CN112729147A - 一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统及试验方法 - Google Patents

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李博
夏品奇
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Abstract

本发明提供一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统及试验方法，属于桨叶应变测量技术领域。系统包括试验箱、桨叶、喷洒水系统、制冷系统、加热系统、风力系统、气压调控系统、解调仪、应变传感系统、温度湿度监测系统，应变传感系统和解调仪实时观察读取桨叶应变情况，通过喷水、释放液氮和风力的作用可以使桨叶结冰，打开加热装置可以在桨叶结冰的时候加热除冰，此外加真空泵用来调控试验箱内的压强。温度湿度计用来反映试验箱内的温度湿度信息。此桨叶应变测量系统简单易操作，可以模拟桨叶运行的复杂环境，应变传感器采用光纤光栅材质能更精确的测量出桨叶应变。

Description

一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统及试验方法
技术领域
本发明提供一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统及试验方法，属于桨叶应变测量技术领域。
背景技术
直升机旋翼桨叶工作状态与环境极其复杂，有高原、高空、戈壁、荒漠和海上等，温度湿度和气压变化多端，为保证旋翼桨叶处于安全载荷区间，载荷识别显得尤为重要，而旋翼桨叶载荷识别一直是直升机技术中最复杂、最困难的问题之一。人们尝试通过识别桨叶应变来实现桨叶载荷的识别，识别的方法有“力分析方法”、“复合力-模态分析方法”等，还有使用加速度传感器来测量直升机旋翼桨叶识别载荷的方法，这些识别技术存在获取测量数据时信噪比低，精度差，测量系统复杂破坏桨叶表面光滑和气动力等问题。光纤光栅材料的传感测量精度高，抗干扰强，重复稳定性好，体积小重量轻，非常适合飞行器结构应变的测量。桨叶应变测量可以通过试验机实地试验测量，但是代价高昂，耗时耗力，且存在一定的危险性。其他的测量试验方法也都存在着设备操作复杂，花费高等缺点。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复杂环境下的桨叶应变测量试验系统，能够制造出高温、低温、高湿度、结冰、低压等密封环境，能够较好的模拟直升机旋翼桨叶执行任务时各种复杂环境和对其应变进行测量，本测量试验系统简单易操作，可有效提高测量的效率，降低试验的成本。
本发明为实现上述目的采用如下技术方案：
一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统，所述试验系统包括试验箱箱体、结冰系统和加热除冰系统、真空泵调压装置和应变测量系统；
其中，所述结冰系统用于快速降低试验箱箱体内温度，所述加热除冰系统将水雾汽化以增加湿度同时将沉入底部的冷气向上吹起带走桨叶表面热量加速降温结冰；所述桨叶位于所述试验箱箱体内；所述真空泵调压装置用于将试验箱箱体内气体抽出使其内部气压接近真空，或者对其内部进行增压；
所述应变测量系统采用光线光栅采集所述试验箱箱体内温度湿度情况，光纤光栅测量桨叶应变。
进一步的，所述加热除冰系统包含可控的喷洒水装置、液氮制冷装置，其中，所述可控的喷洒水装置安装于所述试验箱箱体顶部，所述液氮制冷装置也从所述试验箱箱体顶部通入其内部；
所述风力装置上方设有加热装置，所述风力装置连接风扇控制器。
进一步的，所述试验箱箱体为透明亚克力材料。
更进一步的，所述温度湿度计在试验箱箱体底部左右各有一支，在桨叶上下表面各一支。
作为本申请的一种优选实施方式，所述可控的喷洒水装置位于桨叶正上方，包含四个可调节喷水模式喷头和一个配备加压装置的储水箱，通过加压可加快水雾喷出速率。
进一步的，所述真空泵调压装置配备压力表，所述压力表用于读取试验箱内气压大小。
进一步的，所述应变测量系统包含光纤光栅和解调仪，所述光纤光栅均匀布置在桨叶表面，光纤光栅外接解调仪来读取桨叶的应变。
本申请还提供一种复杂环境下桨叶应变测量试验方法，所述试验方法包括以下步骤：
步骤一，设计上述试验系统；
步骤二，控制喷头出水速度，打开液氮制冷装置开关注入液氮迅速制冷或者打开加热装置；所述风扇控制器调节桨叶下面的风扇的风力大小，风扇将沉入底部的冷气或暖气吹到桨叶表面，也将水雾汽化增加试验箱箱体内湿度和带走桨叶表面热量使之快速结冰；
步骤三，将试验箱箱体内空气抽出至接近真空状态，通过压力表的读数控制气压到目标压力位；
步骤四，读取气压、温度、湿度的度数，当达到环境要求时读取此时解调仪的读数。
进一步的，通过加热装置、喷洒水装置、液氮制冷装置和气压调控装置的不同配合方法，制造出桨叶工作的各种复杂环境和读取桨叶的应变数据。
更进一步的，模拟戈壁等酷热环境时，关闭液氮和喷洒水装置，打开加热装置，观察温度计读数和解调仪读数，当模拟海面高湿度环境下应变时，启动喷洒水装置，调成喷雾模式，将风扇风力调大，观察湿度计和解调仪读数。。
与现有技术相比，本发明 有以下有益效果：
1．本发明所述的一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统加入了真空泵，可有效的模拟不同高度的气压环境。
2．本发明所述的一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统设计了独特的模拟桨叶结冰方式，通过控制液氮倒入量和喷雾及风力大小可以控制桨叶结冰速度，此种桨叶结冰方式成本低廉，操作简单，效果颇佳。
3．本发明所述的一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统采用了光纤光栅测量系统，与传统测量方式相比更加精确，抗干扰强，体积小质量轻，对桨叶影响微乎其微，能够迅速的精确地反映出桨叶表面的应变情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其它附图。
图1是桨叶表面光纤光栅分布示意图；
图2是桨叶应变测量试验系统示意图；
图中：第一至第四温度湿度计1-4、第一至第四水雾喷头5-8、储水箱9、喷头开关10、液氮制冷装置11、加热电阻12、压力表13、真空泵14、第一、第二风扇15-16、风扇控制器17、桨叶18、光纤光栅19、解调仪20。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
本发明为如附图所示，一种复杂环境下桨叶应变试验系统，包括试验箱箱体、温度湿度计1-4、水雾喷头5-8、储水箱9、喷头开关10、液氮制冷装置11、加热电阻12、压力表13、真空泵14、风扇15-16、风扇控制器17、桨叶18、光纤光栅19、解调仪20。所述试验箱作为容器，具有与外界隔绝温度、湿度、气压和为其他系统提供附着固定作用，所述桨叶18安置于箱体中央位置，桨叶根部固定在左侧壁上，所诉水雾喷头5-8均匀排布在桨叶正上方的箱顶上，所诉风扇15-16安装在桨叶下面的箱底，所述温度湿度计1-4分别放置在箱体底部左右端和桨叶上下面，所述光纤光栅均匀分布在桨叶18表面通过导线与箱体外的解调仪20相连接，所诉真空泵14在箱体外部通过管道连接到箱体内部，管道上安装有压力表13，所诉液氮制冷装置安装在箱体顶部外侧由一根带阀门管道连接到箱顶内侧。所述加热电阻12位于箱体底部。
由于水箱带有增压装置，因此可以控制出水速度，喷头具有喷水花和喷水雾两种模式，所述风扇控制器17可以调节桨叶下面的风扇15-16的风力大小。风扇15-16可将沉入底部的冷气或暖气吹到桨叶表面，也有将水雾汽化增加箱体内湿度和带走桨叶表面热量使之快速结冰的作用。高空高原飞行环境空气稀薄，海拔5000米时气压只有海平面的一半左右，到海拔8000米更是只有1/3左右，故为了更加真实反映桨叶在不同高度环境飞行时的应力状态，连接一个真空压力泵14，最大可将试验箱内空气抽出至接近真空状态，通过压力表13的读数可控制气压到目标压力位。当模拟直升机在高空低温环境结冰时的桨叶应变，将桨叶根部固定，在桨叶20表面均匀贴上光纤光栅19，光纤光栅连接到解调仪18；打开液氮开关注入液氮迅速制冷，打开喷雾开关10调节喷雾大小，启动风扇，将底部的冷空气吹到桨叶上的水雾使之结冰，打开真空泵，将箱内气体抽出，读取压力表数值，使箱内气压维持在一定大小，控制液氮注入和风扇的大小读取温度计湿度计的读数，气压、温度、湿度等达到环境要求时读取此时解调仪的读数。
模拟戈壁等酷热环境时，关闭液氮和喷雾，打开加热装置，观察温度计读数和解调仪读数，当模拟海面高湿度环境下应变时，启动喷洒水装置，调成喷雾模式，将风扇风力调大，观察湿度计和解调仪读数。通过加热装置、喷洒水装置、液氮制冷装置和气压调控装置的不同配合方法，可制造出旋翼桨叶工作的各种复杂环境和读取桨叶的应变。
上述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统，其特征在于：所述试验系统包括试验箱箱体、结冰系统和加热除冰系统、真空泵调压装置和应变测量系统；
其中，所述结冰系统用于快速降低试验箱箱体内温度，所述加热除冰系统将水雾汽化以增加湿度同时将沉入底部的冷气向上吹起带走桨叶表面热量加速降温结冰；所述桨叶位于所述试验箱箱体内；所述真空泵调压装置用于将试验箱箱体内气体抽出使其内部气压接近真空，或者对其内部进行增压；
所述应变测量系统采用光线光栅采集所述试验箱箱体内温度湿度情况，光纤光栅测量桨叶应变。
2.根据权利要求1所述的一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统，其特征在于：所述加热除冰系统包含可控的喷洒水装置、液氮制冷装置，其中，所述可控的喷洒水装置安装于所述试验箱箱体顶部，所述液氮制冷装置也从所述试验箱箱体顶部通入其内部；
所述风力装置上方设有加热装置，所述风力装置连接风扇控制器。
3.根据权利要求1或2所述的一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统，其特征在于：所述试验箱箱体为透明亚克力材料。
4.根据权利要求3所述的一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统，其特征在于：所述温度湿度计在试验箱箱体底部左右各有一支，在桨叶上下表面各一支。
5.根据权利要求2所述的一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统，其特征在于：所述可控的喷洒水装置位于桨叶正上方，包含四个可调节喷水模式喷头和一个配备加压装置的储水箱，通过加压可加快水雾喷出速率。
6.根据权利要求2所述的一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统，其特征在于：所述真空泵调压装置配备压力表，所述压力表用于读取试验箱内气压大小。
7.根据权利要求2所述的一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统，其特征在于：所述应变测量系统包含光纤光栅和解调仪，所述光纤光栅均匀布置在桨叶表面，光纤光栅外接解调仪来读取桨叶的应变。
8.一种复杂环境下桨叶应变测量试验方法，其特征在于：所述试验方法包括以下步骤：
步骤一，设计如权利要求1所述的一种复杂环境下桨叶应变测量试验系统；
步骤二，控制喷头出水速度，打开液氮制冷装置开关注入液氮迅速制冷或者打开加热装置；所述风扇控制器调节桨叶下面的风扇的风力大小，风扇将沉入底部的冷气或暖气吹到桨叶表面，也将水雾汽化增加试验箱箱体内湿度和带走桨叶表面热量使之快速结冰；
步骤三，将试验箱箱体内空气抽出至接近真空状态，通过压力表的读数控制气压到目标压力位；
步骤四，读取气压、温度、湿度的度数，当达到环境要求时读取此时解调仪的读数。
9.根据权利要求8一种复杂环境下桨叶应变测量试验方法，其特征在于：通过加热装置、喷洒水装置、液氮制冷装置和气压调控装置的不同配合方法，制造出桨叶工作的各种复杂环境和读取桨叶的应变数据。
10.根据权利要求8一种复杂环境下桨叶应变测量试验方法，其特征在于：模拟戈壁等酷热环境时，关闭液氮和喷洒水装置，打开加热装置，观察温度计读数和解调仪读数，当模拟海面高湿度环境下应变时，启动喷洒水装置，调成喷雾模式，将风扇风力调大，观察湿度计和解调仪读数。
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