征在于所述倾 转旋翼短舱(3)包括短舱机匣(31)、换向减速器、旋翼(33)、滑盘机构(34)和旋翼轴(35)， 其中，换向减速器设于短舱机匣(31)的内部，其一端连接倾转驱动机构(2)的动力输入轴 (23)，另一端连接旋翼(33)的旋翼轴(35)；所述短舱机匣(31)的外部还设有复合材料制 成的外壳(311)；滑盘机构(34)安装在短舱机匣(31)上，通过变距拉杆(335)连接旋翼 (33)；旋翼(33)包括桨毂头(331)和桨叶(332)，桨毂头(331)通过变距铰(333)与桨叶(332)连接，且该变距铰(333)还通过变距摇臂(334)连接变距拉杆(335)。
9.如权利要求8所述的半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，其特征在于所述短 舱机匣(31)上还安装有用于固定集流环(313)的集流环安装支架(312)。
10.如权利要求8所述的半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，其特征在于所述滑 盘机构(34)包括安装套筒(341)、不动环(342)、夹板(343)、连杆(344)、动环(345)和杆端 关节轴承(346)，其中，安装套筒(341)固定于短舱机匣(31)上，旋翼轴(35)穿过该安装套 筒(341)，并借助深沟球轴承定位于安装套筒(341)内；不动环(342)设于安装套筒(341) 上，并能够在安装套筒(341)上滑动或定位；动环(345)可转动地套设在不动环(342)上， 该动环(345)还通过连杆(344)连接夹板(343)，该夹板(343)借助螺栓紧固后夹紧旋翼轴 (35)；所述动环(345)的外伸爪上还安装有杆端关节轴承(346)，该杆端关节轴承(346)连 接变距拉杆(335)。
全文摘要
本发明公开一种半展长倾转旋翼气弹动力学综合试验台，包括机翼、倾转驱动机构、倾转旋翼短舱和动力驱动装置，其中，动力驱动装置设于机翼的一端，而机翼的另一端则连接倾转驱动机构，所述倾转驱动机构还连接倾转旋翼短舱，并驱动倾转旋翼短舱转动。此种结构可解决国内倾转旋翼气弹动力学问题研究领域试验手段方面的不足，提供一套可以进行倾转旋翼飞行器气弹稳定性、倾转旋翼飞行器倾转过渡状态动态试验研究及倾转旋翼飞行器的振动控制研究的试验平台，用于检验理论分析的结果。
文档编号G01M9/00GK101984331SQ201010502248
公开日2011年3月9日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者侯鹏, 杨卫东, 董凌华 申请人:南京航空航天大学