CN106768792B - 一种进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法 - Google Patents

一种进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法。所述进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法包括如下步骤：步骤1：进行无桨叶旋翼试验并获得有效旋翼试验数据；步骤2：在任意旋翼支臂上多次增加配重；步骤3：在除步骤2中增加配重的旋翼支臂外的任意一个旋翼支臂上增加配重，并进行旋翼试验，获得该次旋翼试验的旋翼试验数据；步骤4：判断步骤2中的旋翼支臂与步骤3中的旋翼支臂的相位差以及步骤2中的数据平均值和所述步骤3中的旋翼试验数据的差值绝对值是否在阈值范围内；6：以所述步骤5中的旋翼天平基频限制值AmxL为最大阈值进行带桨叶旋翼试验；并监视在所述带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频是否超过所述旋翼天平基频限制值。

Description

一种进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法
技术领域
本发明涉及直升机模型旋翼试验技术领域，特别是涉及一种进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法。
背景技术
模型试验台动平衡调整是进行模型旋翼试验前必须进行的工作，只有将试验台的动平衡调整到理想状态，才能进行后续科目的试验。
现有技术都是采用振动的方式进行模型试验台动平衡调整，但在模型旋翼风洞试验时，尤其是安装了机身、桨榖整流罩以后，无法直接在桨轴上安装加速度传感器。
而旋翼天平试验数据和试验台振动两者的基频具有紧密的线性相关性，因此可以利用旋翼天平基频载荷数据进行试验台动平衡调整。
现有技术无法进行风洞试验状态下的试验台动平衡调整，即无法在试验过程中进行动平衡调整。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法，所述进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法包括如下步骤：
步骤1：进行无桨叶旋翼试验，并获得有效旋翼试验数据；
步骤2：在任意一个旋翼支臂上分别多次增加配重，且后一次配重大于前一次配重，并进行旋翼试验，从而分别获得每次增加配重后的旋翼试验的旋翼试验数据，并获得所述各次旋翼试验数据的数据平均值；
步骤3：在所述步骤2的基础上拆除所有配重，并在除所述步骤2中增加配重的旋翼支臂外的任意一个旋翼支臂上增加配重，并进行旋翼试验，从而获得该次增加配重后的旋翼试验的旋翼试验数据；
步骤4：设定阈值，并判断所述步骤2中的旋翼支臂与所述步骤3中的旋翼支臂的相位差以及所述步骤2中的数据平均值和所述步骤3中的旋翼试验数据的差值绝对值是否在阈值范围内，若是，则进行下一步；若否，则重复所述步骤2和步骤3，直至所述判断为是；
步骤5：通过拟合方法将所述步骤2中的各次旋翼试验数据中的旋翼主轴处的振动数据以及各次旋翼试验数据中的旋翼天平数据进行拟合，从而得到相应函数关系式，将旋翼试验台安全限定值带入所述相应函数关系式，从而得到旋翼天平基频限制值AmxL；
步骤6：以所述步骤5中的旋翼天平基频限制值AmxL为最大阈值进行带桨叶旋翼试验；并监视在所述带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频是否超过所述旋翼天平基频限制值AmxL，若否，则继续所述带桨叶旋翼试验直至试验结束；若是，则通过增加配重量的方式进行动平衡调整，从而保证带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频在所述带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频范围内直至试验结束。
优选地，所述有效旋翼试验数据包括包括幅值频率数据和相位频率数据，其中，幅值频率数据(A)包括旋翼主轴处的航向振动Gx、旋翼主轴处的垂向振动Gy和旋翼主轴处的侧向振动Gz、旋翼天平航向弯矩Mx、旋翼天平垂向弯矩My、旋翼天平侧向力Fz和旋翼天平侧向弯矩Mz；相位频率(P)数据包括旋翼天平主轴处的航向振动Gx、旋翼天平主轴处的垂向振动Gy和旋翼天平主轴处的侧向振动Gz、旋翼天平航向弯矩Mx、旋翼天平垂向弯矩My、旋翼天平侧向力Fz和旋翼天平侧向弯矩Mz。
优选地，所述步骤1具体为：
在试验台缺少安装机身和桨榖整流罩以及缺少安装桨叶的状态下，在自动倾斜器不动环下端面垂直向下10mm距离位置的桨轴上粘贴一个三轴加速度传感器，粘贴时保证加速度传感器的Gx、Gy、Gz3个轴向定义和旋翼天平Fx、Fy、Fz对应一致；
将试验台运转到试验任务书规定的试验转速rpm，然后进行总距递增操纵，然后采集稳定状态的试验数据，每个状态至少截取10秒数据进行FFT分析得到n组幅频和相频数据；
根据试验转速rpm，计算基频f；
从上述n组幅频数据中提取基频f对应的试验台旋翼天平主轴处的航向振动Agx和侧向振动Agz，分别组成一维数组Agx(1,2,3…n)和Agz(1,2,3…n)。
从上述n组相频数据中提取基频f对应的试验台旋翼天平主轴处的航向振动Pgx和侧向振动Pgz，分别组成一维数组Pgx(1,2,3…n)和Pgz(1,2,3…n)。
从上述n组幅频数据中提取基频f对应的旋翼天平航向弯矩Amx、侧向力Afz和侧向弯矩Amz，分别组成一维数组Amx(1,2,3…n)、Afz(1,2,3…n)和Amz(1,2,3…n)。
从上述n组相频数据中提取基频f对应的旋翼天平航向弯矩Pmx、侧向力Pfz和侧向弯矩Pmz，分别组成一维数组Pmx(1,2,3…n)、Pfz(1,2,3…n)和Pmz(1,2,3…n)。
利用互相关函数分别计算Agx(1,2,3…n)和Amx(1,2,3…n)、Agz(1,2,3…n)和Afz(1,2,3…n)、Agz(1,2,3…n)和Amz(1,2,3…n)的互相关系数，得到对应的互相关系数Rxx、Rzz1和Rzz2。
优选地，所述将试验台运转到试验任务书规定的试验转速rpm，然后进行总距递增操纵具体为：首次为2度，依次递增2度，要求总距值不少于5个，并涵盖最大试验总距。
优选地，所述每个状态至少截取10秒数据进行FFT分析得到n组中的n≥5。
优选地，所述算基频f的计算公式为：f＝rpm/60，其中，rpm的单位为：转/分钟，f的单位为：Hz。
本申请的进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法通过在旋翼天平基频载荷进行风洞试验状态下的旋翼模型试验台动平衡调整，可以排除由于附加加速度传感器对整流罩整流效果的影响以及附带的安装维护工作量，不仅可显著提高试验效率，还能有效降低试验风险。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
图1是根据本发明第一实施例的进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法的流程示意图。
如图1所示的进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法包括如下步骤：
步骤1：进行无桨叶旋翼试验，并获得有效旋翼试验数据；
步骤2：在任意一个旋翼支臂上分别多次增加配重，且后一次配重大于前一次配重，并进行旋翼试验，从而分别获得每次增加配重后的旋翼试验的旋翼试验数据，并获得各次旋翼试验数据的数据平均值；
步骤3：在步骤2的基础上拆除所有配重，并在除步骤2中增加配重的旋翼支臂外的任意一个旋翼支臂上增加配重，并进行旋翼试验，从而获得该次增加配重后的旋翼试验的旋翼试验数据；
步骤4：设定阈值，并判断步骤2中的旋翼支臂与步骤3中的旋翼支臂的相位差以及步骤2中的数据平均值和步骤3中的旋翼试验数据的差值绝对值是否在阈值范围内，若是，则进行下一步；若否，则重复步骤2和步骤3，直至判断为是；
步骤5：通过拟合方法将步骤2中的各次旋翼试验数据中的旋翼主轴处的振动数据以及各次旋翼试验数据中的旋翼天平数据进行拟合，从而得到相应函数关系式，将旋翼试验台安全限定值带入所述相应函数关系式，从而得到旋翼天平基频限制值AmxL；
步骤6：以步骤5中的旋翼天平基频限制值AmxL为最大阈值进行带桨叶旋翼试验；并监视在带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频是否超过旋翼天平基频限制值AmxL，若否，则继续带桨叶旋翼试验直至试验结束；若是，则通过增加配重量的方式进行动平衡调整，从而保证带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频在带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频范围内直至试验结束。
在本实施例中，有效旋翼试验数据包括包括幅值频率数据和相位频率数据，其中，幅值频率数据(A)包括旋翼主轴处的航向振动Gx、旋翼主轴处的垂向振动Gy和旋翼主轴处的侧向振动Gz、旋翼天平航向弯矩Mx、旋翼天平垂向弯矩My、旋翼天平侧向力Fz和旋翼天平侧向弯矩Mz；相位频率(P)数据包括旋翼天平主轴处的航向振动Gx、旋翼天平主轴处的垂向振动Gy和旋翼天平主轴处的侧向振动Gz、旋翼天平航向弯矩Mx、旋翼天平垂向弯矩My、旋翼天平侧向力Fz和旋翼天平侧向弯矩Mz。
在本实施例中，所述步骤1具体为：
在试验台缺少安装机身和桨榖整流罩以及缺少安装桨叶的状态下，在自动倾斜器不动环下端面垂直向下10mm距离位置的桨轴上粘贴一个三轴加速度传感器，粘贴时保证加速度传感器的Gx、Gy、Gz3个轴向定义和旋翼天平Fx、Fy、Fz对应一致；
将试验台运转到试验任务书规定的试验转速rpm并进行总距递增操纵，然后采集稳定状态的试验数据，每个状态至少截取10秒数据进行FFT分析得到n组幅频和相频数据；
根据试验转速rpm，计算基频f；
从上述n组幅频数据中提取基频f对应的试验台旋翼天平主轴处的航向振动Agx和侧向振动Agz，分别组成一维数组Agx(1,2,3…n)和Agz(1,2,3…n)。
从上述n组相频数据中提取基频f对应的试验台旋翼天平主轴处的航向振动Pgx和侧向振动Pgz，分别组成一维数组Pgx(1,2,3…n)和Pgz(1,2,3…n)。
从上述n组幅频数据中提取基频f对应的旋翼天平航向弯矩Amx、侧向力Afz和侧向弯矩Amz，分别组成一维数组Amx(1,2,3…n)、Afz(1,2,3…n)和Amz(1,2,3…n)。
从上述n组相频数据中提取基频f对应的旋翼天平航向弯矩Pmx、侧向力Pfz和侧向弯矩Pmz，分别组成一维数组Pmx(1,2,3…n)、Pfz(1,2,3…n)和Pmz(1,2,3…n)。
利用互相关函数分别计算Agx(1,2,3…n)和Amx(1,2,3…n)、Agz(1,2,3…n)和Afz(1,2,3…n)、Agz(1,2,3…n)和Amz(1,2,3…n)的互相关系数，得到对应的互相关系数Rxx、Rzz1和Rzz2。举例来说，互相关系式为可以理解的是，该公式为现有技术，在此不在赘述。
在本实施例中，将试验台运转到试验任务书规定的试验转速rpm，然后进行总距递增操纵具体为：首次为2度，依次递增2度，要求总距值不少于5个，并涵盖最大试验总距。举例来说，如:2°、4°、6°、8°、10°，要求总距值不少于5个，而且必须涵盖最大试验总距，然后采集稳定状态的试验数据，每个状态至少截取10秒数据(从0脉冲位置开始)进行FFT分析得到n组(n≥5)幅频和相频数据。
在本实施例中，每个状态至少截取10秒数据进行FFT分析得到n组中的n≥5。
在本实施例中，算基频f的计算公式为：f＝rpm/60，其中，rpm的单位为：转/分钟，f的单位为：Hz。
下面以举例的方式对本申请进行详细阐述。可以理解的是，该举例并不构成对本申请的任何限制。
示例如下：
(1)试验台没有安装机身和桨榖整流罩以及没有安装桨叶的状态下，在自动倾斜器不动环下端面垂直向下10mm距离位置的桨轴上粘贴一个3轴加速度传感器，粘贴时必须保证加速度传感器的Gx、Gy、Gz3个轴向定义和旋翼天平Fx、Fy、Fz对应一致。
(2)将试验台运转到试验任务书规定的试验转速rpm为1002转/分钟，然后进行总距递增操纵(如:2°、4°、6°、8°)，然后采集稳定状态的试验数据，每个状态截取10秒数据进行FFT分析得到8组幅频和相频数据。
(3)根据试验转速rpm，计算基频f，计算公式为：f＝rpm/60，其中rpm的单位为：转/分钟，f的单位为：Hz。
(4)从上述8组幅频数据中提取基频f对应的试验台旋翼天平主轴处的航向振动Agx和侧向振动Agz，分别组成一维数组Agx(1,2,3…8)和Agz(1,2,3…8)。
(5)从上述8组相频数据中提取基频f对应的试验台旋翼天平主轴处的航向振动Pgx和侧向振动Pgz，分别组成一维数组Pgx(1,2,3…8)和Pgz(1,2,3…8)。
(6)从上述8组幅频数据中提取基频f对应的旋翼天平航向弯矩Amx、侧向力Afz和侧向弯矩Amz，分别组成一维数组Amx(1,2,3…8)、Afz(1,2,3…8)和Amz(1,2,3…8)。
(7)从上述8组相频数据中提取基频f对应的旋翼天平航向弯矩Pmx、侧向力Pfz和侧向弯矩Pmz，分别组成一维数组Pmx(1,2,3…8)、Pfz(1,2,3…8)和Pmz(1,2,3…8)。
表1旋翼试验数据
(8)利用互相关函数分别计算Agx(1,2,3…n)和Amx(1,2,3…n)、Agz(1,2,3…n)和Afz(1,2,3…n)、Agz(1,2,3…n)和Amz(1,2,3…n)的互相关系数，得到对应的互相关系数Rxx、Rzz1和Rzz2，见下表2。
表2互相关系数
Rxx Ryy Rzz1 Rzz2
0.9937 0.9826 0.9719 0.8431
(9)从表2从Rxx、Rzz1和Rzz2中选择数值最大的1个，选择时要保证这个最大的数值≥0.95，从上表2中选择最大数为Rxx,既选择旋翼天平航向弯矩Mx。
在任意一个旋翼支臂上分别多次增加配重，且后一次配重大于前一次配重，并进行旋翼试验，从而分别获得每次增加配重后的旋翼试验的旋翼试验数据，并获得所述各次旋翼试验数据的数据平均值；
步骤3：在所述步骤2的基础上拆除所有配重，并在除所述步骤2中增加配重的旋翼支臂外的任意一个旋翼支臂上增加配重，并进行旋翼试验，从而获得该次增加配重后的旋翼试验的旋翼试验数据；
步骤4：设定阈值，并判断所述步骤2中的旋翼支臂与所述步骤3中的旋翼支臂的相位差以及所述步骤2中的数据平均值和所述步骤3中的旋翼试验数据的差值绝对值是否在阈值范围内，若是，则进行下一步；若否，则重复所述步骤2和步骤3，直至所述判断为是；
步骤5：通过拟合方法将所述步骤2中的各次旋翼试验数据中的旋翼主轴处的振动数据以及各次旋翼试验数据中的旋翼天平数据进行拟合，从而得到相应函数关系式，将旋翼试验台安全限定值带入所述相应函数关系式，从而得到旋翼天平基频限制值AmxL；
步骤6：以所述步骤5中的旋翼天平基频限制值AmxL为最大阈值进行带桨叶旋翼试验；并监视在所述带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频是否超过所述旋翼天平基频限制值AmxL，若否，则继续所述带桨叶旋翼试验直至试验结束；若是，则通过增加配重量的方式进行动平衡调整，从而保证带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频在所述带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频范围内直至试验结束。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法，其特征在于，所述进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法包括如下步骤：
步骤1：进行无桨叶旋翼试验，并获得有效旋翼试验数据；
步骤2：在任意一个旋翼支臂上分别多次增加配重，且后一次配重大于前一次配重，并进行旋翼试验，从而分别获得每次增加配重后的旋翼试验的旋翼试验数据，并获得所述各次旋翼试验数据的数据平均值；
步骤3：在所述步骤2的基础上拆除所有配重，并在除所述步骤2中增加配重的旋翼支臂外的任意一个旋翼支臂上增加配重，并进行旋翼试验，从而获得该次增加配重后的旋翼试验的旋翼试验数据；
步骤4：设定阈值，并判断所述步骤2中的旋翼支臂与所述步骤3中的旋翼支臂的相位差以及所述步骤2中的数据平均值和所述步骤3中的旋翼试验数据的差值绝对值是否在阈值范围内，若是，则进行下一步；若否，则重复所述步骤2和步骤3，直至所述判断为是；
步骤5：通过拟合方法将所述步骤2中的各次旋翼试验数据中的旋翼主轴处的振动数据以及各次旋翼试验数据中的旋翼天平数据进行拟合，从而得到相应函数关系式，将旋翼试验台安全限定值带入所述相应函数关系式，从而得到旋翼天平基频限制值AmxL；
步骤6：以所述步骤5中的旋翼天平基频限制值AmxL为最大阈值进行带桨叶旋翼试验；并监视在所述带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频是否超过所述旋翼天平基频限制值AmxL，若否，则继续所述带桨叶旋翼试验直至试验结束；若是，则通过增加配重量的方式进行动平衡调整，从而保证带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频在所述带桨叶旋翼试验过程中旋翼天平的基频范围内直至试验结束；其中，
所述有效旋翼试验数据包括幅值频率数据和相位频率数据，其中，幅值频率数据(A)包括旋翼主轴处的航向振动Gx、旋翼主轴处的垂向振动Gy和旋翼主轴处的侧向振动Gz、旋翼天平航向弯矩Mx、旋翼天平垂向弯矩My、旋翼天平侧向力Fz和旋翼天平侧向弯矩Mz；相位频率(P)数据包括旋翼天平主轴处的航向振动Gx、旋翼天平主轴处的垂向振动Gy和旋翼天平主轴处的侧向振动Gz、旋翼天平航向弯矩Mx、旋翼天平垂向弯矩My、旋翼天平侧向力Fz和旋翼天平侧向弯矩Mz。
2.如权利要求1所述的进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
在试验台缺少安装机身和桨榖整流罩以及缺少安装桨叶的状态下，在自动倾斜器不动环下端面垂直向下10mm距离位置的桨轴上粘贴一个三轴加速度传感器，粘贴时保证加速度传感器的Gx、Gy、Gz3个轴向定义和旋翼天平Fx、Fy、Fz对应一致；
将试验台运转到试验任务书规定的试验转速rpm，然后进行总距递增操纵，然后采集稳定状态的试验数据，每个状态至少截取10秒数据进行FFT分析得到n组幅频和相频数据；
根据试验转速rpm，计算基频f；
从上述n组幅频数据中提取基频f对应的试验台旋翼天平主轴处的航向振动Agx和侧向振动Agz，分别组成一维数组Agx(1,2,3…n)和Agz(1,2,3…n)；
从上述n组相频数据中提取基频f对应的试验台旋翼天平主轴处的航向振动Pgx和侧向振动Pgz，分别组成一维数组Pgx(1,2,3…n)和Pgz(1,2,3…n)；
从上述n组幅频数据中提取基频f对应的旋翼天平航向弯矩Amx、侧向力Afz和侧向弯矩Amz，分别组成一维数组Amx(1,2,3…n)、Afz(1,2,3…n)和Amz(1,2,3…n)；
从上述n组相频数据中提取基频f对应的旋翼天平航向弯矩Pmx、侧向力Pfz和侧向弯矩Pmz，分别组成一维数组Pmx(1,2,3…n)、Pfz(1,2,3…n)和Pmz(1,2,3…n)；
利用互相关函数分别计算Agx(1,2,3…n)和Amx(1,2,3…n)、Agz(1,2,3…n)和Afz(1,2,3…n)、Agz(1,2,3…n)和Amz(1,2,3…n)的互相关系数，得到对应的互相关系数Rxx、Rzz1和Rzz2。
3.如权利要求2所述的进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法，其特征在于，所述将试验台运转到试验任务书规定的试验转速rpm，然后进行总距递增操纵具体为：首次为2度，依次递增2度，要求总距值不少于5个，并涵盖最大试验总距。
4.如权利要求3所述的进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法，其特征在于，所述每个状态至少截取10秒数据进行FFT分析得到n组中的n≥5。
5.如权利要求4所述的进行旋翼模型试验台动平衡调整的方法，其特征在于，所述算基频f的计算公式为：f＝rpm/60，其中，rpm的单位为：转/分钟，f的单位为：Hz。
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