一种吊舱试验的推力扭矩测量装置.pdf

本发明提供的是一种吊舱试验的推力扭矩测量装置，包括主轴，所述主轴一端与舱体内置电机直接相连，另一端与推力扭矩传感器相连，所述推力扭矩传感器分为推力测量段和扭矩测量段，所述推力扭矩传感器与螺旋桨安装轴相连，所述螺旋桨安装轴上直接安装螺旋桨，所述螺旋桨产生的推力和扭矩直接通过推力扭矩传感器测出。本发明结构简单，且推力扭矩传感器可紧靠螺旋桨安装，形式小巧紧凑，可方便的布置于舱体内使用，测量精度高，两分力干扰小，且消除了传统自航仪测量推力扭矩由于轴系摩擦引起的测量误差，对吊舱推进器的实验深入研究具有重要的意义。

权利要求书
1.  一种吊舱试验的推力扭矩测量装置，其特征在于：包括舱体内置电机、与舱体内置电 机的输出轴相连的主轴、与主轴相连的推力扭矩传感器、与推力扭矩传感器相连的螺旋桨安 装轴和套装在螺旋桨安装轴上的螺旋桨，所述推力扭矩传感器包括扭矩测量段和推力测量段， 扭矩测量段中心位置设置有开孔，开孔内贴有第一全桥应变片，在所述开孔的两侧对称设置 半圆形凹槽，所述推力测量段中间位置贴有第二全桥应变片，第二全桥应变片所在位置的两 端分别设置一列通孔且所述的两列通孔以第二全桥应变片的中心为对称中心布置在推力测量 段上，每列通孔的通孔数量至少有五个，第一列的每个通孔的轴线由第二全桥应变片的中心 向推力测量段的一侧等间距平移，第二列的每个通孔的轴线由第二全桥应变片的中心向推力 测量段的另一侧等间距平移，各个通孔之间形成筋片。

说明书一种吊舱试验的推力扭矩测量装置
技术领域
本发明涉及一种推力扭矩测量装置，尤其涉及一种吊舱试验的推力扭矩测量装置。
背景技术
随着电力推进技术的发展，吊舱推进器以其优越的水动力性能和可靠的安装使用流程作为典型的代表逐渐在全世界范围内被采用。各种类型的吊舱推进器逐渐为人们所开发出来，为了将新型的吊舱推进器尽快投入使用，必须详尽的研究其水动力性能。就目前的研究来看，大部分新的设计理念尚处于理论和数值研究阶段，造成这一现象的主要原因是进行试验研究和实船研究需要耗费大量的人力物力，且需要精细的测试装置，尤其是缺少一种稳定的内置测量装置来对试验的推力和扭矩进行精细可靠的测量。而采用理论研究方法的弊端也是显而易见的，由于选取的模型和控制方程的差异，导致研究结果与实际的情况可能会有很大的出入，容易对更进一步的研究产生误导作用。而实验要求的传感器或自航仪尺寸要足够小并且精度上还要足够高，目前现有的传感器或自航仪结构均比试验要求的推力扭矩传感器结构笨重，由于采用圆柱式天平的测量方法，导致测量精度、稳定性，尤其是装置的尺寸均无法达到试验要求的标准。
发明内容
本发明的目的是为了更加准确的预报和优化吊舱推进器的性能而提供一种结构简单、可靠性高的吊舱试验的推力扭矩测量装置。
本发明的目的是这样实现的：包括舱体内置电机、与舱体内置电机的输出轴相连的主轴、与主轴相连的推力扭矩传感器、与推力扭矩传感器相连的螺旋桨安装轴和套装在螺旋桨安装轴上的螺旋桨，所述推力扭矩传感器包括扭矩测量段和推力测量段，扭矩测量段中心位置设置有开孔，开孔内贴有第一全桥应变片，在所述开孔的两侧对称设置半圆形凹槽，所述推力测量段中间位置贴有第二全桥应变片，第二全桥应变片所在位置的两端分别设置一列通孔且所述的两列通孔以第二全桥应变片的中心为对称中心布置在推力测量段上，每列通孔的通孔数量至少有五个，第一列的每个通孔的轴线由第二全桥应变片的中心向推力测量段的一侧等间距平移，第二列的每个通孔的轴线由第二全桥应变片的中心向推力测量段的另一侧等间距平移，各个通孔之间形成筋片。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明为了满足吊舱推进试验的要求，采用杆式结构布置，缩小了结构尺寸，并且提高了测量精度。当螺旋桨旋转产生推力与扭矩时，轴向力的作用使得排列在轴线两侧的筋片均产生变形，本发明采用两组筋片同时承受轴向力的 作用，使得发生的形变更加的均匀平缓，增加了使用寿命，同时还提高了测量精度，轴向形变的力最终通过两组筋片中间的第二全桥应变片测出。扭矩的测量原理与此类似，当扭矩作用于测量杆时，使其产生扭变形，本装置采用的开口是弧形开口，与传统的方形等测量方式相比，无论是测量的精度和使用寿命，均得到了提高。本发明布置方便简洁，测量精度高，可靠性高，可适用于各种类型的吊舱推进器敞水及自航试验，对于更加准确的预报和优化吊舱推进器的性能以及实船试验均具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明的结构示意图一；
图2是本发明的结构示意图二；
图3(A)是图2的A-A剖视图，图3(B)是图2的B-B剖视图，图3(C)是图2的C-C剖视图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图3(C)，本发明包括舱体内置电机、与舱体内置电机的输出轴相连的主轴4、与主轴4相连的推力扭矩传感器、与推力扭矩传感器相连的螺旋桨安装轴1和套装在螺旋桨安装轴1上的螺旋桨，所述推力扭矩传感器包括扭矩测量段3和推力测量段2，扭矩测量段3中心位置设置有开孔7，开孔7内贴有第一全桥应变片，在所述开孔7的两侧对称设置半圆形凹槽8，所述推力测量段2中间位置贴有第二全桥应变片6，第二全桥应变片6所在位置的两端分别设置一列通孔5且所述的两列通孔以第二全桥应变片6的中心为对称中心布置在推力测量段2上，每列通孔的通孔数量至少有五个，第一列的每个通孔的轴线由第二全桥应变片6的中心向推力测量段2的一侧等间距平移，第二列的每个通孔的轴线由第二全桥应变片6的中心向推力测量段2的另一侧等间距平移，各个通孔之间形成筋片9。
本发明的主轴4的一端与舱体内置电机直接相连、另一端与内置推力扭矩传感器相连，即本发明的主轴4与舱体内置电机的输出轴直接连接，中间不再需要转接装置，不需要布置于舱体外部，提高了测量精度；所述推力扭矩传感器分为扭矩测量段3和推力测量段2，采用杆式结构，可直接布置于舱体内，所述推力扭矩传感器与螺旋桨安装轴1相连，所述螺旋桨安装轴1上可直接安装螺旋桨，所述螺旋桨产生的推力和扭矩直接通过推力扭矩传感器测出，消除了传统自航仪测量推力扭矩时由于轴系摩擦引起的误差。推力测量段2由两部分排列的通孔5形成，排列的通孔形成筋片9抵抗外力变形，引起的外力由设置在推力测量段2中间的第二全桥应变片6测量。本发明的扭矩测量段3发生应变，并由开孔7处贴有的第一全桥应变片进行相应的扭矩测量。
舱体内置电机直接带动主轴4旋转，本发明所提供的推力扭矩传感器与螺旋桨一同旋转，螺旋桨旋转产生的推力和扭矩使传感器开孔部分产生形变进而通过全桥应变片将信号传出。扭矩测量段3直接与舱体内置电机的输出轴相连。推力测量段2直接与螺旋桨安装轴相连。推力测量段2采用有序排列的筋片9进行测量，扭矩通过开孔7装置进行测量。本发明的螺旋桨产生的推力扭矩由推力扭矩传感器直接测量，不经过任何的转接装置。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面为本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。首先，本发明吊舱试验推力扭矩传感器专门为进行吊舱推进器敞水及自航试验所设计，由于吊舱推进器的特殊结构，对其进行水动力性能研究需区别于一般的推进系统，主要区别于布置方式和测量方式。为此，本发明特别采用杆式结构，如图1、2所示，推力扭矩传感器一端通过主轴4直接与电机相连，另一端则直接与螺旋桨安装轴1相连。三者同轴旋转，螺旋桨产生的推力和扭矩不经过任何转接装置可直接测量，大大提高了测量精度于可靠性。同时，为了满足吊舱推进器舱体尺寸的要求，该装置测量部分直径设计只有18mm，可满足各种类型的吊舱推进器尺寸要求。
在测量方式上，本发明也区别于一般的采用5个支柱贴应变片测量的测量方法，采用布置于轴线两侧的筋片9来对轴向力进行测量，这种方式大大的提高了测量的精度和稳定性。扭矩测量的开口也选用上下半开口，中间使用第一全桥应变片的方式进行测量，无论是在测量精度还是可靠性上都满足了吊舱推进器水动力性能试验的要求。可直接布置于舱体中连接使用。
在使用时需注意，本发明采用防水结构布置，螺旋桨安装轴1，推力扭矩传感器均为水密结构，但考虑到主轴4直接与舱体内置电机相连，而舱体内置电机的防水性能各不相同，故在使用过程中采用水密布置。在螺旋桨安装过程进行水密布置时，应尽量采用水密轴套的方式，以免影响螺旋桨旋转。在使用之前应先进行烘干以及标定，以免影响测量精度。