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《航空科學技術》2017年第1期

摘要:為了實現某型航空螺旋槳試飛過程中槳葉的載荷測量，設計一套遙測系統來實現槳葉應變信號傳輸。針對被試對象的特殊結構，介紹了遙測系統的工作原理，并對測試所需的遙測盤、接收天線靜子支架和電源系統的結構設計過程進行了闡述，所設計遙測系統結構合理可行，滿足工作需求，為后續螺旋槳載荷測量試飛提供了技術保障。

關鍵詞:航空螺旋槳載荷測量飛行試驗遙測系統結構設計

0引言

由于螺旋槳技術帶來的低耗油性、高效率性，且隨著新材料技術的不斷發展，使得航空螺旋槳技術得到很好的發展，促使螺旋槳新技術不斷在軍用無人機、運輸機、支線客機、公務機等各領域得到了很好的應用。隨著飛機和發動機技術指標不斷提高，螺旋槳拉/推力也不斷提高，螺旋槳所受載荷也隨之增加，對螺旋槳槳葉、槳軸等零部件的強度要求也逐漸苛刻，因此，尋求螺旋槳強度、壽命設計的合理性，已成為螺旋槳設計領域極度關心的問題。螺旋槳載荷測量是隨著螺旋槳飛機的飛行而產生，是螺旋槳設計，螺旋槳壽命、可靠性評估以及螺旋槳飛機飛行穩定性的重要依據。我國GJB243《航空燃氣渦輪動力裝置飛行試驗要求》和民運航空適航條例CCAR25部明確規定，需對螺旋槳振動應力和1P力矩載荷進行測量試驗。因此，在飛行試驗中對螺旋槳載荷測量具有重要意義。螺旋槳屬于旋轉件，其載荷測量的難點主要是槳葉應變信號的傳輸。為了槳葉應變信號的傳輸，必須設計定制一套遙測系統來實現。針對某型螺旋槳的測試特點，本文介紹了螺旋槳載荷測量的測試原理，并依據測試原理設計了一套遙測系統用于螺旋槳試飛中槳葉信號的傳輸。遙測系統的設計是一個復雜過程，結構必須滿足測試要求，同時避免與發動機和螺旋槳結構發生干涉。遙測系統的設計主要包括遙測盤設計、接收天線靜子支架設計、電源系統設計。

1遙測系統工作原理

被試螺旋槳由3片槳葉組成，主要測試參數為槳葉動應變、靜應變和1P載荷，均勻分布在3片槳葉上。螺旋槳載荷測量采用無線電近距遙測系統實現槳葉應變信號傳輸。遙測系統主要由旋轉部分和靜子部分組成，旋轉部分主要包括發射機、發射天線等，靜子部分主要包括接收天線、機載接收機和數據采集器等。槳葉上的應變信號通過線纜進入遙測盤的發射機模塊，發射機將應變信號調理放大后，轉換為數字信號，通過發射天線發射;接收機和發射機成對工作在預設的頻率點上，接收射頻信號并進行解調輸出，接收機輸出模擬信號，作為記錄器的輸入;也可通過局域網進入主控計算機，進行數據記錄和監視。接收機輸出的模擬信號直接進入專用記錄器，進行全程采集記錄。

2遙測系統結構設計

根據被試對象的結構特點及遙測系統的工作原理，定制設計遙測系統的結構。遙測系統結構設計主要包括遙測盤設計、接收天線靜子支架設計、電源系統設計。

2.1遙測盤設計

遙測盤是遙測系統的最主要部分，用來集成安裝遙測系統旋轉部分所用的各種模塊及電路板。遙測盤設計主要考慮兩個方面:螺旋槳的結構和遙測盤所需集成的模塊。由于被試螺旋槳尺寸小，結構緊湊，只能考慮將原槳帽安裝盤(鈑金件)拆除并替換為遙測盤，根據原槳帽安裝盤的安裝方式、空間大小以及遙測系統的要求設計遙測盤。圖2(a)中，內外區域為遙測盤與螺旋槳的裝配接口，在遙測盤的設計中必須保留原槳帽安裝盤的安裝接口;中間區域為與槳轂、槳葉相鄰區域，容易發生干涉，不具有可設計性;只有3個扇面區域不存在干涉，可設計集成模塊的安裝槽;圓環區域沿軸向空間較大，可設計集成電路板的安裝槽和發射天線槽。由于原槳帽安裝盤為硬鋁鈑金件，為了保證遙測系統旋轉部分電子元器件的集成空間，在設計遙測盤的過程中，必須對原槳帽安裝盤一些較薄區域適當加厚以提升強度和剛度。按照以上思路，利用CATIA軟件進行了遙測盤模型設計，并經過與螺旋槳設計方的多次協調，形成了遙測盤的設計方案。發射機和電池模塊采用扇形槽安裝，并成中心對稱、周向均勻分布，安裝槽的根部采用大圓角過渡以減弱應力集中效應;在圓周外圍設計了一個圓環凸臺，供動平衡試驗去材料。在盤的背面，設計了內、外兩個環形槽，內環為發射天線槽，外環為集成電路安裝槽。

2.2接收天線靜子支架

為了實現槳葉應變信號的遙測傳輸，需要在與遙測盤正對的發動機后端加裝設計遙測系統的靜子支架來安裝接收天線。根據發動機的安裝接口和遙測盤的結構布局設計靜子天線支架。為了方便安裝，接收天線主要由A、B兩部分組成，如圖4，A部分主要用于支架固定，B部分主要用于安裝接收天線，兩部分采用兩個螺栓連接。A部分由于受發動機螺栓桿長度約束，設計較薄，因此，為了保證接收天線的強度可靠，A部分采用45#鋼材料，B部分采用7075鋁合金材料，其材料參數見文獻。B部分設計有接收天線安裝槽，通過兩個螺釘將接收天線板固定，中間為接收天線引線孔，通過引線將接收信號輸入到設備艙內的接收機。

2.3電源系統

為了給遙測盤上的發射機供電，需要設計專門的電源系統，本文采用電池供電方式。選用3塊電池構成1個電池包，通過2個直流/直流穩壓分流模塊給兩個發射機模塊同時供電，室溫下可連續工作5個小時。在遙測盤設計時預留有3個電池安裝槽，考慮平衡，3個電池安裝槽在遙測盤上均布。所設計電池安裝槽預留了電池正負極引線孔和走線槽，引線孔和走線槽大小根據所用線纜直徑大小設計。為了防止電池軸向晃動，利用絕緣蓋板將電池壓緊，蓋板利用兩個螺釘固定。

3系統驗證

對所設計遙測系統結構件進行了模擬裝配和臺架試裝，如圖7所示。裝配結果表明:結構設計合理可行、無干涉，轉、靜子天線之間的實際臺架裝配距離為4.3mm，滿足遙測系統近距無線傳輸的要求(≤5mm)。并對所設計遙測系統進行了電路板和零部件集成。經實驗室調試表明，所設計遙測系統功能滿足要求，工作性能可靠，滿足某型航空螺旋槳載荷測量試飛的要求，調試及集成過程此處不再贅述。

4總結

本文介紹了某型航空螺旋槳載荷測量遙測系統所需的遙測盤、接收天線靜子支架和電源系統的設計思路和方法，經試裝和集成調試，所設計遙測系統結構合理可行，功能滿足工作要求，為后續裝機試飛提供了可靠的技術保障。

參考文獻

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作者：郭海東；牛宏偉；張永峰；張強 單位：中國飛行試驗研究院