本發(fā)明涉及航空動(dòng)力實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

在航空動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域，升力風(fēng)扇是一種基于涵道風(fēng)扇發(fā)展而來的可以直接為飛行器提供升力的動(dòng)力裝置。與傳統(tǒng)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)或者涵道風(fēng)扇不同，升力風(fēng)扇提供的是豎直方向的升力而不是水平方向的推力。

目前升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)大都基于壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)改進(jìn)而來，造成了升力風(fēng)扇不同于壓氣機(jī)的性能的測(cè)量，較難實(shí)現(xiàn)。例如(1)在近地狀態(tài)下地面效應(yīng)的測(cè)量上，由于以往壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電機(jī)外置，就造成了實(shí)驗(yàn)臺(tái)架整體為固定式，且必須有轉(zhuǎn)子軸的外延，測(cè)量地面效應(yīng)時(shí)會(huì)有較大難度。(2)在使用直接測(cè)扭方法獲得升力風(fēng)扇效率時(shí)，測(cè)扭儀必須與一根從風(fēng)扇轉(zhuǎn)子中引出的軸連接來實(shí)現(xiàn)測(cè)扭目的，這也使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)整體固定，且難以去除其對(duì)進(jìn)出口流場(chǎng)的干擾。除了此之外，還有一部分升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由涵道風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)改進(jìn)而來，但由于此類實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立之初的研究方向與升力風(fēng)扇的實(shí)驗(yàn)需求并不完全吻合，所以依然難以滿足升力風(fēng)扇的實(shí)驗(yàn)需求。

現(xiàn)有公開的文獻(xiàn)“涵道風(fēng)扇升力系統(tǒng)的升阻特性試驗(yàn)研究”(《南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)》2004，36(2))中提出一種涵道風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由六分量天平分別測(cè)量實(shí)驗(yàn)機(jī)總體和風(fēng)扇的升力，可以獲得其涵道的升阻特性。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還通過底部支架和側(cè)支桿調(diào)整實(shí)驗(yàn)機(jī)的整體高度和前傾角度。但是，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并不能測(cè)得涵道風(fēng)扇的轉(zhuǎn)子扭矩，這就不能獲得其效率參數(shù)。同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)較為復(fù)雜，且底部調(diào)整實(shí)驗(yàn)機(jī)高度和前傾角度的機(jī)構(gòu)會(huì)對(duì)出口流場(chǎng)造成干擾。

現(xiàn)有的升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)難以在不干擾氣流流動(dòng)的情況下，測(cè)量升力風(fēng)扇在近地狀態(tài)、橫風(fēng)狀態(tài)下的特殊工況下的升力、扭矩及轉(zhuǎn)速參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置.該實(shí)驗(yàn)裝置采用機(jī)匣內(nèi)置電機(jī)及轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的方式，減少外置測(cè)量部件對(duì)進(jìn)出口流場(chǎng)的干擾，使參數(shù)測(cè)量更加準(zhǔn)確有效；實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性、通用性強(qiáng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括進(jìn)氣道、進(jìn)氣錐、第一整流支板、軸向孔、電機(jī)、機(jī)匣、支撐柱、小環(huán)、大環(huán)、安裝墊塊、擠壓擋板、固定把手、升力測(cè)量模塊、支撐臂、槽道、滾子帶、壓力傳感模塊、噴管機(jī)匣、排氣尾錐、第二整流支板、轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，所述進(jìn)氣錐為圓柱中空結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣錐通過第一整流支板固定在進(jìn)氣道內(nèi)，進(jìn)氣道側(cè)壁周向開有軸向孔，且與固定在進(jìn)氣道內(nèi)的第一整流支板相通，電機(jī)安裝在進(jìn)氣錐內(nèi)，電機(jī)供電線路通過進(jìn)氣道側(cè)壁的軸向孔與第一整流支板的中空通道引入和引出；

所述排氣尾錐通過第二整流支板固定在噴管機(jī)匣內(nèi)，排氣尾錐為中空結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置位于排氣尾錐內(nèi)，轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置信號(hào)線通過第二整流支板內(nèi)空通道伸出，轉(zhuǎn)速的頻率信號(hào)通過譯碼器直接輸出；

所述測(cè)扭內(nèi)環(huán)為兩個(gè)同心半圓環(huán)結(jié)構(gòu)，小環(huán)與大環(huán)通過多根支撐柱固定連接，安裝墊塊固定在半圓小環(huán)的兩端上部，兩個(gè)半圓小環(huán)通過緊固螺栓穿過安裝墊塊上螺孔連接，小環(huán)與中間機(jī)匣固連，大環(huán)周向設(shè)置有兩個(gè)對(duì)稱的擠壓擋板；

所述測(cè)扭外環(huán)為兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的半圓環(huán)組合而成，沿半圓環(huán)內(nèi)側(cè)中間開有槽道與測(cè)扭內(nèi)環(huán)的大環(huán)相配合，沿半圓環(huán)壁上開有數(shù)組矩形孔，矩形孔內(nèi)安裝有滾子帶，矩形孔側(cè)邊界放置壓力傳感模塊，大環(huán)與固定的擠壓擋板沿槽道內(nèi)自由滑動(dòng)；測(cè)扭外環(huán)的外緣水平方向有兩根對(duì)稱分布的支撐臂，支撐臂與固定把手連接，支撐臂與固定把手夾持端上下安裝升力測(cè)量模塊。

所述壓力傳感模塊為0～5kg的電阻式壓力傳感器。

有益效果

本發(fā)明提出的一種環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置，在進(jìn)氣道和噴管機(jī)匣內(nèi)通過整流支板分別固定進(jìn)氣錐和排氣尾錐,空心結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣錐和排氣尾錐分別用來安裝實(shí)驗(yàn)電機(jī)和轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置。電機(jī)與傳感器的供電線路通過空心整流支板引入或引出。電機(jī)帶動(dòng)與其連接轉(zhuǎn)子部件轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生反向的扭矩，扭矩通過整流支板傳給機(jī)匣，再傳給測(cè)扭內(nèi)環(huán)，測(cè)扭內(nèi)環(huán)上的擠壓擋板和測(cè)扭外環(huán)槽道上的壓力傳感器擠壓獲得壓力信號(hào)。根據(jù)壓力值結(jié)合壓力傳感器距實(shí)驗(yàn)機(jī)中心軸線的徑向距離測(cè)出扭矩的具體數(shù)值。

本發(fā)明環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置,采用機(jī)匣內(nèi)置電機(jī)及轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的方式，其與轉(zhuǎn)子相連的部件避開了主流，減小因外置部件對(duì)進(jìn)出口流場(chǎng)的干擾，使參數(shù)測(cè)量更加準(zhǔn)確有效。通過間接測(cè)扭的方式，不僅避開了使用復(fù)雜的測(cè)扭儀，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)，使實(shí)驗(yàn)中橫風(fēng)模擬相關(guān)性能的測(cè)量和升力風(fēng)扇地面效應(yīng)實(shí)驗(yàn)得到更加理想的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性、通用性強(qiáng)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置軸測(cè)圖。

圖2a為本發(fā)明環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置的進(jìn)氣道軸測(cè)圖。

圖2b為本發(fā)明環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置的進(jìn)氣道俯視圖。

圖2c為本發(fā)明環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置的進(jìn)氣道剖視圖。

圖3為本發(fā)明環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置的測(cè)扭內(nèi)環(huán)示意圖。

圖4為本發(fā)明環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置的測(cè)扭外環(huán)示意圖。

圖5a為本發(fā)明環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置的噴管機(jī)匣軸測(cè)圖。

圖5b為本發(fā)明環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置的噴管機(jī)匣剖視圖。

圖5c為本發(fā)明環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置的噴管機(jī)匣示意圖。

圖中:

1.進(jìn)氣道2.進(jìn)氣錐3.第一整流支板4.軸向孔5.電機(jī)6.機(jī)匣7.支撐柱8.小環(huán)9.大環(huán)10.安裝墊塊11.擠壓擋板12.固定把手13.升力測(cè)量模塊14.支撐臂15.槽道16.滾子帶17.壓力傳感模塊18.噴管機(jī)匣19.排氣尾錐20.第二整流支板21.轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例是一種環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置。

參閱圖1～圖5c，本實(shí)施例環(huán)形支承立式升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)裝置，應(yīng)用在單轉(zhuǎn)子升力風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上。其中,進(jìn)氣錐2為圓柱中空結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣錐2通過第一整流支板3固定在進(jìn)氣道1內(nèi)，進(jìn)氣道1側(cè)壁周向開有軸向孔4，且與固定在進(jìn)氣道1內(nèi)的第一整流支板3相通，電機(jī)5安裝在進(jìn)氣錐2內(nèi)，供電線路通過進(jìn)氣道1側(cè)壁的軸向孔4和第一整流支板3的中空通道引入或引出給進(jìn)氣錐2中的電機(jī)5供電。排氣尾錐19通過第二整流支板20固定在噴管機(jī)匣18內(nèi)，排氣尾錐19為中空結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置21固定安裝在排氣尾錐19內(nèi)，轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置21的信號(hào)線通過第二整流支板20的內(nèi)空通道引出，轉(zhuǎn)速的頻率信號(hào)通過譯碼器直接輸出。

測(cè)扭內(nèi)環(huán)為兩個(gè)同心半圓環(huán)結(jié)構(gòu)，小環(huán)8與大環(huán)9通過多根支撐柱7固定連接，安裝墊塊10固定在小環(huán)8的兩端上部，兩個(gè)半圓小環(huán)8通過緊固螺栓穿過安裝墊塊10上螺孔連接，小環(huán)8與中間機(jī)匣6固連，大環(huán)9周向設(shè)置有兩個(gè)對(duì)稱的擠壓擋板11。

測(cè)扭外環(huán)為兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的半圓環(huán)組合而成，沿半圓環(huán)內(nèi)側(cè)中間開有槽道15與測(cè)扭內(nèi)環(huán)的大環(huán)9相配合，沿半圓環(huán)壁上開有數(shù)組矩形孔，矩形孔內(nèi)安裝有滾子帶16，矩形孔側(cè)邊界放置壓力傳感模塊17，大環(huán)9與固定的擠壓擋板11沿槽道15內(nèi)自由滑動(dòng)。測(cè)扭外環(huán)的外緣水平方向有兩根對(duì)稱分布的支撐臂14，支撐臂14與固定把手12連接，支撐臂14與固定把手12夾持端上下安裝有升力測(cè)量模塊13。

本實(shí)施例中，測(cè)扭外壁上槽道15內(nèi)放置滾子帶16為十二組；壓力傳感模塊17為0～5kg的電阻式壓力傳感器。

實(shí)驗(yàn)裝置操作過程:

本實(shí)施例中,測(cè)扭內(nèi)環(huán)為兩個(gè)同心半圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其與中間機(jī)匣6固連安裝的為小環(huán)8，與測(cè)扭外環(huán)配合的為大環(huán)9。對(duì)于不同直徑的實(shí)驗(yàn)機(jī)，只需改變測(cè)扭內(nèi)環(huán)的尺寸和對(duì)應(yīng)的安裝位置即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量。測(cè)扭外環(huán)為兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的半圓環(huán)組合而成，中間設(shè)置的槽道15與測(cè)扭內(nèi)環(huán)相配合。槽道15內(nèi)壁安裝有滾子帶16，在支承內(nèi)環(huán)的同時(shí)有一個(gè)周向的自由度；在測(cè)扭內(nèi)環(huán)的大環(huán)上有兩個(gè)凸出的擠壓擋板11。當(dāng)實(shí)驗(yàn)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，固連在空心進(jìn)氣錐2內(nèi)的電機(jī)5帶動(dòng)與其連接轉(zhuǎn)子部件轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子相等大小反向的扭矩，扭矩通過第一整流支板3傳到中間機(jī)匣6上，中間機(jī)匣6再將轉(zhuǎn)矩傳到與其固連的小環(huán)8；周向擁有一個(gè)自由度的大環(huán)9在槽道15內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)到槽道15的矩形孔側(cè)邊界時(shí)，大環(huán)9上的擠壓擋板11觸碰到槽道15上的壓力傳感模塊17。對(duì)稱布置的兩個(gè)擠壓擋板11受到壓力傳感模塊17的作用力分別為f1和f2，兩個(gè)力在軸線上的力矩正好與升力風(fēng)扇產(chǎn)生的扭矩抵消。因此，在測(cè)得f1和f2后根據(jù)這兩個(gè)傳感器距升力風(fēng)扇中心軸的距離l,可得出升力風(fēng)扇此時(shí)的扭矩為

m＝(f1+f2)l

測(cè)扭外環(huán)的槽道15外緣水平伸出兩根對(duì)稱分布的支撐臂14，支撐臂14的夾持端上下安裝升力測(cè)量模塊13并和固定把手12連接。根據(jù)測(cè)量環(huán)境，固定把手12通常固定在靜止物體上。兩個(gè)升力測(cè)量模塊所測(cè)得的升力f3和f4的相加之和即是升力風(fēng)扇即時(shí)工況下所產(chǎn)生的升力

f＝f3+f4

排氣尾錐19通過三個(gè)中空的第二整流支板20與噴管機(jī)匣18固定，轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置21安裝在中空的排氣尾錐19內(nèi)，轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置21的信號(hào)線通過第二整流支板20的中空通道引出，可將轉(zhuǎn)速的頻率信號(hào)通過譯碼器直接輸出。

本實(shí)施例中,實(shí)驗(yàn)臺(tái)在軸向上無障礙，可在噴管下放置一模擬地面的鋁板。調(diào)節(jié)鋁板的高度和與升力風(fēng)扇軸線的角度，即測(cè)出升力風(fēng)扇在不同姿態(tài)下的地面效應(yīng)和性能。橫風(fēng)模擬模塊可直接加裝到風(fēng)扇的氣流進(jìn)口處。間接測(cè)扭的方式簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)，通用性強(qiáng)。