一种螺旋桨推力测量方法与装置与流程

本发明涉及水下运载器技术，尤其涉及一种小型螺旋桨水中推力测量装置。该小型螺旋桨推力测量装置可同时测量螺旋桨正转反转时产生的推力大小。

背景技术：

螺旋桨推力性能试验的目的在于：1、配合自航试验、敞水试验等结果分析水下运载器推进的各种效率成分，并预估实际推进性能；2、分析比较各种螺旋桨设计方案的优劣，选择性能最佳的设计方案；3、将测试结果绘制成图谱，供设计使用；4、根据试验结果，进行螺旋桨理论的验证，分析几何参数对螺旋桨性能的影响规律。因此，螺旋桨推力测试对于船舶推进系统建模、水下机器人动力学建模具有非常重要的意义。

目前用于获取小型螺旋桨发动机推力和扭矩的常用方法为理论计算或六分两天平测量。但由于测量过程中有螺旋桨的存在，对于整个测量工作的建模仿真过程比较复杂并且最终的测量结果的可信度低。此外，目前的测量设备是在空气条件下进行测试的，同时测量设备大多结构复杂、价格昂贵，也不适合做浸水试验。而如果进行离水试验会存在测量误差较大的问题，更加无法得出螺旋桨在不同浸水深度条件下的推力数值。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种螺旋桨推力测量方法与装置。这种装置能够直接测量螺旋桨产生的推力，专门针对水下运载器螺旋桨的推力性能试验，同时结构简单、紧凑可靠、测量准确、便于携带。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种螺旋桨推力测量装置，包括无刷电机和传动轴，传动轴的一端通过联轴器与无刷电机相连，另一端与待测量的螺旋桨过盈配合；还包括用于固定安装无刷电机的电机底座和用于吊装整个测量装置的第一吊环，两者之间设有配置拉压力传感器的测量模块，电机底座与第一吊环分别固定在拉压力传感器的相对两侧；所述第一吊环、测量模块、电机底座、无刷电机、联轴器、传动轴及螺旋桨依次布置，且无刷电机、联轴器、传动轴和螺旋桨的转动轴处于同一直线上。

本发明中，所述电机底座通过第二吊环固定连接至拉压力传感器；电机底座包括上下两个组件，下组件为顶部设有两条平行槽的圆柱体，其底部通过螺钉连接无刷电机；上组件由平行布置的左耳块和右耳块组成，第二吊环的环体位于两者之间；多根螺栓穿过上组件和第二吊环的环体，并由配套螺母实现紧固；左耳块和右耳块的底部插入下组件顶部的槽中，并在缝隙中填入环氧树脂使之紧密胶接。

本发明中，所述吊环与拉压力传感器之间通过螺纹连接，并在螺纹缝隙中添加螺纹锁固胶使连接紧密不能发生相对转动。

本发明中，所述测量模块还包括数显仪，用于显示拉压力传感器测量到的拉力和压力数值。

本发明进一步提供了利用前述装置实现螺旋桨推力测量的方法，包括：

(1)将第一吊环装在吊装支架上并固定，使两者不会发生相对转动；将螺旋桨放入水平面以下，并使无刷电机、联轴器、传动轴和螺旋桨的转动轴垂直于水面；

(2)启动无刷电机，利用测量模块中的数显仪获取拉压力传感器的测量数据；通过变换无刷电机的转动方向以改变螺旋桨的旋转方向，分别获得螺旋桨的拉力和压力数据。

本发明中，所述测量模块中的拉压力传感器采用dyly—102拉压力传感器；测量模块中的数显仪采用dy220—k1t3数显仪；电机底座采用pla材料通过3d打印完成；电机底座所述无刷电机采用朗宇a2212—kv980直流无刷电机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明尺寸小，重量轻，操作简便，无需吊车，没有任何专业背景的个人即可操作。

2.本发明价格低廉，有明确的用途和使用价值，便于推广。

3.本发明易于加工、生产，工艺简单，便于快速投放市场。

4.本发明便于拆卸，能快速更换不同型号的螺旋桨及电机，便于试验不同螺旋桨的敞水性能。

附图说明

图1是本发明测量装置的立体图；

图2是电机底座与吊环连接关系的分解示意图。

图中附图标记：螺旋桨1、传动轴2、联轴器3、无刷电机4、电机底座5、第二吊环6、测量模块7、第一吊环8；下组件501、左耳块502、右耳块503。

具体实施方式

首先需要说明的是，本发明涉及水下运载器推进器测试领域。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本发明的实现原理和发明目的以后，有关领域的普通技术人员完全正确使用本发明。

本发明的种螺旋桨推力测量装置，包括无刷电机4和传动轴2，传动轴2的一端通过联轴器3与无刷电机4相连，另一端与待测量的螺旋桨1过盈配合；该装置还包括用于固定安装无刷电机4的电机底座5和用于吊装整个测量装置的第一吊环8，两者之间设有配置拉压力传感器的测量模块7，电机底座5与第一吊环8分别固定在拉压力传感器的相对两侧；第一吊环8、测量模块7、电机底座5、无刷电机4、联轴器3、传动轴2及螺旋桨1依次布置，且无刷电机4、联轴器3、传动轴2和螺旋桨1的转动轴处于同一直线上。测量模块7还包括数显仪，用于显示拉压力传感器测量到的拉力和压力数值。

电机底座5通过第二吊环6固定连接至拉压力传感器；电机底座5包括上下两个组件，下组件501为顶部设有两条平行槽的圆柱体，其底部通过螺钉连接无刷电机4；上组件由平行布置的左耳块502和右耳块503组成，第二吊环6的环体位于两者之间；多根螺栓穿过上组件和第二吊环6的环体，并由配套螺母实现紧固；左耳块502和右耳块503的底部插入下组件501顶部的槽中，并在缝隙中填入环氧树脂使之紧密胶接。第一吊环8和第二吊环6与拉压力传感器之间分别通过螺纹连接，并在螺纹缝隙中添加螺纹锁固胶使连接紧密不能发生相对转动。

各设备的选型示例：测量模块7中的拉压力传感器采用dyly—102拉压力传感器；测量模块7中的数显仪采用dy220—k1t3数显仪；电机底座5采用pla材料通过3d打印完成；无刷电机4采用朗宇a2212—kv980直流无刷电机。

利用前述装置实现螺旋桨推力测量的方法，其特征在于，包括：

(1)将第一吊环8装在吊装支架上并固定，使两者不会发生相对转动；将螺旋桨1放入水平面以下，并使无刷电机4、联轴器3、传动轴2和螺旋桨1的转动轴垂直于水面；

(2)启动无刷电机4，利用测量模块7中的数显仪获取拉压力传感器的测量数据；通过变换无刷电机4的转动方向以改变螺旋桨1的旋转方向，分别获得螺旋桨1的拉力和压力数据。

以上实施例是供理解发明之用，并非对本发明的限制，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变型，这些变化或变型应当理解为仍属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及水下运载器技术，旨在提供一种螺旋桨推力测量方法与装置。该装置包括通过联轴器相连的无刷电机和传动轴，传动轴的另一端与螺旋桨过盈配合；在电机底座和用于吊装整个测量装置的第一吊环之间设有配置拉压力传感器的测量模块，电机底座与第一吊环分别固定在拉压力传感器的相对两侧；所述第一吊环、测量模块、电机底座、无刷电机、联轴器、传动轴及螺旋桨依次布置，且无刷电机、联轴器、传动轴和螺旋桨的转动轴处于同一直线上。本发明尺寸小，重量轻，操作简便。价格低廉，有明确的用途和使用价值，便于推广。易于加工、生产，工艺简单，便于快速投放市场。便于拆卸，能快速更换不同型号的螺旋桨及电机，便于试验不同螺旋桨的敞水性能。

技术研发人员：冀大雄;姚鑫;宋伟;朱世强
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2017.10.22
技术公布日：2018.04.13