CN109238886A - 一种空气舵舵芯激振测试方法 - Google Patents

一种空气舵舵芯激振测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种空气舵舵芯激振测试方法，其采用空气舵舵芯专用测试工装，将空气舵舵芯安装于测试工作台上，在空气舵舵芯上或周边布置应变片以及位移传感器，当测试工作台上的激振器对空气舵舵芯施加激振作用时，空气舵上布置应变片以及周边布置的位移传感器测试空气舵舵芯的应变以及整体的形变，为空气舵舵芯的设计和后续工艺提供可靠支持。

Description

一种空气舵舵芯激振测试方法
技术领域
本发明涉及一种空气舵舵芯激振测试方法，具体涉及一种可改变激振施力位置的空气舵舵芯激振测试方法，属于机械零部件测试技术领域。
背景技术
空气舵是飞行器飞行路线的控制、执行机构，通过在飞行过程中改变空气舵角度，可实现飞行器的升降、俯仰或偏航飞行。空气舵的气动外形直接影响飞行器控制精度，是飞行器的重要部件。
空气舵的舵芯一般采用舵芯骨架和舵芯蒙皮的形式焊接而成，舵芯一般采用钛合金制作而成；飞行器在大气层中飞行时，受“气动加热”的影响，动气舵温度会很高，因此在金属舵芯外部包覆防热套层，防热套层一般采用具有耐高温、抗烧蚀、耐冲刷、抗热震等特点的复合材料，而复合材料相对较脆，因此在空气舵防热套制备前，对空气舵舵芯的受激结构强度以及变形情况进行试验非常必要，以免在空气舵飞行激振状态下，空气舵舵芯对防热套层造成不必要的损伤，现有技术对此问题关注较少。
发明内容
本发明旨在一定程度上解决上述相关技术中技术问题。
本发明涉及一种空气舵舵芯激振测试方法，其用于测试空气舵舵芯受到激振力的情况下，舵芯的应变情况以及外形变化情况。
本发明采取以下技术手段实现：
空气舵舵芯激振测试装置包括：测试工作台和用于夹持空气舵舵轴的工装，工装由两个结构完全相同的夹持组件、一个双头螺柱和6个螺栓组成，夹持组件为在一个侧面带有贯通槽的长方体结构，两个夹持组件组合在一起时构成一个长方体，两个夹持组件侧面所带有的两个贯通槽组合成一个与空气舵舵轴尺寸完全匹配的圆柱或圆锥台孔（舵轴可能为圆柱或圆锥台形状），两个夹持组件的贯通槽所组合成的圆柱或圆锥台的轴线与测试工作台垂直，两个夹持组件组合所构成的长方体的上表面四个角分别设有第一沉头孔，4个螺栓经过第一沉头孔将工装与测试工作台固定连接，两个夹持组件所构成的长方体的左、右两个侧面分别设有两个位置相对应的第二沉头孔，同一侧面的两个第二沉头孔位置相对于侧面的对称中心对称，2个螺栓穿过两个对称设置的侧面第二沉头孔，在另一端通过螺母将两个夹持组件紧固连接，两个夹持组件所构成的长方体的左、右侧面的中心位置设置有一第三沉头孔，第三沉头孔供双头螺柱穿过；
两个夹持组件的上表面设置有把手，便于将工装从测试工作台中拉出；
空气舵舵芯下面设置有舵轴，舵轴和舵芯通过焊接连接在一起，在舵轴与工装第三沉头孔高度相同的位置上加工一通孔，将空气舵舵轴插入夹持空气舵舵轴的工装，空气舵舵芯的下表面落在工装的上表面上，舵轴上的通孔与两个夹持组件所构成的长方体的左、右侧面的中心位置设置的第三沉头孔位置相对应，且孔径相同；双头螺柱穿过两个夹持组件以及空气舵舵轴，将空气舵通过舵轴固定在工装上，双头螺柱的两端通过螺母紧固，双头螺柱的中间段与舵轴通孔的尺寸相同；
工装为两个夹持组件组合在一起时构成的长方体，为适应不同型号尺寸的固定需求，制作多种规格的工装，工装的外部尺寸不变，仅为与不同空气舵舵轴的形状尺寸相适应，改变工装中心的圆柱或圆锥台孔尺寸，进行不同型号空气舵测试时，仅需要使用与其对应的工装，将工装与空气舵舵芯安装好，安装在测试工作台上即可开始测试；
测试工作台的中间位置设置有一用于安装夹持空气舵舵轴的工装的长方体空间，其尺寸与两个夹持组件组合在一起时构成长方体的尺寸相同，在长方体空间的左右两侧分别设置有长条形凹槽，长条形凹槽内设置有激振器，用于为空气舵舵芯提供激振力，激振器可以改变在凹槽内的安装位置，从而改变施加于空气舵舵芯的激振位置；
测试工作台上对称设置有4个激振器支架，分别位于待测试空气舵舵芯的两侧，为待测试空气舵舵芯提供全方位多角度的激励；
进一步地，两长条形凹槽内设置有导轨，激振器可以在导轨上滑动，滑动至指定位置后锁紧于当前位置。
在空气舵舵芯的表面设置有应变片，应变片主要布置在舵芯两个对称的气动力作用表面，用于检测舵芯表面的应变值，应变片的电信号通过信号采集装置传输至上位机进行数据处理分析；同时，在空气舵舵芯的表面附近设置有激光位移传感器，激光位移传感器用于检测激振过程中空气舵舵芯的形变情况，激光位移传感器的电信号也通过信号采集装置传输至上位机进行数据处理分析，通过应变值和位移值综合分析空气舵舵芯在各种激振条件下应力应变情况以及外形变化情况。
空气舵舵芯激振测试方法包括：
（1）工装的组装，两个相同夹持组件组合在一起时构成一个长方体工装，两个夹持组件的一个侧面带有的贯通槽组成与空气舵舵轴尺寸完全匹配的圆柱或圆锥台孔，两个夹持组件所构成的长方体的左、右两个侧面分别设有两个位置相对应的第二沉头孔，同一侧面的两个第二沉头孔位置相对于侧面的对称中心对称，2个螺栓穿过两个对称设置的同侧面第二沉头孔，将两个夹持组件串联起来，在另一端通过螺母将两个夹持组件紧固连接在一起；
（2）待测试空气舵舵芯的安装，空气舵舵芯下面设置有舵轴，将空气舵舵轴插入工装竖直方向的圆柱或圆锥台孔中，在舵轴与工装第三沉头孔高度相同的位置上加工有一相同尺寸的通孔，双头螺柱穿过两个夹持组件的第三沉头孔以及空气舵舵轴上的孔，将空气舵通过舵轴固定在工装上，双头螺柱的两端通过螺母紧固；
（3）将工装置于测试工作台的中间位置设置的长方体空间内，两个夹持组件组合所构成的长方体的上表面四个角分别设有第一沉头孔，4个螺栓经过第一沉头孔将工装与测试工作台固定连接，至此完成空气舵舵芯的夹持安装工作；
（4）在空气舵舵芯的表面设置应变片，用于检测舵芯表面的应变值，应变片与信号采集装置连接，信号采集装置与上位机相连接；在空气舵舵芯的表面附近设置激光位移传感器，激光位移传感器与信号采集装置相连接，信号采集装置与上位机相连接；
（5）调整测试工作台两长条形凹槽内的激振器以及4个激振器支架上的激振器位置，调整好后锁定位置开始试验；
（6）采集各种激振条件下空气舵舵芯的应变值和位移值，通过应变值和位移值综合分析空气舵舵芯在各种激振条件下应力应变情况以及外形变化情况；
（7）完成一个型号空气舵舵芯激振试验后，可以通过更换不同型号空气舵舵芯的不同工装重复上述步骤(1)-(5)，即可进行其它型号空气舵舵芯的试验。
本发明具有如下优点
（1）解决了以往空气舵舵芯设计分析只有理论分析值，没有实际试验数据支撑的问题；
（2）设置多个激振器安装位置，为待测试空气舵舵芯提高全方位多角度的激励，更好、更全面地分析各类激励对空气舵舵芯的影响；
（3）测试装置设计合理，可以适应多种不同型号的空气舵舵芯试验，不需复杂的机械结构设计，仅通过改变一个工装即实现了不同型号的装夹，极大地提高了工作效率。
附图说明
图1所示为空气舵的舵芯骨架、舵芯蒙皮以及带舵轴的舵芯
图2所示为本发明的空气舵舵芯激振测试装置
1、测试工作台，11、长方体空间，12、激振器，13、长条形凹槽，14、激振器支架，2、工装，21、圆柱或圆锥台孔，22、第三沉头孔，23、双头螺柱，24、第二沉头孔，25、第一沉头孔，26、夹持组件，27、把手，3、空气舵舵芯，31、通孔,32、舵芯骨架，33、舵芯蒙皮，34、舵轴。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
实施例一
图1是空气舵的舵芯骨架32、舵芯蒙皮33以及带舵轴34的舵芯。图2是本发明的空气舵舵芯激振测试装置。
本发明采取以下技术手段实现：
空气舵舵芯激振测试装置包括：测试工作台1和用于夹持空气舵舵轴34的工装2，工装2由两个结构完全相同的夹持组件26、一个双头螺柱23和6个螺栓组成，夹持组件26为在一个侧面带有贯通槽的长方体结构，两个夹持组件26组合在一起时构成一个长方体，两个夹持组件26侧面所带有的两个贯通槽组合成一个与空气舵舵轴尺寸完全匹配的圆柱或圆锥台孔21（舵轴34可能为圆柱或圆锥台形状），两个夹持组件26的贯通槽所组合成的圆柱或圆锥台孔21的轴线与测试工作台垂直，两个夹持组件26组合所构成的长方体的上表面四个角分别设有第一沉头孔25，4个螺栓经过第一沉头孔25将工装2与测试工作台1固定连接，两个夹持组件26所构成的长方体的左、右两个侧面分别设有两个位置相对应的第二沉头孔24，同一侧面的两个第二沉头孔24位置相对于侧面的对称中心对称，2个螺栓穿过两个对称设置的侧面第二沉头孔24，在另一端通过螺母将两个夹持组件26紧固连接，两个夹持组件26所构成的长方体的左、右侧面的中心位置设置有一第三沉头孔22，第三沉头孔22供双头螺柱23穿过；
两个夹持组件26的上表面设置有把手27，便于将工装从测试工作台1中拉出；
空气舵舵芯3下面设置有舵轴34，舵轴34和舵芯通过焊接连接在一起，在舵轴34与工装2第三沉头孔22高度相同的位置上加工一通孔31，将空气舵舵轴34插入夹持空气舵舵轴34的工装2，空气舵舵芯的下表面落在工装的上表面上，舵轴34上的通孔31与两个夹持组件26所构成的长方体的左、右侧面的中心位置设置的第三沉头孔22位置相对应，且孔径相同；双头螺柱26穿过两个夹持组件26以及空气舵舵轴34，将空气舵通过舵轴34固定在工装2上，双头螺柱26的两端通过螺母紧固，双头螺柱26的中间段与舵轴34通孔31的尺寸相同；
工装为两个夹持组件26组合在一起时构成的长方体，为适应不同型号尺寸的固定需求，制作多种规格的工装2，工装2的外部尺寸不变，仅为与不同空气舵舵轴34的形状尺寸相适应，改变工装2中心的圆柱或圆锥台孔21尺寸；进行不同型号空气舵测试时，仅需要使用与其对应的工装2，将工装2与空气舵舵芯安装好，安装在测试工作台1上即可开始测试；
测试工作台1的中间位置设置有一用于安装夹持空气舵舵轴34的工装2的长方体空间11，其尺寸与两个夹持组件26组合在一起时构成长方体的尺寸相同，在长方体空间11的左右两侧分别设置有长条形凹槽13，长条形凹槽13内设置有激振器12，用于为空气舵舵芯提供激振力，激振器12可以改变在长条形凹槽13内的安装位置，从而改变施加于空气舵舵芯的激振位置；
测试工作台上对称设置有4个激振器支架14，分别位于待测试空气舵舵芯的两侧，为待测试空气舵舵芯提供全方位多角度的激励；
进一步地，两长条形凹槽内设置有导轨，激振器12可以在导轨上滑动，滑动至指定位置后锁紧与当前位置。
在空气舵舵芯的表面设置有应变片，应变片主要布置在舵芯两个对称的气动力作用表面，用于检测舵芯表面的应变值，应变片的电信号通过信号采集装置传输至上位机进行数据处理分析；同时，在空气舵舵芯的表面附近设置有激光位移传感器，激光位移传感器用于检测激振过程中空气舵舵芯的形变情况，激光位移传感器的电信号也通过信号采集装置传输至上位机进行数据处理分析，通过应变值和位移值综合分析空气舵舵芯在各种激振条件下应力应变情况以及外形变化情况。
空气舵舵芯激振测试方法包括：
（1）工装2的组装，两个相同夹持组件26组合在一起时构成一个长方体工装2，两个夹持组件26的一个侧面带有的贯通槽组成与空气舵舵轴34尺寸完全匹配的圆柱或圆锥台孔21，两个夹持组件26所构成的长方体的左、右两个侧面分别设有两个位置相对应的第二沉头孔24，同一侧面的两个第二沉头孔24位置相对于侧面的对称中心对称，2个螺栓穿过两个对称设置的同侧面第二沉头孔24，将两个夹持组件26串联起来，在另一端通过螺母将两个夹持组件26紧固连接在一起；
（2）待测试空气舵舵芯的安装，空气舵舵芯下面设置有舵轴34，将空气舵舵轴34插入工装2竖直方向的圆柱或圆锥台孔21中，在舵轴34与工装2第三沉头孔22高度相同的位置上加工有一相同尺寸的通孔31，双头螺柱23穿过两个夹持组件26的第三沉头孔22以及空气舵舵轴34上的通孔31，将空气舵舵芯通过舵轴34固定在工装2上，双头螺柱23的两端通过螺母紧固；
（3）将工装2置于测试工作台1的中间位置设置的长方体空间11内，两个夹持组件26组合所构成的长方体的上表面四个角分别设有第一沉头孔25，4个螺栓经过第一沉头孔25将工装2与测试工作台1固定连接，至此完成空气舵舵芯的夹持安装工作；
（4）在空气舵舵芯的表面设置应变片，用于检测舵芯表面的应变值，应变片与信号采集装置连接，信号采集装置与上位机相连接；在空气舵舵芯的表面附近设置激光位移传感器，激光位移传感器与信号采集装置相连接，信号采集装置与上位机相连接；
（5）调整测试工作台两长条形凹槽内的激振器12以及4个激振器支架上的激振器位置，调整好后锁定位置开始试验；
（6）采集各种激振条件下空气舵舵芯的应变值和位移值，通过应变值和位移值综合分析空气舵舵芯在各种激振条件下应力应变情况以及外形变化情况；
（7）完成一个型号空气舵舵芯激振试验后，可以通过更换不同型号空气舵舵芯的不同工装重复上述步骤(1)-(5)，即可进行其它型号空气舵舵芯的试验。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种空气舵舵芯激振测试方法，其特征在于：测试方法在空气舵舵芯激振测试装置上实现，空气舵舵芯激振测试装置包括测试工作台和用于夹持空气舵舵轴的工装，工装由两个结构完全相同的夹持组件、一个双头螺柱和6个螺栓组成，夹持组件为在一个侧面带有贯通槽的长方体结构，两个夹持组件组合在一起时构成一个长方体，两个夹持组件侧面所带有的两个贯通槽组合成一个与空气舵舵轴尺寸完全匹配的圆柱或圆锥台孔，两个夹持组件的贯通槽所组合成的圆柱或圆锥台的轴线与测试工作台垂直，两个夹持组件组合所构成的长方体的上表面四个角分别设有第一沉头孔，4个螺栓经过第一沉头孔将工装与测试工作台固定连接，两个夹持组件所构成的长方体的左、右两个侧面分别设有两个位置相对应的第二沉头孔，同一侧面的两个第二沉头孔位置相对于侧面的对称中心对称，2个螺栓穿过两个对称设置的侧面第二沉头孔，在另一端通过螺母将两个夹持组件紧固连接，两个夹持组件所构成的长方体的左、右侧面的中心位置设置有一第三沉头孔，第三沉头孔供双头螺柱穿过；
两个夹持组件的上表面分别设置有把手，便于将工装从测试工作台中拉出；
空气舵舵芯下面设置有舵轴，舵轴和舵芯通过焊接连接在一起，在舵轴与工装第三沉头孔高度相同的位置上加工一通孔，将空气舵舵轴插入夹持空气舵舵轴的工装，空气舵舵芯的下表面落在工装的上表面上，舵轴上的通孔与两个夹持组件所构成的长方体的左、右侧面的中心位置设置的第三沉头孔位置相对应，且孔径相同；双头螺柱穿过两个夹持组件以及空气舵舵轴，将空气舵通过舵轴固定在工装上，双头螺柱的两端通过螺母紧固，双头螺柱的中间段直径与舵轴通孔的直径相同；
测试工作台的中间位置设置有一用于安置夹持空气舵舵轴的工装的长方体空间，其尺寸与两个夹持组件组合在一起时构成长方体的尺寸相同，在长方体空间的左右两侧分别设置有长条形凹槽，长条形凹槽内设置有激振器，用于为空气舵舵芯提供激振力；
测试工作台上对称设置有4个激振器支架，分别位于待测试空气舵舵芯的两侧；
在空气舵舵芯的表面设置有应变片，应变片布置在舵芯两个对称的气动力作用表面，应变片的电信号通过信号采集装置传输至上位机进行数据处理分析；在空气舵舵芯的表面附近设置有激光位移传感器，激光位移传感器的电信号也通过信号采集装置传输至上位机进行数据处理分析；
测试方法包括以下步骤：
工装的组装，两个相同夹持组件组合在一起时构成一个长方体工装，两个夹持组件的一个侧面带有的贯通槽组成与空气舵舵轴尺寸完全匹配的圆柱或圆锥台孔，两个夹持组件所构成的长方体的左、右两个侧面分别设有两个位置相对应的第二沉头孔，同一侧面的两个第二沉头孔位置相对于侧面的对称中心对称，2个螺栓穿过两个对称设置的同侧面第二沉头孔，将两个夹持组件串联起来，在另一端通过螺母将两个夹持组件紧固连接在一起；
待测试空气舵舵芯的安装，空气舵舵芯下面设置有舵轴，将空气舵舵轴插入工装竖直方向的圆柱或圆锥台孔中，在舵轴与工装第三沉头孔高度相同的位置上加工有一相同尺寸的通孔，双头螺柱穿过两个夹持组件的第三沉头孔以及空气舵舵轴上的孔，将空气舵通过舵轴固定在工装上，双头螺柱的两端通过螺母紧固；
将工装置于测试工作台的中间位置设置的长方体空间内，两个夹持组件组合所构成的长方体的上表面四个角分别设有第一沉头孔，4个螺栓经过第一沉头孔将工装与测试工作台固定连接，至此完成空气舵舵芯的夹持安装工作；
在空气舵舵芯的表面设置应变片，用于检测舵芯表面的应变值，应变片与信号采集装置连接，信号采集装置与上位机相连接；在空气舵舵芯的表面附近设置激光位移传感器，激光位移传感器与信号采集装置相连接，信号采集装置与上位机相连接；
调整测试工作台两长条形凹槽内的激振器以及4个激振器支架上的激振器位置，调整好后锁定位置开始试验；
采集各种激振条件下空气舵舵芯的应变值和位移值，通过应变值和位移值综合分析空气舵舵芯在各种激振条件下应力应变情况以及外形变化情况；
完成一个型号空气舵舵芯激振试验后，可以通过更换不同型号空气舵舵芯的不同工装重复上述步骤(1)-(5)，即可进行其它型号空气舵舵芯的试验。
2.如权利要求1所述的空气舵舵芯激振测试方法，其特征在于，两长条形凹槽内设置有导轨，激振器可以在导轨上滑动，滑动至指定位置后锁紧于当前位置。
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