专利名称：直升机桨叶轨迹间隔检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种检测直升机旋转桨叶轨迹间隔和桨叶相位的方法与装置，可以用于各种型号的直升机桨叶或其它螺旋桨和旋转叶片。
直升机工作时要求各桨叶旋转轨迹基本一致，各桨叶叶尖轨迹间隔不得超过一定的数值，以减少振动。目前测量该间隔的方法有打纸筒法、摄像法和频闪法等。打纸筒法设备简单，但使用时需要涂色腊，费时费力，且不安全。苏制米-6型直升机使用摄像法，测量时需要摄影后冲洗照片，不能直接读出数据，检测周期较长，而且按照照片判读，误差较大。1981年法国专利(FR2499712)中提出频闪法检测直升机桨叶轨迹间隔。该方法利用各桨叶装有一定高度、颜色各异的标志块，当桨叶旋转时，标志块在强烈可见光脉冲照射下，反射出不同颜色的光，利用人的视觉停留，人眼可直接观察到各标志块的相对位置，由此可确定任意两个桨叶叶尖轨迹的间隔。这种装置检测之前需要安装标志块，人眼观测判读误差也较大，而且检测结果不能自动显示和贮存。判读的数据是旋转多圈的平均值而不是实测值。
本发明的目的是提出利用光电池片(10)的光电转换数字式显示，检测螺旋桨或旋转叶片，特别是直升机旋转桨叶的轨迹间隔和桨叶相位的方法和装置。
检测桨叶旋转轨迹间隔的原理是，当桨叶旋转时，每个桨叶的旋转锥面由于存在偏差而不重合，其中叶尖偏差最大，用一个在成像处装有光电池片(10)的相机(A)对准叶尖，桨叶旋转时，叶尖不遮挡住相机光电池片(10)产生的光电流最大，当旋转桨叶遮挡住一部分相机光电池片(10)时，光电流下降，每个桨叶遮住光电池片(10)的程度不同，产生的光电流也不同，当桨叶全部遮挡住光电池片(10)时，光电流最小，利用光电流的差值可以计算出旋转桨叶轨迹的间隔。
检测桨叶相位的原理是，每个桨叶通过相机镜头时光电流都会出现脉冲下降，当两个相邻桨叶夹角相等时，则对应的电流脉冲时间间隔也相等，夹角不等，时间间隔也不等，利用脉冲时间间隔可以计算出桨叶相位。
本发明的优点是，检测精度高，一般装置检测误差为±5毫米，本装置为±2毫米。操作简便，因为不需要装标志块或涂色腊，所以可以在直升机起飞线上直接使用。检测结果可以定量的自动显示和贮存，显示数据为每片桨叶的实际间隔值或相位值。使用寿命长。
本发明的附图有五个
图1装在直升机内相机镜头对准桨叶叶尖轨迹面的检测示意图。
图2地面相机镜头对准桨叶叶尖轨迹面的检测示意图。
图3检测装置方块图。本装置由相机(A)、检测箱(B)和同步受感器(C)三部分组成。检测箱(B)内装有信号放大器(4)、峰值保持器(5)、A/D转换及鉴别输出器(6)、微机(7)、数码显示器(8)和信号选择部分(9)等组成。
图4桨叶通过镜头遮挡住光电池片(10)所产生的电流变化。
图5数码显示器(8)的面板。面板上有校正旋钮(1)，电源按键(2)，复位按键(3)，取样按键(d)和信号选择按键(Ⅰ)(Ⅱ)、(Ⅲ)。显示屏(11)上有六位，显示码第一位显示d符号，第二位显示偏差，“-”表示桨叶轨迹偏低。“+”表示桨叶轨迹偏高。第三、四位显示桨叶位置、第五、六位显示测量数字。
本发明的实施例是，
(一)实施工作原理图2中U和V分别表示镜头的物距和像距，U′和V′分别表示物高和像高，镜头在成像处装有一个与像等高的硅光电池片(10)。根据光学原理U、V、U′、V′和焦距f的关系为(U′)/(V′) ＝ (U)/(V) ……(1)f＝ (UV)/(U+V) ……(2)从公式(1)(2)可得出U＝f(1+ (U′)/(V′) )……(3)如图2所示，在相机镜头以仰角θ对准桨叶叶尖轨迹，并使轨迹最高的那片桨叶通过镜头时产生的影像能全部遮挡住光电池片(10)的情况下，相机距桨叶叶尖的水平距离S＝UCOSθ……(4)相机可检测的桨叶轨迹最大间隔D＝U/COSθ……(5)将(3)、(4)、(5)式整理可推导出相机位置(S)与可检测桨叶轨迹最大间隔(D)的关系式S＝f(1+ (D COSθ)/(V′) )COSθ……(6)由(6)式可知，在f、V′、θ一定的条件下，根据检测桨叶轨迹可能出现的最大间隔(D)进而确定相机的位置。或者说，改变相机位置(S)，可以改变相机可检测的桨叶轨迹最大间隔(D)，以适应检测不同型号直升机桨叶的需要。
本装置镜头选定的焦距f为135毫米。像高V′为20毫米。光电池片(10)尺寸为5×20毫米2，置于成象处，与像等高。相机仰角θ为20°30′，COSθ为0.9367。令相机可检测的桨叶轨迹最大间隔(D)为1100毫米，则相机位置(S)和镜头的物距(U)分别为S≈6700毫米，U≈7155毫米。
旋翼转动后，当没有桨叶通过镜头时，镜头未被遮挡，光电池片(10)可以全部感光而产生短路电流Isc;当桨叶通过镜头产生的影像全部遮挡住光电池片(10)时，电流瞬时下降△Iscmax。当桨叶通过镜头产生的影像遮挡住光电池片(10)高度(V′)的一半时，则电流瞬时下降 1/2 △Iscmax。图4表示没有桨叶通过镜头时，以及桨叶通过镜头产生的影像遮挡住光电池片(10) 1/2 V′、V′、 1/4 V′所产生的电流变化。各桨叶轨迹的高低间隔，通过电流瞬时下降值来确定，电流信号经放大器(4)，峰值保持器(5)，A/D转换及鉴别输出器(6)，再经微机(7)处理，送入数码显示器(8)显示出来。桨叶轨迹最大间隔值(D)，用△Iscmax来确定并以此作为测量前检测装置的校准值。
检测装置起动时，同步受感器(C)发出同步信号。同步受感器(C)的作用是为了分辨出图4中电流值的每个波谷来源于第几号桨叶，同步受感器(C)由软磁铁和感应线圈两部份组成。前者装在转子上，后者装在定子上。桨叶每旋转一周，两者相遇一次，发生一次同步脉冲信号，该信号输入检测箱(B)，由微机(7)进行处理，桨叶号位置在数码显示器(8)面板上显示出来。同一瞬间，数码显示器(8)面板上还将显示出该桨叶轨迹的间隔值d。
二、检测步骤(1)在直升机上安装同步受感器(C)，随后起动直升机。
(2)确定检测相机位置，并使相机镜头对准桨叶叶尖轨迹面。
(3)接通检测箱(B)中的电源按键(2)，使本装置工作。
(4)测量前的校准。方法是调整相机仰角，使所有桨叶通过镜头产生的影像全部遮挡住光电池片(10)。调节数码显示器(8)面板上的校正旋钮(1)(或调镜头光圈)，使数码显示器(8)显示的数据等于给定的可检测桨叶轨迹的最大间隔值(D)，如前述的D＝1100毫米。
(5)将镜头缓慢下移，显示的数据随之变小，直到数据显示到可检测桨叶轨迹最大间隔的一半左右时，将相机镜头固定。
(6)检测操作，按下取样按键(d)，微机(7)内存贮连续三周测得的数据。同时数码显示器(8)上显示第一组最高、最低两片桨叶轨迹的实测最大间隔值;按下信号选择按键Ⅱ(或Ⅲ)，数码显示器(8)即显示第二组(或第三组)的桨叶轨迹的实测最大间隔值。如果重新需要显示第一组数据时可按信号选择按键Ⅰ。
如果要知道某组桨叶与基准桨叶轨迹的实测间隔值，可以再按一下取样按键(d)使之抬起，然后按下信号选择按键Ⅰ(或Ⅱ、或Ⅲ)数码显示器(8)即自动依次连续循环显示出1-××，2+××，3-00，4-××和d-××。其中d-××表示该组的最大间隔值dmax，图5中所显示的d为25毫米。1，2，3，4为桨叶编号，编号由同步受感器(C)的安装位置决定;“-”表示该号桨叶低于基准桨叶，随后的××表示低于××××毫米;“+”表示该号桨叶高于基准桨叶，随后的××表示高于××××毫米。在该组数据循环显示过程中，按下取样按键(d)，可使数据保持己显示的数据不变;再按一下取样按键(d)使之抬起，数据又可继续变化。
如果认为显示的三组信号不理想，可按下复位按键(3)，抹掉原贮存的三组信号，这时显示数据回到可检测桨叶轨迹最大间隔的一半左右。调整校正旋钮(1)使显示数据恢复到上次取样时的数据后，按下取样按键(d)，就有另一批三组信号输入检测箱(B)，以供使用。
权利要求
1.螺旋桨及旋转叶片轨迹的间隔，特别是直升机旋转桨叶轨迹的间隔或桨叶相位的检测方法，现在使用的有摄像法，本发明的特征是采用光电池器件的光电检测法，当桨叶旋转，叶尖通过照像机镜头时，叶尖遮挡镜头的程度不同，引起感光的光电池器件输出的光电流也不同，以此检测桨叶的轨迹和桨叶相位。
2.螺旋桨及旋转叶片轨迹的间隔，特别是直升机旋转桨叶轨迹的间隔或桨叶相位的检测装置由摄像机，处理装置和标识器组成，本发明的特征是摄像机采用照相装置(A)，照相装置(A)内成像处的感光胶片由光电池片(10)代替，处理装置为检测箱(B)，标识器为同步受感器(C)。
3.根据权利要求2的检测装置，其特征是光电池片(10)使用硅光电池片。
4.根据权利要求2的检测装置，其特征是检测箱(B)由信号放大器(4)、峰值保持器(5)、A/D转换及鉴别输出器(6)、微机(7)、显示装置(8)和信号选择器(9)等组成。光电池片(10)的输出光电流信号经放大器(4)放大和微机(7)处理后送入显示装置(8)。
5.根据权利要求2的检测装置，其特征是同步受感器由装在转子上的软磁铁和装在定子上的感应线圈两部分组成。
6.根据权利要求4的检测装置，其特征是显示装置(8)是数字式显示装置。
全文摘要
本发明提供了一种检测直升机旋翼桨叶轨迹间隔和桨叶相位的方法与装置。本装置由摄像机、同步受感器、检测箱三部分组成。特点是根据光电转换原理，利用各桨叶通过摄像机镜头时在摄像机内硅光电池片上产生影像大小，使光电池片产生不同的电流值，以此反映各桨叶旋转轨迹的高低和桨叶的相位差。将上述电信号放大，经微机处理，最后由数码显示器直接显示出桨叶轨迹间隔值或相位值。本装置的误差为±2毫米，检测结果可以定量的自动显示和贮存。
文档编号G01D5/30GK1031893SQ85100908
公开日1989年3月22日 申请日期1985年2月23日 优先权日1985年2月23日
发明者张拯, 林秉礼 申请人:空军第一航空机务学校