CN109632536A - 基于共振法高频热载桨叶疲劳试验装置 - Google Patents

基于共振法高频热载桨叶疲劳试验装置 Download PDF

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陈小毛
范婧婕
尹翔
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Nanjing Long Sky Technology Co Ltd
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Nanjing Long Sky Technology Co Ltd
Nanjing Pukou High Tech Industrial Development Zone Management Committee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces

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Abstract

本发明提供了一种基于共振法高频热载桨叶疲劳试验装置，包括振动台、两个支撑横梁、两个支座、两个滚动轴承、两个安装夹具、两个加热组件；振动台位于两个支撑横梁中间，桨叶中心设置于振动台上，每一支撑横梁上端设置直梁，每一支座上端固定连接于直梁上，每一安装夹具上端面的连接耳通过相应滚动轴承与相应支座转动连接，每一安装夹具夹在桨叶的一阶固有频率的节点上，加热组件包括温度控制电路、驱动电源，驱动电源为温度控制电路供电，温度控制电路设置于测试的桨叶上，温度控制电路中设置若干检测器电阻且获取每一检测器电阻的实时阻值。

Description

基于共振法高频热载桨叶疲劳试验装置
技术领域
本发明涉及一种直升机桨叶的机械振动实验装置，特别是一种基于共振法高频热载桨叶疲劳试验装置。
背景技术
疲劳是引起机械构件失效的最主要原因，并且可能造成灾难性的事故。旋翼桨叶作为直升机的最关键的几大部件之一，长期承受复杂的周期交变载荷，因此它性能的好与坏直接影响直升机的总体性能，同时关系到飞行的安全。目前，解决旋翼桨叶的安全使用寿命这一问题的有效方法就是通过疲劳试验，从而获得桨叶的疲劳性能参数。因此，在直升机定型前必须进行疲劳实验验证。直升机桨叶是一种细长结构，工作时承受多方向的振动和静载荷。直升机桨叶疲劳试验，要求尽可能的模拟真实的工作环境，实验模拟整个桨叶展长方向上的响应，存在着很大的困难，甚至是不可能的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于共振法高频热载桨叶疲劳试验装置，可以对桨叶内加热组件在大应变条件下，进行快速测试，且结果精确度高。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于共振法高频热载桨叶疲劳试验装置，包括振动台、两个支撑横梁、两个支座、两个滚动轴承、两个安装夹具、两个加热组件；振动台位于两个支撑横梁中间，桨叶中心设置于振动台上，每一支撑横梁上端设置直梁，每一支座上端固定连接于直梁上，每一安装夹具上端面的连接耳通过相应滚动轴承与相应支座转动连接，每一安装夹具夹在桨叶的一阶固有频率的节点上，加热组件包括温度控制电路、驱动电源，驱动电源为温度控制电路供电，温度控制电路设置于测试的桨叶上，温度控制电路中设置若干检测器电阻且获取每一检测器电阻的实时阻值。
一种基于共振法高频热载桨叶疲劳试验方法，包括以下步骤：
桨叶在振动台的驱动下振动；
温度控制电路中的检测电阻循环加热冷却；
至少记录加热冷却循环次数、检测电阻阻值、检测电阻表面温度、加热电压，若电阻阻值改变和/或检测电阻表面温度变化异常，则桨叶失效。
采用上述方法，检测电阻循环加热冷却的过程为：为温度控制电路供电，当检测电阻温度达到了预设值，温度控制电路断开，桨叶自然冷却；冷却到预设温度，为温度控制电路供电，开始供能加热，直到检测电阻再次达到预设温度，如此循环。
采用上述方法，在桨叶上设置加速度计，对加速度信号进行频率分析，若振动频率偏离预定范围，则直梁破坏或者振动台发生故障，关闭振动台。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)本发明并未采用应变信号直接进行振动控制，而是对加速度信号进行频率分析，如果振动频率偏离预定范围，则直梁破坏或者控制***发生故障，需要立即关闭振动台；同时功放的输出功率进行检测，表明是否直梁的动力学特性发生变化；(2)安装夹具夹在桨叶的一阶固有频率的节点上，按照一阶固有频率激励，应能够在较短的时间内(1-2天)完成数百万应变循环，在此实验装置下获得的桨叶的疲劳性能参数，可以为寿命的评估提供可靠的依据，以确定更合理的桨叶合格标准，以提高经济效益；(3)电热组件由温度控制***和电源驱动，通过检测器电阻来判断整个电路的连通性。电热组件中的任何电路断开都被认为是失效。电路断开，电阻改变时意味着试验件发生失效。
附图说明
图1是本发明实验装置示意图。
图2是本发明实验装置俯视图。
图3是图2的A-A剖视图。
具体实施方式
结合图1、图2，一种基于共振法高频热载桨叶疲劳试验装置，包括振动台1、两个支撑横梁2、两个支座5、两个滚动轴承6、两个安装夹具7、两个加热组件3、若干应变片、加速度计9；其中振动台1位于两个支撑横梁2中间，桨叶8中心设置于振动台1上，若干应变片设置在桨叶8上，每一支撑横梁2上端设置直梁4，每一支座5上端固定连接于直梁4上，每一安装夹具7上端面的连接耳通过相应滚动轴承6与相应支座5转动连接，每一安装夹具7夹在桨叶8的一阶固有频率的节点上，加热组件3包括温度控制电路、驱动电源，驱动电源为温度控制电路供电，温度控制电路设置于测试的桨叶8上，温度控制电路中设置检测电阻且获取每一检测器电阻的实时阻值，加速度计9设置于桨叶8上。
支撑横梁2通过接地螺栓与地面固定。
支座5用于安装试验件8，支座一头固定在支撑横梁2上，一头通过夹具固定在试验件8的一阶固有频率两个节点上。支座5可以借助滚动轴承6绕着支座5中心面内转动，通过其作用可以实现试验件8的平面摆动。
振动台1以桨叶8的第一阶固有模态频率提供激振力。
应变片有4个，每两个设置于桨叶8两端且应变片对称设置。
电缆接头部位尽可能布置在距离直梁中线较近的地方，以使其承受最大的应变水平。
桨叶8上还设置力传感器，与加速度计9构成闭合回路，通过功率放大器驱动振动台。具体为，加速度计获取的加速度转化为频率，与力传感器测得的振动器提供的驱动力计算振动频率信号，通过功率放大器放大振动频率信号。
振动台在直梁的中点施加激振力，使用“自由—自由”状态下的第一阶固有模态频率对其进行激励。
一种基于共振法高频热载桨叶疲劳试验方法，包括以下步骤：
桨叶8在振动台1的驱动下振动；
温度控制电路中的检测电阻循环加热冷却；
至少记录加热冷却循环次数、检测电阻阻值、检测电阻表面温度、加热电压、应变，若电阻阻值改变和/或检测电阻表面温度变化异常，则桨叶8失效。
检测电阻循环加热冷却的过程为：为温度控制电路供电，当检测电阻温度达到了预设值，温度控制电路断开，桨叶8自然冷却；冷却到预设温度，为温度控制电路供电，开始供能加热，直到检测电阻再次达到预设温度，如此循环。
在桨叶8上设置加速度计9，对加速度信号进行频率分析，若振动频率偏离预定范围，则直梁4破坏或者振动台1发生故障，关闭振动台1。

Claims (7)

1.一种基于共振法高频热载桨叶疲劳试验装置，其特征在于，包括振动台(1)、两个支撑横梁(2)、两个支座(5)、两个滚动轴承(6)、两个安装夹具(7)、两个加热组件(3)、若干应变片；其中
振动台(1)位于两个支撑横梁(2)中间，
桨叶(8)中心设置于振动台(1)上，
若干应变片设置在桨叶(8)上，
每一支撑横梁(2)上端设置直梁(4)，
每一支座(5)上端固定连接于直梁(4)上，
每一安装夹具(7)上端面的连接耳通过相应滚动轴承(6)与相应支座(5)转动连接，
每一安装夹具(7)夹在桨叶(8)的一阶固有频率的节点上，
加热组件(3)包括温度控制电路、驱动电源，
驱动电源为温度控制电路供电，
温度控制电路设置于测试的桨叶(8)上，
温度控制电路中设置检测电阻且获取每一检测器电阻的实时阻值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，桨叶(8)上设置加速度计(9)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，振动台(1)以桨叶(8)的第一阶固有模态频率提供激振力。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，应变片有4个，每两个设置于桨叶(8)两端且应变片对称设置。
5.一种基于权利要求1所述装置的桨叶疲劳试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
桨叶(8)在振动台(1)的驱动下振动；
温度控制电路中的检测电阻循环加热冷却；
至少记录加热冷却循环次数、检测电阻阻值、检测电阻表面温度、加热电压、应变，若电阻阻值改变和/或检测电阻表面温度变化异常，则桨叶(8)失效。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，检测电阻循环加热冷却的过程为：为温度控制电路供电，当检测电阻温度达到了预设值，温度控制电路断开，桨叶(8)自然冷却；冷却到预设温度，为温度控制电路供电，开始供能加热，直到检测电阻再次达到预设温度，如此循环。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在桨叶(8)上设置加速度计(9)，对加速度信号进行频率分析，若振动频率偏离预定范围，则直梁(4)破坏或者振动台(1)发生故障，关闭振动台(1)。
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