CN112729672B - 一种航空拖缆系统的地面标定装置及其工作方法 - Google Patents

一种航空拖缆系统的地面标定装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种航空拖缆系统的地面标定装置的工作方法，属于航空测量技术领域，该装置包括承力架、绞盘、力传感器、待测定拖缆、砝码、释放台、标尺、钢索、制动器、压片；本发明通过砝码从释放台上的自由落体对待测定拖缆产生冲击后进行测量，根据力传感器和应变传感器得到冲击力和应变的测量值，再根据待测定拖缆刚度和砝码上加速度计得到冲击力和应变的理论值，测量值和理论值之比可以得到冲击力测量和应变测量的修正系数。通过循环改变绞盘缠绕匝数、制动条件和砝码释放高度测量得到各变量条件下的修正系数。可以给出不同条件下的对应测量方法和测量传感器的修正系数，可以对测量方法和测量传感器的进行标定，来保证测量过程的准确性。

Description

一种航空拖缆系统的地面标定装置及其工作方法
技术领域
本发明属于航空测量技术领域，涉及一种航空拖缆系统的地面标定装置及其工作方法。
背景技术
现在的高性能飞机由于其特殊的使用要求，为了突破敌方防线会释放拖曳式诱饵以保护自身安全。为保证拖曳式诱饵信号的发射传输，以及诱饵随飞机机动时的拖曳，拖曳式诱饵系统中所使用的航空拖缆的设计就非常关键。在设计过程中，设计人员需要对拖曳过程中拖缆上的冲击载荷进行精确的测量。而在测量过程中测量方法和测量传感器的精确度就对设计过程十分重要，因此需要对其进行标定以保证精确度。而现有的拖缆标定方法多是用来标定海洋船舶工程使用的拖缆的测量过程，拖缆较粗，拖曳物的质量大，速度变化率小；而航空拖缆很细，速度变化率大，侧重冲击载荷测量的标定。
航空拖缆系统的地面标定装置主要用来标定航空拖缆在空中由飞行器拖曳时受到冲击载荷的测量传感器和测量方法。航空用拖缆由于其拖曳物的功能需求而往往具有复杂的结构，例如拖曳式诱饵中常采用的光电复合拖缆，由外护套、增强层、编制总屏蔽、光单元、电源线等组成；在该种拖缆的设计过程中，由于拖缆本身具有复杂的多层结构，且刚度不同，而在测量其应变时，应变传感器往往布置黏贴在拖缆外层护套上，以外层护套应变来表征拖缆的实际应变，这样做会带来误差，因此需要对应变测量过程进行标定，给出应变测量的修正系数。另一方面，在拖缆释放后制动过程中，由于释放拖缆长度的不同，制动器绞盘上有不同匝数的拖缆缠绕，由于拖缆本身的弹性作用和制动器的不同，会造成制动时间出现偏差，从而拖缆上冲击载荷测量出现偏差
发明内容
本发明针对在航空用拖缆在设计过程中，拖缆上冲击载荷的测量方法及测量过程所使用的应变传感器存在偏差的问题，公开了一种航空拖缆系统的地面标定装置，从而可以满足对航空拖缆冲击载荷的测量方法和测量传感器的标定。
本发明是这样实现的：
一种航空拖缆系统的地面标定装置，所述的地面标定装置包括承力架，所述的承力架上连接有绞盘，绞盘可转动，若干匝数的待测定拖缆一端固定在绞盘上，力传感器串联在待测定拖缆中，用于测定拖缆所受载荷；所述的待测定拖缆另一端垂直向下，与钢索相连；所述的钢索下挂有砝码，所述砝码上固定有加速度计；所述的待测定拖缆上贴有应变传感器；所述的承力架的导轨上配合设置有释放台，释放台可以沿导轨上下滑动，在需要高度上锁止，导轨的一侧通过标尺固定在承力架上；所述的地面标定装置上还设置有制动器，所述的制动器一端固定在承力架上，另一端夹持在绞盘的一侧，限制绞盘的转动，制动器用来模拟待测定拖缆受到冲击载荷时的制动缓冲；拖缆冲击载荷由砝码的自由落体产生，通过下落高度的不同产生不同的冲击载荷，通过力传感器得到实际测量值，待测定拖缆上贴有应变传感器测得待测定拖缆受到载荷时产生的应变。
进一步，所述的制动器包括制动器主体、螺栓、钳口、硬橡胶；所述的制动器主体上通过螺栓固定在承力架上，下端开有滑槽，钳口上端与滑槽配合，可以使钳口左右滑动，螺栓将两钳口上端连接，转动螺栓可使钳口滑动收紧，夹紧绞盘。钳口下端内侧钻有螺纹孔，用来固定硬橡胶。
进一步，所述的硬橡胶可调节更换，通过更换不同硬度的硬橡胶实现不同的制动缓冲条件。
进一步，所述的承力架的导轨设置在其右侧竖直方向上，释放台上凹槽与导轨配合，可使释放台沿导轨上下滑动，以调整砝码的释放高度；释放台与导轨配合处钻有螺纹孔，用螺栓将释放台压紧在导轨上，锁定释放台高度，导轨一侧固定有标尺，砝码自由下垂时导轨的指示高度和释放台释放砝码高度之差为砝码自由落体高度。
本发明还公开了一种航空拖缆系统的地面标定装置的工作方法，其特征在于，所述的方法具体为：
首先根据所需的冲击载荷范围，确定砝码的质量以及砝码自由落体的高度h；在不改变砝码质量，同时不改变制动器钳口橡胶硬度，即保持制动缓冲条件一定，绞盘上缠绕一定匝数待测定拖缆，在该匝数和制动条件下，分别对砝码的几个不同自由落体高度产生的冲击进行测量；当砝码进行所选的几个不同高度自由落体时，对待测定拖缆产生不同的冲击载荷；
通过待测定拖缆上力传感器和位移传感器可以测得待测定拖缆上的冲击载荷值F和其产生的应变值ε’；然后通过重物上加速度传感器可以得到不同自由落体高度下每次冲击的最大加速度值a，从而可以计算得出冲击载荷的理论计算值f；通过事先标定好的待测定拖缆静态刚度E和冲击载荷理论值f，可以计算得出待测定拖缆在相应高度下产生的理论应变值ε；通过冲击载荷的实际测量值和理论计算值可以得出对应冲击载荷测量的修正系数Kf，通过冲击载荷产生应变的测量值和理论计算值可以得到对应的应变传感器测量应变的修正系数Kε；
保持缠绕匝数不变，更换制动条件，即更换不同硬度的硬橡胶，再重复进行上述过程，在更换后的制动条件下，进行所有所选高度的测量，直至完成所有的制动条件；
更换缠绕匝数，重新对所有制动条件下的各个高度自由落体冲击进行测量计算，直至完成所有缠绕匝数下的测量计算。
本发明与现有技术的有益效果在于：
本发明针对现有技术中制动时间出现偏差以及拖缆上冲击载荷测量出现偏差，需要地面标定装置对绞盘上不同匝数时拖缆的冲击载荷进行地面标定，给出绞盘上缠绕不同匝数时，拖缆冲击载荷实际值与理论值的偏差，给出修正系数来对航空拖缆实际使用时的冲击载荷进行修正，并在拖缆的设计过程中给出数据支持，因此本发明的技术通过对测量方法和测量传感器的标定，通过砝码从释放台上的自由落体对待测定拖缆产生冲击后进行测量，根据力传感器和应变传感器得到冲击力和应变的测量值，再根据待测定拖缆刚度和砝码上加速度计得到冲击力和应变的理论值，测量值和理论值之比可以得到冲击力测量和应变测量的修正系数。通过循环改变绞盘缠绕匝数、制动条件和砝码释放高度测量得到各变量条件下的修正系数。可以给出不同条件下的对应测量方法和测量传感器的修正系数，可以对测量方法和测量传感器的进行标定，来保证测量过程的准确性。
附图说明
图1是本发明一种航空拖缆系统的地面标定装置的主视图；
图2是本发明一种航空拖缆系统的地面标定装置的制动器绞盘连接示意图；
图3是本发明一种航空拖缆系统的地面标定装置的释放台结构示意图；
图4是本发明一种航空拖缆系统的地面标定装置的工作方法的过程流程图；
图5是本发明一种航空拖缆系统的地面标定装置的制动器结构示意图；
其中，1-承力架，2-绞盘，3-力传感器，4-待测定拖缆，5-位移传感器，6-标尺，7-钢索，8-释放台，9-砝码，10-加速度计，11-制动器，11-1制动器锁紧螺栓，11-2制动器钳口，11-3制动器钳口硬橡胶，12-压片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～3所示，本发明的一种航空拖缆系统的地面标定装置，该装置包括承力架1、绞盘2、力传感器3、待测定拖缆4、位移传感器5，标尺6，钢索7，释放台8，砝码9、加速度计10、制动器11、压片12，具体部件连接如下：
承力架1固定在承力墙上或固定支架上，为标定装置主要的承力结构，绞盘2通过一根轴连接在承力架上，可绕轴转动；所述绞盘2用来缠绕待测定拖缆4，外缘被制动器11夹紧，实现对绞盘转动的固定；所述制动器11另一端固定于承力架上。
如图2所示，制动器11包括制动器主体、螺栓11-1、钳口11-2、硬橡胶11-3。制动器钳口11-2通过螺栓11-1收紧锁止，对绞盘2夹持，限制绞盘的转动，制动器钳口上安装有硬橡胶11-3，通过更换不同硬度的硬橡胶实现不同的制动缓冲条件；如图5所示，制动器中的制动器主体和钳口配合连接，制动器主体上端连接承力架，下端开有滑槽，钳口上端与滑槽配合，可以使钳口左右滑动，螺栓11-1将两钳口上端连接，转动螺栓11-1可使钳口滑动收紧，夹紧绞盘。钳口下端内侧钻有螺纹孔，用来固定硬橡胶。
为保证力传感器的受力，力传感器3串联待测定拖缆4，一端待测定拖缆4缠绕在绞盘2上一定匝数，伸出一端头，在端头上连接力传感器3，力传感器3再连接另一端待测定拖缆，该段待测定拖缆自由下垂，连接钢索7。
缠绕在绞盘内层的待测拖缆，为保证待测定拖缆不与绞盘脱开，绞盘上有压紧片，由螺栓压紧，可将拖缆一端压住，防止待测定拖缆从绞盘上脱开。
承力架1竖直方向有一导轨，释放台8沿滑轨上下移动，标尺6固定在导轨一侧，根据标尺的指示，释放台可以确定的高度下释放，释放台上有锁止螺钉，可在需要高度上将位置锁定。
以下具体叙述本发明一种航空拖缆系统的地面标定装置的工作方法，如图4所示，具体为：
在使用前应先对待测定拖缆的静态刚度进行标定，得到静态刚度值E。在进行待测定拖缆的静态刚度标定之后，待测定拖缆分为两段，一段缠绕在绞盘上一定匝数，另一段自由下垂，两段待测定拖缆由力传感器相连(参见图1中2、3、4连接关系)，然后将绞盘上制动器锁紧螺栓锁紧，使绞盘无法转动。自由下垂段待测定拖缆末端连接钢索，钢索上连接一定质量的砝码；将砝码自由下垂，记录承力架上砝码自由下垂的指示高度为h0。再根据砝码所需的自由落体高度h，可以确定砝码从释放台释放高度H＝h+h0。
对航空拖缆冲击载荷测量进行标定，得出航空拖缆冲击力测量和应变测量的修正系数随绞盘上待测定拖缆缠绕匝数和制动条件的变化关系图，具体实施步骤如下：
首先确定选取一个匝数和一制动条件，对砝码从不同高度释放自由落体时的冲击进行测量。将砝码由选取的高度从释放台释放自由落体，对待测定拖缆产生冲击，通过力传感器得到相应冲击载荷的实际测量值F，通过应变传感器得到对应冲击载荷下拖缆应变的实际测量值ε’；通过重物上的加速度传感器得到每次冲击中加速度峰值a，可以计算得出冲击载荷的理论计算值f＝ma，将该缠绕匝数下得到的各个自由落体高度下冲击载荷F与相对应的理论冲击载荷f相除得到修正系数Kf；根据自由落体冲击载荷理论计算值f和事先标定好的待测定拖缆的静态刚度值E计算得出相对应的待测定拖缆应变的理论值
Figure BDA0002841156200000051
根据应变测量值ε’可以计算得出不同匝数下不同冲击载荷值对应的应变传递率Kε。
完成该释放高度下的修正系数测量计算后，保持缠绕匝数和制动条件，由小到大更换释放高度，重复进行上述测量计算过程，直至完成该缠绕匝数和制动条件下选好的所有高度值。
然后缠绕匝数不变，通过更换制动器钳口橡胶硬度更换制动条件，再重复进行上述过程，在更换后的制动条件下，进行所有所选高度的测量，直至完成所有的制动条件。然后更换缠绕匝数，重新对所有制动条件下的各个高度自由落体冲击进行测量计算，直至完成所有缠绕匝数下的测量计算。
测量计算完成后，绘制两张曲线图，一张图横坐标为匝数，纵坐标为冲击力测量修正系数。图中有多条曲线，不同曲线为制动条件不同时冲击力测量修正系数随匝数的变化。另一张图横坐标为匝数，纵坐标为应变测量修正系数。图中也有多条曲线，不同曲线为制动条件不同时应变测量修正系数随匝数的变化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种航空拖缆系统的地面标定装置，其特征在于，所述的地面标定装置包括承力架(1)，所述的承力架(1)上连接有绞盘(2)，绞盘(2)可转动，若干匝数的待测定拖缆(4)一端固定在绞盘(2)上，力传感器(3)串联在待测定拖缆(4)中，用于测定拖缆所受载荷；所述的待测定拖缆(4)另一端垂直向下，与钢索(7)相连；所述的钢索(7)下挂有砝码(9)，所述砝码(9)上固定有加速度计(10)；所述的待测定拖缆(4)上贴有应变传感器(5)；所述的承力架(1)的导轨上配合设置有释放台(8)，释放台(8)可以沿导轨上下滑动，在需要高度上锁止，导轨的一侧通过标尺(6)固定在承力架(1)上；
所述的地面标定装置上还设置有制动器(11)，所述的制动器(11)一端固定在承力架(1)上，另一端夹持在绞盘(2)的一侧，限制绞盘(2)的转动，制动器(11)用来模拟待测定拖缆(4)受到冲击载荷时的制动缓冲；拖缆冲击载荷由砝码的自由落体产生，通过下落高度的不同产生不同的冲击载荷，通过力传感器(3)得到实际测量值，待测定拖缆(4)上贴有应变传感器(5)测得待测定拖缆受到载荷时产生的应变。
2.根据权利要求1所述的一种航空拖缆系统的地面标定装置，其特征在于，所述的制动器(11)包括制动器主体、螺栓(11-1)、钳口(11-2)、硬橡胶(11-3)；所述的制动器主体一端通过螺栓固定在承力架(1)上，另一端上安装有两可滑动的钳口(11-2)，钳口(11-2)上钻有螺纹孔，在上面用螺钉固定硬橡胶(11-3)，用来加持绞盘(2)制动，钳口(11-2)由螺栓(11-1)收紧。
3.根据权利要求2所述的一种航空拖缆系统的地面标定装置，其特征在于，所述的硬橡胶(11-3)可调节更换，通过更换不同硬度的硬橡胶实现不同的制动缓冲条件。
4.根据权利要求1所述的一种航空拖缆系统的地面标定装置，其特征在于，所述的待测定拖缆(4)通过压片(12)固定在绞盘(2)上。
5.根据权利要求1所述的一种航空拖缆系统的地面标定装置，其特征在于，所述的承力架(1)的导轨设置在其右侧竖直方向上，释放台(8)上凹槽与导轨配合，可使释放台沿导轨上下滑动，以调整砝码的释放高度；释放台(8)与导轨配合处钻有螺纹孔，用螺栓将释放台压紧在导轨上，锁定释放台高度，导轨一侧固定有标尺(6)，砝码自由下垂时导轨的指示高度和释放台释放砝码高度之差为砝码自由落体高度。
6.根据权利要求1～5任一所述的航空拖缆系统的地面标定装置的工作方法，其特征在于，所述的方法具体为：
1)首先根据所需的冲击载荷范围，确定砝码的质量以及砝码自由落体的高度h；在不改变砝码质量，同时不改变制动器钳口橡胶硬度，即保持制动缓冲条件一定，绞盘上缠绕一定匝数待测定拖缆，在该匝数和制动条件下，分别对砝码的几个不同自由落体高度产生的冲击进行测量；当砝码进行所选的几个不同高度自由落体时，对待测定拖缆产生不同的冲击载荷；
2)通过待测定拖缆上力传感器和应变传感器(5)可以测得待测定拖缆上的冲击载荷值F和其产生的应变值ε’；然后通过砝码(9)上加速度计可以得到不同自由落体高度下每次冲击的最大加速度值a，从而可以计算得出冲击载荷的理论计算值f；通过事先标定好的待测定拖缆静态刚度E和冲击载荷理论值f，可以计算得出待测定拖缆在相应高度下产生的理论应变值ε；通过冲击载荷的实际测量值和理论计算值可以得出对应冲击载荷测量的修正系数Kf，通过冲击载荷产生应变的测量值和理论计算值可以得到对应的应变传感器测量应变的修正系数Kε；
3)保持缠绕匝数不变，更换制动条件，即更换不同硬度的硬橡胶，再重复进行上述过程，在更换后的制动条件下，进行所有所选高度的测量，直至完成所有的制动条件；
4)更换缠绕匝数，重新对所有制动条件下的各个高度自由落体冲击进行测量计算，直至完成所有缠绕匝数下的测量计算。
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