一种环形支承立式升力风扇实验装置的制作方法

本发明涉及航空动力实验技术领域，具体地说，涉及一种环形支承立式升力风扇实验装置。

背景技术：

在航空动力技术领域，升力风扇是一种基于涵道风扇发展而来的可以直接为飞行器提供升力的动力装置。与传统的喷气式发动机或者涵道风扇不同，升力风扇提供的是竖直方向的升力而不是水平方向的推力。

目前升力风扇实验系统大都基于压气机实验系统改进而来，造成了升力风扇不同于压气机的性能的测量，较难实现。例如(1)在近地状态下地面效应的测量上，由于以往压气机实验系统电机外置，就造成了实验台架整体为固定式，且必须有转子轴的外延，测量地面效应时会有较大难度。(2)在使用直接测扭方法获得升力风扇效率时，测扭仪必须与一根从风扇转子中引出的轴连接来实现测扭目的，这也使实验系统整体固定，且难以去除其对进出口流场的干扰。除了此之外，还有一部分升力风扇实验系统是由涵道风扇实验系统改进而来，但由于此类实验系统建立之初的研究方向与升力风扇的实验需求并不完全吻合，所以依然难以满足升力风扇的实验需求。

现有公开的文献“涵道风扇升力系统的升阻特性试验研究”(《南京航空航天大学学报》2004，36(2))中提出一种涵道风扇实验系统,该实验系统由六分量天平分别测量实验机总体和风扇的升力，可以获得其涵道的升阻特性。实验系统还通过底部支架和侧支杆调整实验机的整体高度和前倾角度。但是，实验系统并不能测得涵道风扇的转子扭矩，这就不能获得其效率参数。同时，整个系统较为复杂，且底部调整实验机高度和前倾角度的机构会对出口流场造成干扰。

现有的升力风扇实验系统难以在不干扰气流流动的情况下，测量升力风扇在近地状态、橫风状态下的特殊工况下的升力、扭矩及转速参数。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种环形支承立式升力风扇实验装置.该实验装置采用机匣内置电机及转速测量装置的方式，减少外置测量部件对进出口流场的干扰，使参数测量更加准确有效；实验装置结构简单、实用性、通用性强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括进气道、进气锥、第一整流支板、轴向孔、电机、机匣、支撑柱、小环、大环、安装垫块、挤压挡板、固定把手、升力测量模块、支撑臂、槽道、滚子带、压力传感模块、喷管机匣、排气尾锥、第二整流支板、转速测量装置，所述进气锥为圆柱中空结构，进气锥通过第一整流支板固定在进气道内，进气道侧壁周向开有轴向孔，且与固定在进气道内的第一整流支板相通，电机安装在进气锥内，电机供电线路通过进气道侧壁的轴向孔与第一整流支板的中空通道引入和引出；

所述排气尾锥通过第二整流支板固定在喷管机匣内，排气尾锥为中空结构，转速测量装置位于排气尾锥内，转速测量装置信号线通过第二整流支板内空通道伸出，转速的频率信号通过译码器直接输出；

所述测扭内环为两个同心半圆环结构，小环与大环通过多根支撑柱固定连接，安装垫块固定在半圆小环的两端上部，两个半圆小环通过紧固螺栓穿过安装垫块上螺孔连接，小环与中间机匣固连，大环周向设置有两个对称的挤压挡板；

所述测扭外环为两个结构相同的半圆环组合而成，沿半圆环内侧中间开有槽道与测扭内环的大环相配合，沿半圆环壁上开有数组矩形孔，矩形孔内安装有滚子带，矩形孔侧边界放置压力传感模块，大环与固定的挤压挡板沿槽道内自由滑动；测扭外环的外缘水平方向有两根对称分布的支撑臂，支撑臂与固定把手连接，支撑臂与固定把手夹持端上下安装升力测量模块。

所述压力传感模块为0～5kg的电阻式压力传感器。

有益效果

本发明提出的一种环形支承立式升力风扇实验装置，在进气道和喷管机匣内通过整流支板分别固定进气锥和排气尾锥,空心结构的进气锥和排气尾锥分别用来安装实验电机和转速测量装置。电机与传感器的供电线路通过空心整流支板引入或引出。电机带动与其连接转子部件转动产生反向的扭矩，扭矩通过整流支板传给机匣，再传给测扭内环，测扭内环上的挤压挡板和测扭外环槽道上的压力传感器挤压获得压力信号。根据压力值结合压力传感器距实验机中心轴线的径向距离测出扭矩的具体数值。

本发明环形支承立式升力风扇实验装置,采用机匣内置电机及转速测量装置的方式，其与转子相连的部件避开了主流，减小因外置部件对进出口流场的干扰，使参数测量更加准确有效。通过间接测扭的方式，不仅避开了使用复杂的测扭仪，简化了实验装置的结构，使实验中横风模拟相关性能的测量和升力风扇地面效应实验得到更加理想的结果。实验装置结构简单、实用性、通用性强。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种环形支承立式升力风扇实验装置作进一步的详细说明。

图1为本发明环形支承立式升力风扇实验装置轴测图。

图2a为本发明环形支承立式升力风扇实验装置的进气道轴测图。

图2b为本发明环形支承立式升力风扇实验装置的进气道俯视图。

图2c为本发明环形支承立式升力风扇实验装置的进气道剖视图。

图3为本发明环形支承立式升力风扇实验装置的测扭内环示意图。

图4为本发明环形支承立式升力风扇实验装置的测扭外环示意图。

图5a为本发明环形支承立式升力风扇实验装置的喷管机匣轴测图。

图5b为本发明环形支承立式升力风扇实验装置的喷管机匣剖视图。

图5c为本发明环形支承立式升力风扇实验装置的喷管机匣示意图。

图中:

1.进气道2.进气锥3.第一整流支板4.轴向孔5.电机6.机匣7.支撑柱8.小环9.大环10.安装垫块11.挤压挡板12.固定把手13.升力测量模块14.支撑臂15.槽道16.滚子带17.压力传感模块18.喷管机匣19.排气尾锥20.第二整流支板21.转速测量装置

具体实施方式

本实施例是一种环形支承立式升力风扇实验装置。

参阅图1～图5c，本实施例环形支承立式升力风扇实验装置，应用在单转子升力风扇实验台架上。其中,进气锥2为圆柱中空结构，进气锥2通过第一整流支板3固定在进气道1内，进气道1侧壁周向开有轴向孔4，且与固定在进气道1内的第一整流支板3相通，电机5安装在进气锥2内，供电线路通过进气道1侧壁的轴向孔4和第一整流支板3的中空通道引入或引出给进气锥2中的电机5供电。排气尾锥19通过第二整流支板20固定在喷管机匣18内，排气尾锥19为中空结构，转速测量装置21固定安装在排气尾锥19内，转速测量装置21的信号线通过第二整流支板20的内空通道引出，转速的频率信号通过译码器直接输出。

测扭内环为两个同心半圆环结构，小环8与大环9通过多根支撑柱7固定连接，安装垫块10固定在小环8的两端上部，两个半圆小环8通过紧固螺栓穿过安装垫块10上螺孔连接，小环8与中间机匣6固连，大环9周向设置有两个对称的挤压挡板11。

测扭外环为两个结构相同的半圆环组合而成，沿半圆环内侧中间开有槽道15与测扭内环的大环9相配合，沿半圆环壁上开有数组矩形孔，矩形孔内安装有滚子带16，矩形孔侧边界放置压力传感模块17，大环9与固定的挤压挡板11沿槽道15内自由滑动。测扭外环的外缘水平方向有两根对称分布的支撑臂14，支撑臂14与固定把手12连接，支撑臂14与固定把手12夹持端上下安装有升力测量模块13。

本实施例中，测扭外壁上槽道15内放置滚子带16为十二组；压力传感模块17为0～5kg的电阻式压力传感器。

实验装置操作过程:

本实施例中,测扭内环为两个同心半圆环结构，其与中间机匣6固连安装的为小环8，与测扭外环配合的为大环9。对于不同直径的实验机，只需改变测扭内环的尺寸和对应的安装位置即可实现测量。测扭外环为两个结构相同的半圆环组合而成，中间设置的槽道15与测扭内环相配合。槽道15内壁安装有滚子带16，在支承内环的同时有一个周向的自由度；在测扭内环的大环上有两个凸出的挤压挡板11。当实验机启动时，固连在空心进气锥2内的电机5带动与其连接转子部件转动，同时产生一个与转子相等大小反向的扭矩，扭矩通过第一整流支板3传到中间机匣6上，中间机匣6再将转矩传到与其固连的小环8；周向拥有一个自由度的大环9在槽道15内转动，转动到槽道15的矩形孔侧边界时，大环9上的挤压挡板11触碰到槽道15上的压力传感模块17。对称布置的两个挤压挡板11受到压力传感模块17的作用力分别为f1和f2，两个力在轴线上的力矩正好与升力风扇产生的扭矩抵消。因此，在测得f1和f2后根据这两个传感器距升力风扇中心轴的距离l,可得出升力风扇此时的扭矩为

m＝(f1+f2)l

测扭外环的槽道15外缘水平伸出两根对称分布的支撑臂14，支撑臂14的夹持端上下安装升力测量模块13并和固定把手12连接。根据测量环境，固定把手12通常固定在静止物体上。两个升力测量模块所测得的升力f3和f4的相加之和即是升力风扇即时工况下所产生的升力

f＝f3+f4

排气尾锥19通过三个中空的第二整流支板20与喷管机匣18固定，转速测量装置21安装在中空的排气尾锥19内，转速测量装置21的信号线通过第二整流支板20的中空通道引出，可将转速的频率信号通过译码器直接输出。

本实施例中,实验台在轴向上无障碍，可在喷管下放置一模拟地面的铝板。调节铝板的高度和与升力风扇轴线的角度，即测出升力风扇在不同姿态下的地面效应和性能。横风模拟模块可直接加装到风扇的气流进口处。间接测扭的方式简化了实验装置的结构，通用性强。