本发明涉及试验空气动力学测量技术领域，特别涉及一种无人直升机旋翼天平。
背景技术：
无人直升机旋翼六分量对无人直升机研制过程中了解直升机旋翼性能至关重要，其中通过旋翼天平可测试出无人直升机旋翼模型上气动力载荷的大小和作用点，从而获得旋翼设计性能指标、零部件设计缺陷及飞行稳定性能等；设计人员可以根据测试结果进一步改进无人直升机设计进一步提高直升机性能。
然而，常规的六分量应变天平由于结构特点的限制，不利于用于直升机旋翼模型的测试试验，其具有旋翼模型安装空间小、阻力元件布置难、天平中间有旋翼轴通过等问题，无法满足天平测量灵敏度及力的机械结构分解要求。
因此，如何提高旋翼天平的测量精度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种无人直升机旋翼天平，以提高旋翼天平的测量精度。
为实现上述目的，本发明提供一种无人直升机旋翼天平，包括：
固定框；
位于所述固定框上方的浮动框；
设置于所述固定框上，且用于测量拉压力的悬臂式应变拉压传感器；
及两端分别与所述悬臂式应变拉压传感器和所述浮动框连接，且用于支撑所述浮动框的测力连杆；
所述测力连杆包括压电式传感器；
所述测力连杆为多个，分别为沿所述浮动框高度方向布置的第一测力连杆及均垂直于浮动框高度方向设置的第二测力连杆和第三测力连杆，所述第二测力连杆和所述第三测力连杆垂直设置。
优选地，所述第一测力连杆至少为三个，所述第二测力连杆沿所述浮动框长度方向设置，所述第三测力连杆沿所述浮动框宽度方向设置，所述第二测力连杆至少为两个，所述第三测力连杆至少为一个。
优选地，所述第一测力连杆、所述第二测力连杆和所述第三测力连杆均为结构相同的所述测力连杆，所述测力连杆包括第一端分别与所述压电式传感器两端连接的第一弹性连杆和第二弹性连杆，所述第一弹性连杆的第二端与所述悬臂式应变拉压传感器的承载端连接，所述第二弹性连杆的第二端与所述浮动框连接。
优选地，所述第一弹性连杆和/或所述第二弹性连杆与所述压电式传感器螺纹连接，且所述螺纹连接位置设有防松螺母。
优选地，所述第一弹性连杆和所述第二弹性连杆均与所述压电式传感器螺纹连接，且所述压电式传感器两端的螺纹一端为正牙螺纹，另一端为反牙螺纹。
优选地，所述第二弹性连杆上设有用于与所述浮动框下表面抵接的支撑台，所述第二弹性连杆的顶端通过锁紧件锁紧所述浮动框上表面，所述浮动框上设有供所述第二弹性连杆顶端通过的通过孔，所述通过孔内设有用于锁紧所述第二弹性连杆的锥套。
优选地，所述第一弹性连杆的第二端为螺纹结构，所述悬臂式应变拉压传感器的底端设有与所述第一弹性连杆螺纹配合的螺纹孔，所述第一弹性连杆的所述螺纹结构的顶端设有与所述悬臂式应变拉压传感器抵接的定位台。
优选地，所述第一弹性连杆和/或所述第二弹性连杆上设有多对背向设置的凹槽，多对凹槽沿所述第一弹性连杆和/或所述第二弹性连杆轴线方向上依次设置，且相邻两对所述凹槽沿所述第一弹性连杆和/或所述第二弹性连杆周向错位分布。
优选地，与所述第一测力连杆连接的悬臂式应变拉压传感器水平设置，且端部通过垫片与所述固定框连接；
与所述第二测力连杆和所述第三测力连杆连接的所述悬臂式应变拉压传感器竖直设置；
所述悬臂式应变拉压传感器与所述固定框可拆卸连接。
优选地，所述固定框的下表面设有向下凸起，且用于与支撑系统底座的限位凹槽配合；所述固定框侧面的盲孔，用于限制天平侧向保护装置沿盲孔深度方向的位移，所述天平侧向保护装置安装在所述盲孔上；
所述浮动框设有用于限制旋翼系统安装板沿所述浮动框上表面运动的限位凸台，所述浮动框和所述固定框均设有正对供旋翼轴通过的通孔。
在上述技术方案中，本发明提供的无人直升机旋翼天平包括固定框、浮动框、悬臂式应变拉压传感器及测力连杆；浮动框位于固定框上方；悬臂式应变拉压传感器设置于固定框上，且用于测量拉压力；测力连杆两端分别与悬臂式应变拉压传感器和浮动框连接，且用于支撑浮动框；测力连杆包括压电式传感器；测力连杆为多个，分别为沿浮动框高度方向布置的第一测力连杆及均垂直于浮动框高度方向设置的第二测力连杆和第三测力连杆，第二测力连杆和第三测力连杆垂直设置。
通过上述描述可知，在本申请提供的无人直升机旋翼天平中，旋翼模型产生的各力和力矩分量作用在浮动框上，再通过第一测力连杆、第二测力连杆和第三测力连杆传到固定框的悬臂式应变拉压传感器上，以测力连杆上的压电式传感器测量天平所受动态载荷，以悬臂式应变拉压传感器测量天平所受静态载荷，通过测力连杆与压电式传感器配合，刚度和测量精确度高，即有效地提高了旋翼天平的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的无人直升机旋翼天平安装后的轴测图；
图2为本发明实施例所提供的无人直升机旋翼天平安装后的正视图；
图3为图2沿a-a方向的剖视图；
图4为本发明实施例所提供的无人直升机旋翼天平的轴测图；
图5为本发明实施例所提供的第一测力连杆安装位置剖视图；
图6为本发明实施例所提供的测力连杆的结构示意图；
图7为本发明实施例所提供的浮动框的结构示意图；
图8为本发明实施例所提供的固定框的结构示意图。
其中图1-8中：1-固定框、2-浮动框、3-第一测力连杆、4-第二测力连杆、5-悬臂式应变拉压传感器、6-垫片、7-固定螺纹孔、8-盲孔、9-第一定位凸台、10-第二定位凸台、11-第一弹性连杆、12-压电式传感器、13-第二弹性连杆、14-锥套、15-凹槽、16-天平侧向保护装置、17-旋翼系统安装板、18-支撑系统底座。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种无人直升机旋翼天平，以提高旋翼天平的测量精度。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图8，在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的无人直升机旋翼天平包括固定框1、浮动框2、悬臂式应变拉压传感器5及测力连杆。具体的，本申请可以用于交叉双旋翼无人机旋翼测试。
浮动框2位于固定框1上方；悬臂式应变拉压传感器5设置于固定框1上，且用于测量拉压力；测力连杆两端分别与悬臂式应变拉压传感器5和浮动框2连接，且用于支撑浮动框2。
测力连杆包括压电式传感器12；测力连杆为多个，分别为沿浮动框2高度方向布置的第一测力连杆3及沿浮动框2水平方向垂直设置的第二测力连杆4和第三测力连杆，第二测力连杆4和第三测力连杆垂直设置。具体的，悬臂式应变拉压传感器5和压电式传感器12用于外接显示器连接，显示器用于显示悬臂式应变拉压传感器5和压电式传感器12用的测量结果。优选，第一测力连杆、第二测力连杆和第三测力连杆均为结构相同的测力连杆。
具体的，浮动框2可以为矩形框架结构，中间为供旋翼轴通过的中空结构，第一测力连杆3至少为三个，浮动框2的折角处均分别布置一个第一测力连杆3。第二测力连杆4沿浮动框2长度方向设置，第三测力连杆沿浮动框2宽度方向设置，第二测力连杆4至少为两个，第三测力连杆至少为一个。
为了降低组装难度，优选，第一测力连杆3、第二测力连杆4和第三测力连杆结构相同，即内部各个部件连接关系相同，仅尺寸大小及安装后位置不同。
在一种具体实施方式中，具体的，第一测力连杆3可以为四个，第二测力连杆4为两个，第三测力连杆为一个，此时悬臂式应变拉压传感器5为七个。即第一测力连杆3、第二测力连杆4和第三测力连杆传递浮动框2感应在x、y、z三方向上的周向压力或压力。定义坐标系：以无人直升机旋翼天平的中心为原点建立坐标系，浮动框2中间长方形开口的长度方向为z轴，宽度方向为x轴，高度方向为y轴。七个悬臂式应变拉压传感器5安装于固定框1上，用于测量拉压力数值的大小；浮动框2用于将交叉双旋翼无人直升机旋翼模型固定，浮动框2在x、y、z三方向上通过只传递轴向拉力或压力的四根第一测力连杆3、两根第二测力连杆4和一根第三测力连杆与固定框1连接。
四根第一测力连杆3上安装有压电式传感器12且其沿y轴方向布置，两根第二测力连杆4和一根第三测力连杆上也安装有压电式传感器12且其中两根沿z轴方向布置，另一根沿x轴方向布置，以实现交叉双旋翼无人直升机旋翼模型x轴方向后向力、y轴方向拉力、z轴方向侧向力、滚转方向的横向力矩、偏航方向的偏航力矩和俯仰方向的纵向力矩的测量。
旋翼天平采用了盒式应变天平的结构形式。在测试时，旋翼模型产生的各力或各力矩分量作用在浮动框2上，再通过各方向上测力连杆传递至固定框1上的悬臂式应变拉压传感器5上。为了动态测量的需要，沿旋翼天平的七根测力连杆方向分别设置量程不一的压电式传感器12，各自感应分解到七个测力连杆向上的气动载荷，从而测出旋翼天平所受动态载荷。七个测力连杆传递到悬臂式应变拉压传感器5上的沿测力连杆轴向上的载荷由悬臂式应变拉压传感器5内的应变片感受并转换为电压信号输出，从而测出天平所受静态载荷。
通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的无人直升机旋翼天平中，旋翼模型产生的各力和力矩分量作用在浮动框2上，再通过第一测力连杆3、第二测力连杆4和第三测力连杆传到固定框1的悬臂式应变拉压传感器5上，对于该无人直升机旋翼天平，旋翼模型产生的各力和力矩分量作用在浮动框2上，再通过测力连杆传到固定框1上的悬臂式应变拉压传感器5上，以测力连杆上安装的压电式拉压传感器用于测量天平所受动态载荷，以悬臂式应变拉压传感器5测量天平所受静态载荷。上述无人直升机旋翼天平可以实现无人直升机旋翼模型六分量力（或力矩）的测量，对于研究旋翼设计参数的影响、发展旋翼试验技术以及研制新型直升机和改进现有型号有着至关重要的作用。
本申请提供的无人直升机旋翼天平所使用的零部件较少，结构简单紧凑、刚度和测量精确度高、成本低、通用性好，有效地提高了旋翼天平的测量精度。
具体的，测力连杆包括第一端分别与压电式传感器12两端连接的第一弹性连杆11和第二弹性连杆13，第一弹性连杆11的第二端与悬臂式应变拉压传感器5的承载端连接，第二弹性连杆13的第二端与浮动框2连接。
在一种具体实施方式中，第一弹性连杆11和/或第二弹性连杆13与压电式传感器12螺纹连接，且螺纹连接位置设有防松螺母。优选，压电式传感器12的一端通过螺纹与第一弹性连杆11连接，另一端通过螺纹连接第二弹性连杆13，通过采用螺母固定防松且方便调整第一弹性连杆11和第二弹性连杆13的拧入深度，方便测力连杆的组装及长度调整。
具体的，第一弹性连杆11和第二弹性连杆13均与压电式传感器12螺纹连接，且压电式传感器12两端的螺纹一端为正牙螺纹，另一端为反牙螺纹。即压电式传感器12两端螺纹孔的螺纹一端为正牙螺纹另一端为反牙螺纹，便于调节固定框1与浮动框2之间的距离。
在一种具体实施方式中，第二弹性连杆13上设有用于与浮动框2下表面抵接的支撑台，第二弹性连杆13的顶端通过锁紧件锁紧浮动框2上表面，浮动框2上设有供第二弹性连杆13顶端通过的通过孔，通过孔内设有用于锁紧第二弹性连杆13的锥套14。浮动框2设有锥形通孔，锥形通孔内均设有用于定位锁紧第二弹性连杆13的上述锥套14。
在组装第二弹性连杆13时，第二弹性连杆13下端带螺纹的圆柱段拧入压电式传感器12中，其上端不带螺纹的圆柱段与锥套14内孔间隙配合，锥套14外锥孔与浮动框2上锥形通孔紧密接触，通过拧紧螺母使锥套14受到径向挤压收缩，牢固地紧箍住第二弹性连杆13，使其与浮动框2连接在一起，使用锥套14定位固紧的形式，有助于消除螺纹连接的间隙，且便于测力连杆的安装。
在一种具体实施方式中，第一弹性连杆11的第二端为螺纹结构，悬臂式应变拉压传感器5的底端设有与第一弹性连杆11螺纹配合的螺纹孔，第一弹性连杆的螺纹结构的顶端设有与悬臂式应变拉压传感器5抵接的定位台，具体的，定位台可以为六棱柱接头。组装时第一弹性连杆11下端带螺纹的圆柱段完全拧入悬臂式应变拉压传感器5中，通过其六棱柱段下表面定位，且便于使用扳手使测力连杆与悬臂式应变拉压传感器5固定连接。
如图6所示，第一弹性连杆11和/或第二弹性连杆13上设有多对背向设置的凹槽15，多对凹槽15沿第一弹性连杆11和/或第二弹性连杆13轴线方向上依次设置，相邻两对凹槽15沿第一弹性连杆11和/或第二弹性连杆13周向错位分布，即相邻两对凹槽15开设方向存在夹角，具体的，凹槽15可以为向外开口的圆弧槽。通过设置多个凹槽15起到解耦作用，能够消除与它垂直的力而只能传递轴向拉力或压力，灵敏度较高，机械分解效果好，能够消除与它垂直的力而只能传递轴向拉力或压力，因而天平干扰较小。
在一种具体实施方式中，与第一测力连杆3连接的悬臂式应变拉压传感器5水平设置，且端部通过垫片6与固定框1连接，以使其承力端悬空便于测量。
与第二测力连杆4和第三测力连杆连接的悬臂式应变拉压传感器5竖直设置；与第二测力连杆4和第三测力连杆连接的悬臂式应变拉压传感器5竖直安装分别用于测量x、z方向的力。
悬臂式应变拉压传感器5与固定框1可拆卸连接。具体的，固定框1上设有用于连接悬臂式应变拉压传感器5的螺纹孔。
在上述各方案的基础上，固定框1的下表面设有向下凸起，且用于与支撑系统底座18的限位凹槽配合；固定框1的侧面设有盲孔，用于限制天平侧向保护装置16沿盲孔深度方向的位移，具体的，固定框1的四周均分别设有一个天平侧向保护装置16。固定框1四个侧面中心处均开设有盲孔8，天平侧向保护装置16可通过螺栓顶住固定框1上的4个盲孔8，以实现天平x、z向的锁紧，具体的，天平侧向保护装置16的顶端与旋翼系统安装板17连接。固定框1下表面设置有x、z向的凸起，与支撑系统底座18上表面的限位凹槽配合限位；固定框1在其下表面四边上可以均匀分布有16个螺栓安装孔，通过螺栓连接在支撑系统底座18上。
浮动框2设有用于限制旋翼系统安装板17沿浮动框2上表面运动的限位凸台，即限位凸台限制x、z向运动，浮动框2和固定框1均设有正对供旋翼轴通过的通孔，具体的，固定框1中间开有一个用于通过旋翼轴的通孔为长方形通孔，使旋翼轴通过、减轻重量且对本身强度、刚度影响不大，具体的，长方形通孔的折角处光滑过渡。固定框1与浮动框2均采用m8的螺栓分别与支撑系统和旋翼模型固定连接，并且靠其自身的定位凸台进行定位。
浮动框2的四个角开有四个锥形通孔，四边各开有4个旋翼模型固定螺纹孔7，下表面设有用于安装第二测力连杆4的两个第二定位凸台9及安装第三测力连杆的第一定位凸台10；两个第二定位凸台9实现z向定位，且沿y轴旋转对称，且两个第二定位凸台9上各开有一个锥形通孔用于安装锥套14；第一定位凸台10用于x向定位，且第一定位凸台10有一个锥形通孔，用于安装锥套14。
限位凸台与旋翼系统安装板17下表面的限位凹槽配合限位，旋翼系统通过螺栓与固定螺纹孔7连接。
本申请提供的无人直升机旋翼天平可以实现无人直升机旋翼模型六分量力（或力矩）的测量，对于研究旋翼设计参数的影响、发展旋翼试验技术以及研制新型直升机和改进现有型号有着至关重要的作用，并且其结构简单、易于加工和组装，便于广泛使用。
需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种无人直升机旋翼天平，其特征在于，包括：
固定框（1）；
位于所述固定框（1）上方的浮动框（2）；
设置于所述固定框（1）上，且用于测量拉压力的悬臂式应变拉压传感器（5）；
及两端分别与所述悬臂式应变拉压传感器（5）和所述浮动框（2）连接，且用于支撑所述浮动框（2）的测力连杆；
所述测力连杆包括压电式传感器（12）；
所述测力连杆为多个，分别为沿所述浮动框（2）高度方向布置的第一测力连杆（3）及均垂直于浮动框高度方向设置的第二测力连杆（4）和第三测力连杆，所述第二测力连杆（4）和所述第三测力连杆垂直设置。
2.根据权利要求1所述的无人直升机旋翼天平，其特征在于，所述第一测力连杆（3）至少为三个，所述第二测力连杆（4）沿所述浮动框（2）长度方向设置，所述第三测力连杆沿所述浮动框（2）宽度方向设置，所述第二测力连杆（4）至少为两个，所述第三测力连杆至少为一个。
3.根据权利要求1所述的无人直升机旋翼天平，其特征在于，所述第一测力连杆、所述第二测力连杆和所述第三测力连杆均为结构相同的所述测力连杆，所述测力连杆包括第一端分别与所述压电式传感器（12）两端连接的第一弹性连杆（11）和第二弹性连杆（13），所述第一弹性连杆（11）的第二端与所述悬臂式应变拉压传感器（5）的承载端连接，所述第二弹性连杆（13）的第二端与所述浮动框（2）连接。
4.根据权利要求3所述的无人直升机旋翼天平，其特征在于，所述第一弹性连杆（11）和/或所述第二弹性连杆（13）与所述压电式传感器（12）螺纹连接，且所述螺纹连接位置设有防松螺母。
5.根据权利要求4所述的无人直升机旋翼天平，其特征在于，所述第一弹性连杆（11）和所述第二弹性连杆（13）均与所述压电式传感器（12）螺纹连接，且所述压电式传感器（12）两端的螺纹一端为正牙螺纹，另一端为反牙螺纹。
6.根据权利要求3所述的无人直升机旋翼天平，其特征在于，所述第二弹性连杆（13）上设有用于与所述浮动框（2）下表面抵接的支撑台，所述第二弹性连杆（13）的顶端通过锁紧件锁紧所述浮动框（2）上表面，所述浮动框（2）上设有供所述第二弹性连杆（13）顶端通过的通过孔，所述通过孔内设有用于锁紧所述第二弹性连杆（13）的锥套（14）。
7.根据权利要求3所述的无人直升机旋翼天平，其特征在于，所述第一弹性连杆（11）的第二端为螺纹结构，所述悬臂式应变拉压传感器（5）的底端设有与所述第一弹性连杆（11）螺纹配合的螺纹孔，所述第一弹性连杆（11）的所述螺纹结构的顶端设有与所述悬臂式应变拉压传感器（5）抵接的定位台。
8.根据权利要求3所述的无人直升机旋翼天平，其特征在于，所述第一弹性连杆（11）和/或所述第二弹性连杆（13）上设有多对背向设置的凹槽（15），多对凹槽（15）沿所述第一弹性连杆（11）和/或所述第二弹性连杆（13）轴线方向上依次设置，且相邻两对所述凹槽（15）沿所述第一弹性连杆（11）和/或所述第二弹性连杆（13）周向错位分布。
9.根据权利要求1所述的无人直升机旋翼天平，其特征在于，与所述第一测力连杆（3）连接的悬臂式应变拉压传感器（5）水平设置，且端部通过垫片（6）与所述固定框（1）连接；
与所述第二测力连杆（4）和所述第三测力连杆连接的所述悬臂式应变拉压传感器（5）竖直设置；
所述悬臂式应变拉压传感器（5）与所述固定框（1）可拆卸连接。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的无人直升机旋翼天平，其特征在于，所述固定框（1）的下表面设有向下凸起，且用于与支撑系统底座（18）的限位凹槽配合；所述固定框（1）侧面的盲孔，用于限制天平侧向保护装置（16）沿盲孔深度方向的位移，所述天平侧向保护装置（16）安装在所述盲孔上；
所述浮动框（2）设有用于限制旋翼系统安装板（17）沿所述浮动框上表面运动的限位凸台，所述浮动框（2）和所述固定框（1）均设有正对供旋翼轴通过的通孔。
技术总结