面临的技术难题？
螺旋桨是船舶、水下航行器的核心推进部件，螺旋桨敞水性能、空化特性试验是推进器设计迭代必不可少的环节。数值仿真能够预报螺旋桨水动力，但仿真结果必须依靠模型试验标定验证。
螺旋桨定常动力仪作为试验核心设备，主要用于水下环境完成螺旋桨推力、扭矩、转速多参量同步测量，获取螺旋桨定常工况下的水动力性能数据。该设备需在高速旋转、水下承压、潮湿工况下，将旋转轴上的推力、扭矩应变信号稳定传输至静态采集系统，同时要兼顾机械强度、水密防护、测量精度三大约束条件，技术实现难度较高。
传统动力仪存在量程覆盖窄、高速工况信号噪声大、水下密封可靠性不足、维护拆装繁琐等痛点，严重制约国内螺旋桨试验的测试范围与数据质量，也给试验开展、设备运维带来较大成本与安全风险。
汉唐解决方案
针对上述测试需求与技术难题，九江汉唐光电团队围绕水下环境中螺旋桨推力、扭矩、转速等多参量同步测量的需求，开展了专项技术研究与大量测试实验。依托汉唐自主成熟的高速滑环引电器、应力环等多项技术方案，技术团队自主定制并完成标定，成功推出 "HTT114-NJ060-YHL1.2-G05 舰船螺旋桨定常动力仪"。
该系统由输入轴、输出轴、光电式编码器、扭矩天平、应力环、高速滑环引电器、轴承支撑系统、水密外壳与密封组件等组成，针对多扭矩档位完成了定制化弹性体设计，可承受 50 kPa～200 kPa（绝压）的外部水压；设备内部腔体保持水密并与大气连通，信号出线采用水密接插件。该系统可有效解决水下高速旋转条件下推力与扭矩同步高精度测量的难题。
动力仪内部结构示意图
其工作原理为：输入轴对接驱动电机，用于传递扭矩；输出轴连接螺旋桨桨叶；扭矩天平专门用于感知旋转扭矩，应力环用于感知轴向推力；光电编码器采集转速与桨叶相位；旋转状态下产生的应变信号经滑环引电器传输至外部静态采集系统。
一、扭矩天平（扭矩传感单元）
扭矩天平为四辐筋条式弹性框架结构，两端法兰分别对接输入侧与输出侧。当传递扭矩时，四根弹性筋条发生扭转变形，筋条根部倒角位置变形量最大，在此处粘贴应变片，4 片应变片组成惠斯通全桥，将机械扭转变形转换为电压信号。
弹性体尺寸需要合理匹配量程：刚度过大则应变输出微弱，信噪比差，测量误差升高；刚度偏小会出现塑性变形甚至结构损坏。设计阶段通过有限元仿真优化筋条尺寸，使满量程扭矩作用下应变处于应变片最优工作区间。
为抑制滑环接触电阻波动带来的测量干扰，应变信号在进入滑环之前先做板载信号放大，显著提升信噪比与测试稳定性，放大后信号经由滑环引电器向外输出。
二、高速滑环引电器
旋转天平应变片随轴一起转动，静态采集系统无法直接接线，高速滑环引电器是旋转 静态之间信号传输的核心部件。
该系统的高速滑环引电器转子与输入轴集成一体，缩短整机轴向长度，减少装配累积误差。转子环道和定子刷板实现旋转状态下电气导通；信号依靠对接电路板加金针对插方式和扭矩天平电路连接，装配简单，便于拆装维修。
该高速滑环引电器满足长时间高速旋转，动态接触电阻波动小，能够保证微弱应变信号传输质量。
三、推拉力应力环
轴向推拉力测量依靠汉唐自研的专用应力环弹性元件。应力环为环形弹性结构，环体分布凸台结构；螺旋桨产生轴向推力时，应力环发生轴向形变，凸台根部为应变最大区域，在此位置粘贴应变片组成测量电桥，经标定后换算得到推力数值；如需同时测量拉力，可以反向加装一组应力环，实现推拉双向测量。
应力环同样经过有限元仿真校核，保证满量程载荷下，应变片工作在最佳应变区间，弹性体应力低于材料屈服极限，避免发生永久塑性变形。
从原理样机研制，到多平台试验验证
九江汉唐光电自2021年启动螺旋桨定常动力仪研发，先期完成65 N・m 等级原理样机研制与测试，初步验证了整体技术路线的可行性。
目前，此款螺旋桨定常动力仪已在国内多家重点科研试验单位完成现场试验，涵盖风洞、水洞等试验平台，用于螺旋桨模型的水动力与气动性能测试，获取推力、扭矩、转速关系曲线，为螺旋桨方案迭代与性能评估提供了有力支撑。
