CN107941636A - 一种用于直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直升机桨叶电热防除冰技术领域，一种用于直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验系统及方法。本发明通过设置应变测试采集系统及电性能测试系统，实现对疲劳试验件的工作状态监测，通过设置疲劳载荷加载系统实现对疲劳试验件的载荷加载，通过采用特定的疲劳试验件的结构，达到简化试验系统及降低试验费用的目的。

Description

一种用于直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验系统及方法
技术领域：本发明属于直升机桨叶电热防除冰技术领域，一种用于直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验系统及方法。
背景技术：电热防除冰技术作为一种热防除冰方式，通过内置的加热电阻通电发热，使蒙皮表面温度升高，实现防除冰的目的。直升机桨叶是飞机的动力部件，其工作过程中产生挥摆、扭转等运动，使安装在其表面的电加热组件受到弯曲、剪切应力的周期性作用，产生强度疲劳，在进行电加热组件设计时必须进行耐疲劳设计并进行设计验证。加热组件耐疲劳性能通常采用的验证方法是将加热组件粘接在桨叶上，通过疲劳试验机按照桨叶受到的疲劳载荷进行加载，检查是否出现结构破坏。该方法需要采用完整的桨叶和专用的桨叶疲劳试验系统进行试验，试验系统复杂，费用较高，且试验准备周期长，不能满足加热组件研制前期设计验证的需求。为实现直升机桨叶电加热组件研制前期的耐疲劳设计的验证需求，需要一种简单而有效的疲劳寿命试验系统及方法。
发明内容：
发明目的：提供一种简单而有效的疲劳寿命试验系统及方法，能够最终给出电加热组件的初步疲劳寿命。
技术方案：一种用于直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验系统，包括疲劳试验件4以及试验装置，所述试验装置包括疲劳载荷加载系统1、应变测试采集系统2、固定夹具3、电性能测试系统5；所述疲劳载荷加载系统1以及固定夹具3与疲劳试验件4机械连接，所述应变测试采集系统2和电性能测试系统5与疲劳试验件4电连接，疲劳载荷加载系统1对疲劳试验件4进行静载荷和动载荷的加载，应变测试采集系统2检测布置在疲劳试验件4上的应变片上的应变值，电性能测试系统5检测疲劳试验件4的电性能。
所述疲劳试验件4由上下两层加热组件4-1与基体4-2胶接而成。
在疲劳试验件4的两端还设置有增强片4-3。
一种基于上述系统的直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验方法，包括以下步骤：
步骤1：将疲劳试验件4分别与固定夹具3、疲劳载荷加载系统1、应变测试采集系统2及电性能测试系统5安装到位；
步骤2：开启应变测试采集系统2，并通过电性能测试系统5测试疲劳试验件4的电性能，包括电阻、绝缘电阻，并记录；
步骤3：通过疲劳载荷加载系统1向疲劳试验件4加载静载荷，使其布置在基体4-2上的应变片的应变值达到规定的最大应变值，检查疲劳试验件4不发生破坏，且疲劳试验件4的电阻值不产生超过电阻值0.1％的变化，则进行步骤4，否则停止试验；
步骤4：通过疲劳载荷加载系统1向疲劳试验件4加载静载荷，使其布置在基体4-2上的应变片的应变值达到规定的基础静应变值，然后按照直升机桨叶运动工况加载动载荷的应变值，分别记录工况1、工况2……工况n-1、工况n的载荷加载情况；
步骤5：按照工况1-n各工况的载荷加载要求，分别通过疲劳载荷加载系统1向疲劳试验件4加载动载荷，分别完成工况1-n在1h内的运动次数；
步骤6：重复步骤5，每隔25小时-60小时检查应变测试采集系统2的应变值是否低于试验预设值，疲劳试验件4的加热组件结构是否发生破坏，疲劳试验件4的电性能是否产生明显变化，上述三种情况同时符合要求，则重复步骤6，否则停止试验，记录对应的疲劳寿命时间。
有益效果：本发明提出了一种用于直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验系统及方法，试验系统简单且费用较低，而试验方法能有效实现加热组件耐疲劳性能的设计验证。通过设置应变测试采集系统及电性能测试系统，实现对疲劳试验件的工作状态监测，通过设置疲劳载荷加载系统实现对疲劳试验件的载荷加载，通过采用特定的疲劳试验件的结构，达到简化试验系统及降低试验费用的目的。
附图说明：
图1是本发明的疲劳试验装置组成示意图。
图2A是本发明的疲劳试验件结构组成示意图。
图2B是图2A的A-A剖面示意图。
图3是本发明的安装示意图。
具体实施方式：
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。
请参阅图1至图3。如图1所示，一种用于直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验系统，包括疲劳试验件4以及试验装置，所述试验装置包括疲劳载荷加载系统1、应变测试采集系统2、固定夹具3、电性能测试系统5；所述疲劳载荷加载系统1以及固定夹具3与疲劳试验件4机械连接，所述应变测试采集系统2和电性能测试系统5与疲劳试验件4电连接，疲劳载荷加载系统1对疲劳试验件4进行静载荷和动载荷的加载，应变测试采集系统2检测布置在疲劳试验件4上的应变片上的应变值，电性能测试系统5检测疲劳试验件4的电性能。所述的疲劳载荷加载系统1、应变测试采集系统2、电性能测试系统5均可采用常规的标准试验设备组合而成。
如图2A及图2B所示，所述疲劳试验件4由上下两层加热组件4-1与基体4-2胶接而成。加热组件4-1所用材料、工艺、结构均应与设计要求保持一致，基体4-2所用材料与直升机桨叶所用材料保持一致，加热组件4-1与基体4-2胶接工艺与设计的加热组件与桨叶胶接的工艺保持一致，实现精准模拟。
为了避免在疲劳试验件4安装时两端受到夹持时产生应力损伤并保证安装接口尺寸的需要，必要时在两端还设置有增强片4-3。
一种上述系统的直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验方法，包括以下步骤：
步骤1：将疲劳试验件4分别与固定夹具3、疲劳载荷加载系统1、应变测试采集系统2及电性能测试系统5安装到位；
步骤2：开启应变测试采集系统2，并通过电性能测试系统5测试疲劳试验件4的电性能，包括电阻、绝缘电阻，并记录；
步骤3：通过疲劳载荷加载系统1向疲劳试验件4加载静载荷，使其布置在基体4-2上的应变片的应变值达到规定的最大应变值，检查疲劳试验件4不发生破坏，且疲劳试验件4的电阻值不产生超过电阻值0.1％的变化，则进行步骤4，否则停止试验；该步骤是为了判断疲劳试验件4能否承受在最大应变值下的变形。
步骤4：通过疲劳载荷加载系统1向疲劳试验件4加载静载荷，使其布置在基体4-2上的应变片的应变值达到规定的基础静应变值，然后按照直升机桨叶运动工况加载动载荷的应变值，分别记录工况1、工况2……工况n-1、工况n的载荷加载情况；
步骤5：按照工况1-n各工况的载荷加载要求，分别通过疲劳载荷加载系统1向疲劳试验件4加载动载荷，分别完成工况1-n在1h内的运动次数；
步骤6：重复步骤5，每隔25小时-60小时检查应变测试采集系统2的应变值是否低于试验预设值，疲劳试验件4的加热组件结构是否发生破坏，疲劳试验件4的电性能是否产生明显变化，上述三种情况同时符合要求，则重复步骤6，如果其中一个情况不符合要求，则停止试验，记录对应的疲劳寿命时间即为改疲劳试验件4的疲劳时间。
实施例：
某具体试验过程中，按照步骤1至步骤6，以30小时的检查间隔周期，疲劳试验件4完成了300小时试验后检查时发现，疲劳试验件4的电阻产生了30％的变化，而应变测试采集系统2的应变值不低于试验预设值且疲劳试验件4的加热组件结构未发生破坏，试验应停止，最终疲劳试验件4的疲劳寿命试验时间为270小时。
本发明提出了一种用于直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验系统及方法，试验系统简单且费用较低，而试验方法能有效实现加热组件耐疲劳性能的设计验证。通过设置应变测试采集系统及电性能测试系统，实现对疲劳试验件的工作状态监测，通过设置疲劳载荷加载系统实现对疲劳试验件的载荷加载，通过采用特定的疲劳试验件的结构，达到简化试验系统及降低试验费用的目的。

Claims (4)

1.一种用于直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验系统，其特征在于，包括疲劳试验件[4]以及试验装置，所述试验装置包括疲劳载荷加载系统[1]、应变测试采集系统[2]、固定夹具[3]、电性能测试系统[5]；所述疲劳载荷加载系统[1]以及固定夹具[3]与疲劳试验件[4]机械连接，所述应变测试采集系统[2]和电性能测试系统[5]与疲劳试验件[4]电连接，疲劳载荷加载系统[1]对疲劳试验件[4]进行静载荷和动载荷的加载，应变测试采集系统[2]检测布置在疲劳试验件[4]上的应变片上的应变值，电性能测试系统[5]检测疲劳试验件[4]的电性能。
2.根据权利要求1所述的一种用于直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验系统，其特征在于，所述疲劳试验件[4]由上下两层加热组件[4-1]与基体[4-2]胶接而成。
3.根据权利要求2所述的一种用于直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验系统，其特征在于，在疲劳试验件[4]的两端还设置有增强片[4-3]。
4.一种基于上述系统的直升机桨叶电加热组件的疲劳寿命试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将疲劳试验件[4]分别与固定夹具[3]、疲劳载荷加载系统[1]、应变测试采集系统[2]及电性能测试系统[5]安装到位；
步骤2：开启应变测试采集系统[2]，并通过电性能测试系统[5]测试疲劳试验件[4]的电性能，包括电阻、绝缘电阻，并记录；
步骤3：通过疲劳载荷加载系统[1]向疲劳试验件[4]加载静载荷，使其布置在基体[4-2]上的应变片的应变值达到规定的最大应变值，检查疲劳试验件[4]不发生破坏，且疲劳试验件[4]的电阻值不产生超过电阻值0.1％的变化，则进行步骤[4]，否则停止试验；
步骤4：通过疲劳载荷加载系统[1]向疲劳试验件[4]加载静载荷，使其布置在基体[4-2]上的应变片的应变值达到规定的基础静应变值，然后按照直升机桨叶运动工况加载动载荷的应变值，分别记录工况1、工况2……工况n-1、工况n的载荷加载情况；
步骤5：按照工况1-n各工况的载荷加载要求，分别通过疲劳载荷加载系统[1]向疲劳试验件[4]加载动载荷，分别完成工况1-n在1h内的运动次数；
步骤6：重复步骤5，每隔25小时-60小时检查应变测试采集系统[2]的应变值是否低于试验预设值，疲劳试验件[4]的加热组件结构是否发生破坏，疲劳试验件[4]的电性能是否产生明显变化，上述三种情况同时符合要求，则重复步骤[6]，否则停止试验，记录对应的疲劳寿命时间。
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