CN108168810A - 一种超高温环境下振动特性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器振动测试，特别涉及一种超高温环境下振动特性测试系统，包括：试验件；加热件，用于对试验件进行加热；加速度传感器，固定在试验件表面；传感器冷却外罩，固定在试验件上表面，加速度传感器位于第一内腔中；力传感器，位于试验件竖直下方；激振杆，固定设置在试验件与力传感器之间；激振器，固定在力传感器底部；隔热板，水平设置在试验件与力传感器之间；冷却装置，用于对第一内腔中以及激振杆的温度进行调节；处理器，用于接收并处理加速度传感器和力传感器的传递的信息。本发明超高温环境下振动特性测试系统，能够自动调节传感器环境的温度，从而保持传感器始终工作在设定的温度区间内，保证传感器安全和测量数据的准确性。

Description

一种超高温环境下振动特性测试系统

技术领域

本发明涉及飞行器振动测试，特别涉及一种超高温环境下振动特性测试系统。

背景技术

随着飞行器技术的迅猛发展，对飞行器提出了高超音速、长航时等严苛要求，高超音速飞行器已经成为目前的主要研究方向之一，世界各国竞相开展相关研究工作，基于这种情况，我国也开始了高超音速飞行器的研究工作，高超音速飞行速度快，航时长，飞行过程中飞机各结构会出现长时间的振动，由气动加热产生的高温会使飞行器结构的弹性特性发生变化，引起结构振动固有特性改变，对于飞机的颤振分析产生显著影响，所以研究高温条件下的结构振动特性具有十分重要的意义。

高温振动测试进行中，遇到了一些困难，这其中最为关键的是为得到系统频响函数以估计模态参数，需要测量系统的输入力和输出响应，目前主要依靠力传感器和加速度传感器进行信号采集，而目前力传感器的最高工作温度为120℃，而专用的耐高温加速度传感器也只能在600℃以下的环境下工作，所以600℃以下的高温试验，目前技术手段比较成熟，而600℃以上的超高温试验，无法用加速度传感器进行测量，激光测振等非接触式测量又有光线不容易到达，光线易受加热系统光源影响等诸多弊端。

发明内容

本发明的目的是提供了一种超高温环境下振动特性测试系统，以解决现有振动特性测试系统存在的至少一个问题。

本发明的技术方案是：

一种超高温环境下振动特性测试系统，包括：

试验件；

加热件，设置在所述试验件的顶部，用于受控地对所述试验件进行加热；

加速度传感器，固定设置在所述试验件上表面；

传感器冷却外罩，固定设置在所述试验件上表面，所述传感器冷却外罩具有第一内腔，所述加速度传感器位于所述第一内腔中；

力传感器，位于所述试验件竖直下方；

激振杆，两端端部分别垂直固定连接至所述试验件底端和所述力传感器的顶端；

激振器，固定设置在所述力传感器底部；

隔热板，由隔热材料制成，水平设置在所述试验件与所述力传感器之间，所述激振杆贯穿所述隔热板；

冷却装置，用于受控地对所述第一内腔中的温度以及所述激振杆的温度进行调节；

处理器，用于接收并处理所述加速度传感器和力传感器的传递的信息。

可选的，所述传感器冷却外罩包括与所述第一内腔连通的第一进口和第一出口；

所述冷却装置包括：

液氮源，通过管道连通至所述传感器冷却外罩的第一进口，所述传感器冷却外罩的第一出口通过管道与外界连通；

第一流量控制阀，设置在所述第一进口处，用于受控地对所述第一进口的流量进行控制。

可选的，所述激振杆内部中空，且具与中空部分连通的第二进口和第二出口；

所述液氮源通过管道连通至所述激振杆的第二进口，所述激振杆的第二出口与外界连通；

第二流量控制阀，设置在所述第二进口处，用于受控地对所述第二进口的流量进行控制。

可选的，所述的超高温环境下振动特性测试系统还包括：

第一温度传感器，设置在所述传感器冷却外罩的第一内腔中，用于实时检测所述第一内腔中的温度；

第二温度传感器，设置在所述激振杆的空腔中，用于实时检测所述激振杆空腔中的温度；

温度控制系统，用于根据所述第一温度传感器温度信息，控制所述第一流量控制阀，以调节所述第一内腔中的温度；

所述温度控制系统还用于根据所述第二温度传感器传递的温度信息，控制所述第二流量控制阀，以调节所述激振杆空腔中的温度。

可选的所述传感器冷却外罩还包括：

信号引线出口，所述加速度传感器的导线贯穿所述信号引线出口并进行密封。

发明效果：

本发明超高温环境下振动特性测试系统，能够自动调节传感器环境的温度，从而保持传感器始终工作在设定的温度区间内，保证传感器安全和测量数据的准确性。

附图说明

图1是本发明超高温环境下振动特性测试系统的结构示意图；

图2是本发明超高温环境下振动特性测试系统中传感器冷却外罩部分的主视图；

图3是图2中A-A剖视图。

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。

下面结合附图1至图3对本发明超高温环境下振动特性测试系统做进一步详细说明。

本发明提供了一种超高温环境下振动特性测试系统，包括试验件1、加热件2、加速度传感器3、力传感器5、激振杆6、冷却装置以及处理器。

试验件1安装在相应位置，加热件2设置在试验件1的顶部，用于受控地对试验件1进行加热；本实施例中，优选加热件2为石英灯管。

加速度传感器3固定设置在试验件1上表面。

传感器冷却外罩4固定设置在试验件1上表面，传感器冷却外罩4具有第一内腔，加速度传感器3位于第一内腔中；具体操作中，可以先将加速度传感器3安装在冷却外罩4内，然后将整体结构安装在试验件1上的响应测量位置。

力传感器5位于试验件1竖直下方；激振杆6两端端部分别垂直固定连接至试验件1底端和力传感器5的顶端；激振器7固定设置在力传感器5底部。

隔热板8由隔热材料制成，水平设置在试验件1与力传感器5之间，激振杆6贯穿隔热板8与试验件1连接，激振杆6下端与力传感器5连接，激振器通过力传感器5将载荷传递给激振杆6，从而传递给试验件1。

冷却装置用于受控地对第一内腔中的温度以及激振杆7的温度进行调节。

处理器用于接收并处理加速度传感器3和力传感器5的传递的信息。

进一步，优选传感器冷却外罩4包括与第一内腔连通的第一进口41以及第一出口42；对应地，冷却装置包括液氮源以及第一流量控制阀。

液氮源通过管道连通至传感器冷却外罩4的第一进口41，传感器冷却外罩4的第一出口42通过管道与外界连通；第一流量控制阀设置在第一进口41处，用于受控地对第一进口41的流量进行控制。

进一步，传感器冷却外罩4还可以包括信号引线出口43，加速度传感器3的导线贯穿信号引线出口43并进行密封。

进一步，优选激振杆6内部中空，且具与中空部分连通的第二进口61和第二出口62；液氮源通过管道连通至激振杆6的第二进口61，激振杆6的第二出口62与外界连通；第二流量控制阀设置在第二进口61处，用于受控地对第二进口61的流量进行控制。

进一步，本发明发超高温环境下振动特性测试系统还包括第一温度传感器、第二温度传感器以及温度控制系统。

第一温度传感器设置在传感器冷却外罩4的第一内腔中，用于实时检测第一内腔中的温度；第二温度传感器设置在激振杆6的空腔中，用于实时检测激振杆6空腔中的温度。

温度控制系统可以包括处理器、控制器等，用于根据第一温度传感器温度信息，控制第一流量控制阀，以调节第一内腔中的温度；进一步，温度控制系统还用于根据第二温度传感器传递的温度信息，控制第二流量控制阀，以调节激振杆6空腔中的温度。

本发明发超高温环境下振动特性测试系统中，传感器外罩4内部和激振杆1表面安装温度传感器，用于温度测量及控制，加热系统首先进行加温，加温系统启动的同时，振动测试系统的温度控制系统也同时启动，保证传感器始终处于正常工作范围内，将试验件加温到试验所需温度后，进行振动特性测试。

本发明发超高温环境下振动特性测试系统的测试过程如下：

将各系统按要求安装完毕之后，启动试验加热系统，按照给定的温度载荷进行加载，同时启动振动特性测量系统的温度控制系统，在控制软件内设定传感器工作的温度区间。

试验件按照温度加载曲线逐渐达到所需试验条件，安装在传感器冷却外罩内的温度传感器同时测量外罩内环境温度，将信号传送到温度变送器，进而输入给温度测量控制系统，控制系统根据时时温度情况，自动调整液氮流量阀，控制液氮的输出量，如果温度达到设定的最低值，系统将调低或关闭流量，外界热辐射会逐渐给罩内升温，如果温度过高，系统自动调大或全开流量，给传感器降温，从而保持传感器始终工作在设定的温度区间内，保证传感器安全和测量数据的准确性。试验温度达到要求，并且传感器工作在设定温度范围内，正常开始振动特性测试，通过控制系统输出动态载荷，对试验件进行加载，通过力传感器测量输入的动态载荷，通过加速度传感器测量结构的动态响应，得到系统的频率响应函数，从而估计系统的频率，振型，阻尼等振动特性参数。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种超高温环境下振动特性测试系统，其特征在于，包括：

试验件(1)；

加热件(2)，设置在所述试验件(1)的顶部，用于受控地对所述试验件(1)进行加热；

加速度传感器(3)，固定设置在所述试验件(1)上表面；

传感器冷却外罩(4)，固定设置在所述试验件(1)上表面，所述传感器冷却外罩(4)具有第一内腔，所述加速度传感器(3)位于所述第一内腔中；

力传感器(5)，位于所述试验件(1)竖直下方；

激振杆(6)，两端端部分别垂直固定连接至所述试验件(1)底端和所述力传感器(5)的顶端；

激振器(7)，固定设置在所述力传感器(5)底部；

隔热板(8)，由隔热材料制成，水平设置在所述试验件(1)与所述力传感器(5)之间，所述激振杆(6)贯穿所述隔热板(8)；

冷却装置，用于受控地对所述第一内腔中的温度以及所述激振杆(7)的温度进行调节；

处理器，用于接收并处理所述加速度传感器(3)和力传感器(5)的传递的信息。

2.根据权利要求1所述的超高温环境下振动特性测试系统，其特征在于，所述传感器冷却外罩(4)包括与所述第一内腔连通的第一进口(41)和第一出口(42)；

所述冷却装置包括：

液氮源，通过管道连通至所述传感器冷却外罩(4)的第一进口(41)，所述传感器冷却外罩(4)的第一出口(42)通过管道与外界连通；

第一流量控制阀，设置在所述第一进口(41)处，用于受控地对所述第一进口(41)的流量进行控制。

3.根据权利要求2所述的超高温环境下振动特性测试系统，其特征在于，所述激振杆(6)内部中空，且具与中空部分连通的第二进口(61)和第二出口(62)；

所述液氮源通过管道连通至所述激振杆(6)的第二进口(61)，所述激振杆(6)的第二出口(62)与外界连通；

第二流量控制阀，设置在所述第二进口(61)处，用于受控地对所述第二进口(61)的流量进行控制。

4.根据权利要求1-3任一项所述的超高温环境下振动特性测试系统，其特征在于，还包括：

第一温度传感器，设置在所述传感器冷却外罩(4)的第一内腔中，用于实时检测所述第一内腔中的温度；

第二温度传感器，设置在所述激振杆(6)的空腔中，用于实时检测所述激振杆(6)空腔中的温度；

温度控制系统，用于根据所述第一温度传感器温度信息，控制所述第一流量控制阀，以调节所述第一内腔中的温度；

所述温度控制系统还用于根据所述第二温度传感器传递的温度信息，控制所述第二流量控制阀，以调节所述激振杆(6)空腔中的温度。

5.根据权利要求4所述的超高温环境下振动特性测试系统，其特征在于，所述传感器冷却外罩(4)还包括：

信号引线出口(43)，所述加速度传感器(3)的导线贯穿所述信号引线出口并进行密封。