飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗激振系統(tǒng)及其激振方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于飛行器熱模態(tài)試驗【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗激振系統(tǒng)及其試驗方法，該系統(tǒng)的耐高溫激振裝置的一端通過金屬編制繩懸吊在承力橫梁上，耐高溫激振裝置的另一端與試驗件的底部一側(cè)連接，試驗件的頂部通過懸掛裝置懸吊在承力橫梁上，試驗件兩側(cè)設(shè)有石英燈加熱器；該試驗如下：模擬自由-自由邊界條件；將激振裝置吊掛在橫梁上，并將激振裝置與試驗件連接；在力傳感器上安裝熱電偶，在激振器中輸入激振；對試驗件進行持續(xù)加熱，在加熱過程中激振器進行連續(xù)激振，完成熱模態(tài)試驗。該試驗系統(tǒng)及其試驗方法在熱模態(tài)試驗中能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度高達1200℃的試驗件進行長時間持續(xù)穩(wěn)定激振，并且試驗件邊界條件不受限制。
【專利說明】飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗激振系統(tǒng)及其激振方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛行器熱模態(tài)試驗【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗的激振系統(tǒng)及其試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著滑翔導(dǎo)彈技術(shù)的不斷發(fā)展，飛行器飛行的馬赫數(shù)越來越高，其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的溫度在氣動熱作用下升高幅度很大，為了研究受熱結(jié)構(gòu)在高溫下的動力學(xué)特性，必須進行受熱結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下的熱模態(tài)試驗，而在熱模態(tài)試驗中需要解決的一個難題是對高溫下的試驗件進行激振并且測量激振力的大小。目前，現(xiàn)有的熱模態(tài)試驗中主要有兩種方式進行激振，一種是采用力錘瞬態(tài)激振的方式，另一種是將試驗件放在振動臺上，試驗件跟隨振動臺一起振動。上述兩種方式都存在較大的弊端，采用力錘激振的方法對試驗件施加的是瞬態(tài)激勵，不能達到連續(xù)激振的效果，不能獲得試驗件隨溫度變化的時變模態(tài)參數(shù)，并且該方法只適用于溫度超過400°C的熱模態(tài)試驗，當溫度較高時無法靠近進行力錘激振。振動臺激振方式采用防熱措施后可以經(jīng)受較高的溫度，但是該方法不能給試驗件提供自由-自由邊界，然而在模態(tài)試驗中自由-自由邊界條件往往是必須要模擬的。因此現(xiàn)有的熱模態(tài)試驗激振方法存在明顯不足，不能有效完成熱模態(tài)試驗中對試驗件的激振。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中飛行器不耐高溫、不能持續(xù)激振和試驗件邊界條件受限等困難的缺點，本發(fā)明提供了一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗激振系統(tǒng)及其試驗方法，該試驗激振系統(tǒng)及其試驗方法克服了飛行器不耐高溫、不能持續(xù)激振和試驗件邊界條件受限等困難，在飛行器熱模態(tài)試驗中能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度高達1200°C的試驗件進行長時間持續(xù)穩(wěn)定激振，并且試驗件邊界條件不受限制。
[0004]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗激振系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括耐高溫激振裝置、金屬編制繩、試驗件、承力橫梁、耐高溫懸掛裝置、石英燈加熱器，耐高溫激振裝置的一端通過金屬編制繩懸吊在承力橫梁上，耐高溫激振裝置的另一端與試驗件的底部一側(cè)連接，試驗件的頂部通過懸掛裝置懸吊在承力橫梁上，試驗件的兩側(cè)設(shè)有石英燈加熱器。
[0005]所述的金屬編制繩與激振裝置之間設(shè)有調(diào)節(jié)拉桿。
[0006]所述的激振裝置由激振器、激振桿、激振桿與力傳感器連接件、力傳感器、力傳感器與陶瓷桿連接件、耐熱陶瓷過渡傳力桿、陶瓷桿與試驗件連接件依次連接組成，電磁式激振器的頂部與金屬編制繩底部連接，陶瓷桿與試驗件連接件的尾端與試驗件連接。
[0007]所述的電磁式激振器的頂部與金屬編制繩之間設(shè)有調(diào)節(jié)拉桿。
[0008]一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗方法，該試驗方法的具體步驟如下:
[0009]( I)模擬自由-自由邊界條件
[0010]利用懸掛裝置將試驗件自由懸吊在橫梁上，模擬自由-自由邊界條件；[0011](2)將激振裝置吊掛在橫梁上，并將激振裝置與試驗件連接；
[0012](3)在力傳感器上安裝熱電偶，然后在激振器中輸入激振；
[0013](4)利用石英燈加熱器對試驗件進行持續(xù)加熱，在加熱過程中激振裝置的激振器進行連續(xù)激振，完成熱模態(tài)試驗。
[0014]所述的步驟(2)的具體步驟如下:
[0015](2.1)將激振裝置的激振器的頂部吊掛在橫梁上；
[0016](2.2)將激振裝置的陶瓷桿與試驗件連接件與試驗件的激振孔連接。
[0017]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:本發(fā)明的熱模態(tài)試驗激振系統(tǒng)將電磁式激振器、激振桿、力傳感器、耐熱陶瓷過渡傳力桿和3個連接部件按照一定的次序通過螺紋連接在一起。螺紋連接方式給激振裝置的力傳遞路徑提供足夠的剛度，耐熱陶瓷過渡傳力桿是本發(fā)明的關(guān)鍵部件，具有剛度大、傳熱率低、耐熱性能好的特點，既準確傳遞了激振器對試驗件的激振力，又能將激振器和力傳感器隔離在熱源之外，克服了高溫環(huán)境帶來的影響，可以實現(xiàn)激振器和力傳感器在常溫狀態(tài)下的所有功能，因此使用該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在熱模態(tài)試驗中對試驗件持續(xù)穩(wěn)定的激振，在試驗件高達1200 V的溫度時激振器和力傳感器可以正常工作，并且對試驗件的邊界條件沒有限制。本發(fā)明的系統(tǒng)采用隔熱的方式克服高溫的影響，利用激振器給試驗件提供持續(xù)穩(wěn)定的激振，并且激振裝置自身處于懸掛狀態(tài)，在與試驗件連接后試驗件的邊界條件也不受限制，可以實現(xiàn)自由-自由和固支等多種邊界條件。本發(fā)明的熱模態(tài)試驗系統(tǒng)能夠有效的完成熱模態(tài)試驗，獲得受熱結(jié)構(gòu)隨溫度變化的模態(tài)參數(shù)及其變化規(guī)律，為受熱結(jié)構(gòu)在氣動熱作用下的載荷設(shè)計提供依據(jù)。本發(fā)明的熱模態(tài)試驗激振系統(tǒng)利用高純度陶瓷剛度大、傳熱率低和耐熱性能好的特點，將其連接在試驗件和激振器(含力傳感器)之間，既實現(xiàn)激振力的有效傳遞，又可以使力傳感器和激振器遠離熱源免受高溫影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明所提供的一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗?zāi)透邷丶ふ裱b置的系統(tǒng)組成示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明所提供的一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗激振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明所提供的一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗的實驗過程中試驗件的溫度變化曲線；
[0021]圖4為本發(fā)明所提供的一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗的實驗過程中激振裝置對試驗件的激振力曲線。
[0022]圖中:1為電磁式激振器，2為激振桿，3為激振桿與力傳感器連接件，4為力傳感器，5為力傳感器與陶瓷桿連接件，6為耐熱陶瓷過渡傳力桿，7為陶瓷桿與試驗件連接件；8為柔性的金屬編制繩，9為試驗件，10為承力橫梁，11.耐高溫懸掛裝置，12為調(diào)節(jié)拉桿，13為石英燈加熱器。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明所提供的一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗的耐高溫激振裝置，該裝置由電磁式激振器1、激振桿2、激振桿與力傳感器連接件3、力傳感器4、力傳感器與陶瓷桿連接件5、耐熱陶瓷過渡傳力桿6、陶瓷桿與試驗件連接件7依次連接組成。
[0025]電磁式激振器I與激振桿2通過螺紋固定連接，激振桿與力傳感器連接件3通過螺紋將激振桿2和力傳感器4連接，力傳感器與陶瓷桿連接件5通過螺紋將力傳感器4和耐熱陶瓷過渡傳力桿6連接，陶瓷桿與試驗件連接件7通過螺紋將耐熱陶瓷過渡傳力桿6與試驗件連接。
[0026]電磁式激振器I輸出激振力，激振桿2將激振力向外傳遞，激振力通過激振桿與力傳感器連接件3傳遞到力傳感器4，力傳感器4用于測量激振力，激振力在通過力傳感器與陶瓷桿連接件5傳遞到耐熱陶瓷過渡傳力桿6上，耐熱陶瓷過渡傳力桿6根據(jù)試驗溫度條件選擇合適長度，如果溫度低于600°C，長度可以150mm以內(nèi)，如果溫度達到6000C -1200°C，耐熱陶瓷過渡傳力桿就需要控制在150mm-250mm之間，太長會影響激振力傳遞效果。耐熱陶瓷過渡傳力桿6用于隔離來自試驗件及熱源的熱量從而降低力傳感器4及激振器I的溫度，陶瓷桿與試驗件連接件7采用高溫合金等耐熱材料制造，連接耐熱陶瓷過渡傳力桿6和飛行器受熱結(jié)構(gòu)的試驗件，以上連接方式均采用螺紋連接，增強激振力傳遞路徑的剛度。
[0027]如圖1和圖2所示，采用本發(fā)明所提供的耐高溫激振裝置進行滑翔飛行器防熱連接件熱模態(tài)試驗的具體步驟如下:
[0028]( I)模擬自由-自由邊界條件
[0029]利用耐高溫懸掛裝置11將試驗件9自由懸吊在承力橫梁10上，模擬自由-自由邊界條件。
[0030](2)將激振裝置吊掛在承力橫梁10上，并將激振裝置與試驗件9連接
[0031](2.1)將激振裝置的電磁式激振器I的頂部吊掛在承力橫梁10上
[0032]將柔性的金屬編制繩8穿進電磁式激振器I上部預(yù)留的懸吊孔中，并留出一定長度。在承力橫梁10上連接金屬編制繩8，并在金屬編制繩8的末端安裝調(diào)節(jié)拉桿12，再將電磁式激振器I上的柔性金屬編制繩掛8在調(diào)節(jié)拉桿12上；承力橫梁10的高度要高出激振位置0.5m以上。
[0033]激振裝置即豎直懸掛在承力橫梁10上，陶瓷桿與試驗件連接件7懸置在激振裝置的末端，如圖2所示。
[0034](2.2)將激振裝置的陶瓷桿與試驗件連接件7與滑翔飛行器防熱連接件9邊緣的激振孔連接，如果高度不合適，使用調(diào)節(jié)拉桿12調(diào)節(jié)激振裝置的高度，使陶瓷桿與試驗件連接件7與滑翔飛行器防熱連接件9邊緣的激振孔對齊，對齊后將連接件7插入到試驗件9的激振孔中進行連接。
[0035]陶瓷桿與試驗件連接件7與試驗件9之間采用螺紋連接或其他剛性固定連接方式，只要保證具有較強的連接剛度和耐熱性能即可。連接處具有較高的連接剛度，使得電磁式激振器I輸出的激振力能夠準確的傳遞到試驗件9上。
[0036](3)在力傳感器4上安裝熱電偶，然后在電磁式激振器I中輸入激振，即啟動本發(fā)明所提供的耐高溫激振裝置
[0037]將傳感器4的信號電纜連接到采集設(shè)備，在力傳感器4上安裝熱電偶，在加熱過程中時刻監(jiān)測力傳感器溫度。由于電磁式激振器I比力傳感器4更遠離熱源，只監(jiān)測力傳感器4即可。然后在電磁式激振器I中輸入激振條件，激振條件包括隨機激勵、正弦掃描激勵等，打開電磁式激振器I的功率放大器并將增益調(diào)節(jié)至2-4檔，如果試驗件較大可以將增益加大檔位，本發(fā)明所提供的耐高溫激振裝置開始激振，在試驗件9溫度升高過程中通過監(jiān)測電磁式激振器I的激振力曲線和力傳感器4溫度來判斷激振裝置是否工作正常。
[0038](4)利用石英燈加熱器13對試驗件9進行持續(xù)加熱至1200°C，在加熱過程中激振裝置的電磁式激振器I進行連續(xù)的激振，完成熱模態(tài)試驗。
[0039]試驗件9的兩側(cè)各設(shè)有一個用石英燈加熱器13。利用石英燈加熱器對試驗件9進行加熱，在加熱過程中激振裝置的電磁式激振器I進行連續(xù)的激振，待試驗件9溫度達到12000C時保持加熱溫度恒定持續(xù)2分鐘后停止加熱，待試驗件9溫度降至200°C左右時關(guān)閉激振裝置的電磁式激振器I，停止激振。
[0040]實驗結(jié)果:附圖3是試驗件9溫度變化曲線，附圖4是在加熱過程中激振力曲線。由附圖3和圖4可知:試驗件9溫度達到了 1200°C并持續(xù)了大約2分鐘，在實驗加熱過程中電磁式激振器I和力傳感器4工作正常，耐高溫激振裝置成功實現(xiàn)對高溫試驗件的持續(xù)激振。
[0041]上面結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施方法作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容均可以采用現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗激振系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括耐高溫激振裝置、金屬編制繩(8)、試驗件(9)、承力橫梁(10)、耐高溫懸掛裝置(11)、石英燈加熱器(13)，耐高溫激振裝置的一端通過金屬編制繩(8)懸吊在承力橫梁(10)上，耐高溫激振裝置的另一端與試驗件(9)的底部一側(cè)連接，試驗件(9)的頂部通過懸掛裝置(11)懸吊在承力橫梁(10)上，試驗件(9)的兩側(cè)設(shè)有石英燈加熱器(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗激振系統(tǒng)，其特征在于:所述的金屬編制繩(8)與激振裝置之間設(shè)有調(diào)節(jié)拉桿(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗激振系統(tǒng)，其特征在于:所述的激振裝置由激振器(I)、激振桿(2)、激振桿與力傳感器連接件(3)、力傳感器(4)、力傳感器與陶瓷桿連接件(5)、耐熱陶瓷過渡傳力桿(6)、陶瓷桿與試驗件連接件(7)依次連接組成，電磁式激振器(I)的頂部與金屬編制繩(8)底部連接，陶瓷桿與試驗件連接件(7)的尾端與試驗件(9)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗激振系統(tǒng)，其特征在于:所述的電磁式激振器(I)的頂部與金屬編制繩(8)之間設(shè)有調(diào)節(jié)拉桿(12)。
5.一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗方法，其特征在于:該試驗方法的具體步驟如下: (1)模擬自由-自由邊界條件 利用懸掛裝置(11)將試驗件(9 )自由懸吊在橫梁(IO )上，模擬自由-自由邊界條件； (2)將激振裝置吊掛在橫梁(10)上，并將激振裝置與試驗件(9)連接； (3)在力傳感器(4)上安裝熱電偶，然后在激振器(I)中輸入激振； (4)利用石英燈加熱器(13)對試驗件(9)進行持續(xù)加熱，在加熱過程中激振裝置的激振器(I)進行連續(xù)激振，完成熱模態(tài)試驗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種飛行器受熱結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗方法，其特征在于:所述的步驟(2)的具體步驟如下: (2.1)將激振裝置的激振器(I)的頂部吊掛在橫梁(10)上； (2.2)將激振裝置的陶瓷桿與試驗件連接件(7)與試驗件(9)的激振孔連接。
【文檔編號】G01M7/02GK103630313SQ201210308454
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月27日
【發(fā)明者】王鵬輝, 蘇里, 李寶海, 譚志勇, 楊晉京 申請人:北京強度環(huán)境研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院