测量旋翼飞机叶片元件角度位置的设备，方法及相关转子的制作方法

测量旋翼飞机叶片元件角度位置的设备，方法及相关转子的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请请求申请日为2014年11月27日的FR1402694的权益，其内容在此全部引入 作为参考。
技术领域
[0003] 本发明设及一种用于确定关于至少一个旋翼飞机叶片元件的枢转轴相对于主升 空件轮穀和推动转子，或尾部旋翼的角度位置的测量设备。
【背景技术】
[0004] 旋翼飞机转子轮穀旋转过程中，例如，直升机，叶片元件通常适用于围绕与轮穀相 关的旋转正交参照系内=个枢转轴枢转。
[0005] 第一枢转轴被称为"俯仰"轴，并且可W改变叶片的气动入射角，并且因而使得改 变叶片上的空气动力成为可能，该空气动力提供举升力和转子施加在旋翼飞机上的牵拉 力。该俯仰轴基本上平行于与叶片元件跨度对应的纵向方向延伸。
[0006] 第二枢转轴被称为"挥舞(flapping)"轴，并且其使得叶片元件的自由端基本上相 对于转子旋转平面垂直移动。该挥舞轴由此基本上被包含在转子叶片的旋转平面内。
[0007] 第S枢转轴被称为"超前/滞后（lead/lag)"轴，并且基本上相对于叶片元件的第 一和第二枢转轴垂直布置。
[000引本发明由此更具体的寻找提供一种测量设备，使得感测和自动存储关于运些角度 位置的数据成为可能，运些角度位置在转子的整个旋转过程中变化，包括在每个旋转过程 中。
[0009] 特别感兴趣的是能够评估预定的有限时间段内或者旋翼飞机的整个寿命期内转 子叶片元件的枢转移动。运些正常飞行条件下枢转移动的测量值使得非常精确的理解和评 价旋翼飞机转子承受的动态应力成为可能。
[0010] 采用通常的方式，为了测量叶片元件的角度位置，公知的是使用用于测量旋翼飞 机叶片元件位置的设备，叶片元件承载目标，或者为随机分布点的样式。然后将运些目标或 者样式安装在叶片元件上从而标识转子的每次旋转期间叶片元件的挥舞角度。运些测量设 备在文件US4604526和GBl 116748中特别进行说明，或者是在下述技术类公开文件，名称为 "对快速旋转在飞行物上的物体的非侵入式变形测量的图像样式相关性的应用"，在欧洲专 利局非专利文件数据库中参考标记为XP40515416中给出，并且由Fritz Boden ,Kai Bodensiek和Boleslaw Stasicki撰写。
[0011] 尽管运些技术公开文件公开了使用相机拍摄位于叶片元件上放置的图案的照片， 该随机布置的点的样式不允许快速和简单地测量考虑中的叶片元件的各种角度位置。
[0012] 另外，将相机布置在旋翼飞机机身的固定部分，并且不处于旋转参照系中，例如转 子的轮穀。另外，该测量设备还要求频闪观测灯从而有助于拍摄样式的照片，W及后续对它 们的分析。
[0013] 因此，出于标识叶片元件的角度位置的目的来实施该测量设备是非常复杂的，并 且并不允许在转子的一个完整旋转中测量运些角度位置。
[0014] 另外，还需要利用光学传感器，例如文件肝2010/149602或者US2014/226153中所 述的。运些文件提出一种测量设备，其中将光源放置在叶片上，并且将探测器放置在轮穀 上。该解决方案仅可W用于测量叶片元件的挥舞角度。
[0015] 该设备还要求安装具有光源的叶片元件，光源需要容纳在叶片元件中并且固定在 其上。增加该光源使得改变叶片元件的结构设计变得有必要。
[0016] 另外，还有必要向光源传送电能，从而使得其发光。特别困难的是将电能带到旋翼 飞机转子，即在旋转参照系中。另外，转子的各种部件之间的相对移动会导致电接触件的疲 劳并且使得该解决方案随着时间变得不可靠。
[0017] 另外，尽管该光源非常小，其增加了额外附加的旋转重量，并由此要求转子再次被 平衡。
[001引本发明的目的和总结
[0019] 本发明的目的由此是提出一种可W克服上述限制的测量设备，旋翼飞机和方法。 测量设备使得保存现有的转子的叶片元件的结构设计并且提供简单，安全，有效和随时间 可靠的解决方案W便测量叶片元件相对于与所述转子相关的正交参照系的角度位置成为 可能。
[0020] 本发明还设及一种用于测量旋翼飞机的叶片元件角度位置的测量设备，所述叶片 元件设置为相对于围绕至少一个枢转轴枢转中的转子轮穀是可移动的。换句话说，叶片元 件在枢转过程中相对于转子轮穀具有至少一个自由度。
[0021] 根据本发明，设备包括：
[0022] .至少一个棋盘样式，适于固定在叶片元件上，棋盘样式包括两组表面，各自呈现 不同的亮度因子，第一组的每个表面呈现第一亮度因子，与呈现第二亮度因子的第二组的 至少一个表面并置，所述第一亮度因子大于第二亮度因子。
[0023] .至少一个相机，适于根据时间拍摄棋盘样式的多个图像，所述相机适于固定在 轮穀上；
[0024] ?同步元件，用于将时间参数分配给相机拍摄的每个图像，该参数为转子方位角 的函数；
[0025] ?存储器，适于与相应时间参数一起存储每个图像；W及
[0026] .计算机，适于从棋盘样式的图像自动确定叶片元件相对于至少一枢转轴的角度 位置；
[0027] 换句话说，根据本发明的设备使得使用安装在叶片刚性区域上并且在转子正常压 力下几乎不会变形的棋盘样式确定叶片元件的各个位置成为可能。因此，该刚性部分有利 的由叶片根部形成，并且棋盘样式由印刷膜形成，例如，塑料材料或者纤维素。
[0028] 另外，为了在叶片元件上固定棋盘样式，可W设想不同的解决方案，特别是使用粘 性，静电和/或磁性力，具有环和扣的自扣紧带，或者扣紧装置。
[0029] 运些条件下，棋盘样式的第一组表面的第一亮度因子有利的选定为靠近数字1，因 为第一组的表面优选为白色。对比而言，棋盘样式的第二组表面的第二亮度因子有利的选 定靠近数字0,因为第二组的表面优选为黑色。第一表面和第二表面之间的强烈对比使得确 保很容易的处理相机拍摄的多幅图像并且由此当确定叶片元件的角度位置时使得准确度 最大化成为可能。
[0030] 由此将相机布置在转子的轮穀上，并且使其定向为使得其可W连续的在视野中 "观测"到棋盘样式。该相机通过嵌入到轮穀中进行固定，使用的固定装置例如为螺栓，皮 带，馴钉等。
[0031] 另外，根据图像拍摄的时刻，同步元件使得确定图像的方位角位置成为可能，并且 由此根据转子方位角位置绘制出叶片元件的角度位置曲线。
[0032] 计算机确定针对相机拍摄的所有图像在=维空间内棋盘样式的相对位置。出于此 目的，特别采用手动执行一个操作元件从而定义在图像中棋盘样式的绝对位置，该位置与 要考虑的叶片元件的确定位置对应。实际上，通过举例的方式，通过定位棋盘样式获得预定 位置，运样连续的并置构成的表面使得其与转子停止时形成水平线的线对齐。
[0033] 另一个技术包括使用准确的角度测量设备，其目的在于手动测量棋盘样式相对于 已知的参照系的位置，例如飞机库中的参照系。
[0034] 有利地，计算机可W确定叶片元件关于=枢转轴的角度位置，=个轴形成与轮穀 相关的正交参照系，正交参照系具有被称为"俯仰"轴的第一轴，被称为"挥舞"轴的第二轴， W及被称为"超前/滞后"轴的第=轴。
[0035] 换句话说，测量设备用于相对于转子轮穀标识叶片元件关于叶片元件的上述=个 枢转轴的角度位置。测量设备使得同时测量作为转子方位角4的函数的叶片元件的俯仰角 0，挥舞角0，W及超前/滞后角S成为可能。
[0036] 同步元件可W为各种形式。
[0037] 第一实施例中，同步元件包括可W检测转子每次旋转的传感器。
[0038] 运种情况下，通过"重遇(pip)"转子位置传感器给出方位角参考值，传感器在转子 每旋转通过360度情况下传送一次。然后将相机拍摄的图像与来自该传感器的信号一同存 储在存储器中。该传感器特别是磁性类型或者光学类型的，从而标识转子的每一次新的转 动。
[0039] 由此，首选获知相机的采样频率Fs,然后获知转子的旋转角速度CO，有可能使用如 下公式计算每一幅图像的方位角如：
[0041] 第二实施例中，同步元件使用相对旋翼飞机的机身固定的元件，并且在相机拍摄 的图像中出现，例如旋翼飞机的机尾。在每次旋转过程中该机尾仅在相机的视野内出现一 次。由此其对应方位角(60 = 0°。
[0042] 类似的，计算机和存储器可W是各种形式，并且它们可W是固定在旋翼飞机上的 部件，或者是可W移除的部件。
[0043] 因此，本发明的第一配置中，计算机布置在旋翼飞机上。
[0044] 运种情况下，同样有利的是将存储器布置在旋翼飞机上，并且其包含的数据直接 为计算机所用，从而根据转子方位角确定叶片元件的角度位置。
[0045] 另外，第一配置的第一变