[发明专利]一种气动与质量不平衡耦合的螺旋桨自动平衡装置与方法

权利要求书

1.一种气动与质量不平衡耦合的螺旋桨自动平衡装置，其特征在于，包括底座、轴承座、转轴、无级调速电机、电机支架；

两个所述轴承座通过六角螺栓安装于底座上；电机支架安装在底座的一侧，并与底座上的安装孔对齐，并用六角螺栓将电机支架固定；无级调速电机安装在电机支架上，两个测振轴套通过不锈钢胀紧套连接到转轴的两个预定的测点位置，在轴承座上安装轴承，通过轴承将转轴安装固定；无级调速电机的轴端通过高精度梅花联轴器与转轴的一端相连接，转轴的另一端安装螺旋桨。

2.根据权利要求1所述的一种气动与质量不平衡耦合的螺旋桨自动平衡装置，其特征在于，所述螺旋桨的结构中，螺旋桨的桨叶安装于桨叶转接头的一端上，桨叶转接头的另一端连接到桨毂上并调整好桨叶的角度，组装形成完整的螺旋桨；胀紧套放入到桨毂的中心孔中使之与桨毂组合，桨叶的接口对准桨叶转接头的固定孔并用螺栓固定，在桨叶转接头的固定孔作用两侧顶丝孔中安装顶丝将桨叶左右两侧进行固定；桨叶和桨叶转接头的组合体通过桨叶转接头端部的细牙螺纹和桨毂中的细牙螺纹孔相连接，在桨叶转接头的半圆处使得桨叶随着桨叶转接头的旋转改变桨叶角度，同时这种桨叶、桨叶转接头和桨毂的组合方式自由的组合叶片的个数，能够实现对2桨叶、3桨叶、4桨叶、6桨叶不同桨叶个数的螺旋桨进行相关试验。

3.根据权利要求1所述的一种气动与质量不平衡耦合的螺旋桨自动平衡装置，其特征在于，该螺旋桨自动平衡装置采用单轴承座双轴承的支撑结构，轴承座中预安装一个深沟球轴承，然后放入轴承挡圈，再预安装另一个深沟球轴承，通过轴承端盖固定深沟球轴承，通过轴承挡圈来保证两个轴承的对中性。

4.根据权利要求1所述的一种气动与质量不平衡耦合的螺旋桨自动平衡装置，其特征在于，无级调速电机为永磁高速直流电机，通过永磁高速直流电机加高精度梅花联轴器实现动力扭矩的传输，转子的动力传输通过永磁高速直流电机输出动力端于转子轴端相连接的高精度梅花联轴器传递动力，驱动电机通过定位孔和六角螺栓安装于电机支架上，同时电机支架通过六角螺栓安装在底座上；通过带有数字显示的电机调速器实现0-7000rpm无级调速，对不同转速下的螺旋桨气动载荷进行模拟试验。

5.根据权利要求1所述的一种气动与质量不平衡耦合的螺旋桨自动平衡装置，其特征在于，还包括来流角度和来流速度结构，来流角度和来流速度结构由底板、半圆刻度盘、角度指针、风源组成；半圆刻度盘通过螺钉固定在底板上，指针安装在底板的中心处，将指针和风源相连，通过指针的转动带动风源的转动，实现来流与桨轴之间角度的变化，以此模拟螺旋桨飞机在俯仰、俯冲、巡航以及大迎角飞行不同飞行姿态时气动载荷对转子产生的振动以及气动和质量耦合振动规律；来流速度由轴流式风扇提供来流风速，该轴流式风扇实现对来流风速的无级调速，产生0-10m/s的范围内轴向风速，结合风速传感器对来流风速实现精准的控制，防止风扇距离带来的风速的损失而导致实验结果误差大的情况发生。

6.根据权利要求1所述的一种气动与质量不平衡耦合的螺旋桨自动平衡装置，其特征在于，该装置的流固耦合方法实施步骤如下：

S1根据CAD二维图纸利用SOLIDWORKS建模仿真软件建立螺旋桨试验装置三维模型；

S2根据理论计算对模型进行简化处理；

S3将建立好的螺旋桨试验装置模型导入到ANSYS Fluent和ANSYS Transient模块中，并将两个模块的结果连接到couple system模块，使得两个模块的数据可以相互传输，形成流固耦合；

S4在ANSYS Fluent模块里建立内流场和外流场，模拟螺旋桨发动机飞行时的外部环境；

S5分别对ANSYS Fluent和ANSYS Transient，模块的螺旋桨试验装置三维模型进行网格划分，并进行网格无关性检验；

S6设置仿真条件和合理仿真时间步长，开始计算；

S7计算结束后，导出仿真计算数据到MATLAB中，对仿真数据进行数据处理。