一种直升机旋翼复合载荷测试光纤布置和组桥方法技术

本发明专利技术涉及一种直升机旋翼复合载荷测试光纤布置和组桥方法，属于直升机载荷测量技术领域，其通过本发明专利技术以上的光纤测量桨叶复合载荷的布置与组桥方法，实现光纤在旋转旋翼上的载荷测量。本发明专利技术能够直接应用于直升机旋翼复合载荷的测量，与原测量方式相比，本发明专利技术中的光纤由于其尺寸更小、造价更低和更长的使用寿命，将大幅减少直升机旋翼载荷测量的耗材费用、测试修缮时间以及测试原件对于桨叶等部件的外形影响。

【技术实现步骤摘要】
一种直升机旋翼复合载荷测试光纤布置和组桥方法
本专利技术属于直升机载荷测量
，尤其涉及一种直升机旋翼复合载荷测试光纤布置和组桥方法。
技术介绍
旋翼系统为直升机的主要升力和操纵力来源，而旋翼系统中的桨叶和桨毂部件在飞行过程中，由于气弹耦合的作用，始终处于交变载荷的工作状态。因此，为提高直升机安全性，有必要对作用在旋翼系统的交变载荷进行实时在线测量，并为桨叶和桨毂部件的寿命估算积累数据。在测量直升机桨叶载荷应变，主要是对剖面上挥舞与摆振方向的应变进行测量。电阻式应变片测量旋翼系统载荷布置与组桥示意图如图1所示。使用应变片测量桨叶某剖面的载荷解耦需要在该剖面上布置4片(图1中1，2,3,4位置)挥舞方向应变片与6-8片摆振方向(图1中A、B、C、D、E、F、G、H位置)应变片。挥舞方向加载，从摆振方向应变片中，选取受干扰最小组合的应变片作为摆振方向的应变片。应变片对旋翼系统部件载荷进行测量，存在应变片使用寿命短、贴片和标定的周期长、不能实现连续载荷测量等局限性。光纤光栅传感器测量直升机旋翼系统载荷。光纤外形尺寸较细，单根光纤可传输多通道信号，因此整体布线对结构的力学性能影响较小；光纤材料拉伸强度特性较大，能测量大形变的应变；单通道桨叶测量，光纤的成本约为应变片成本的十分之一至二十分之一；大应变情况下应变片的使用寿命约为几十小时，光纤的使用寿命理论为几千小时。对于大尺寸桨叶的载荷测量，由于其外形较大，运行过程中所受的交变载荷量较大。传统的电阻式应变片测量，在寿命等方面存在着较大的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种直升机旋翼复合载荷测试光纤布置和组桥方法，用于解决上述任一问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种直升机旋翼复合载荷测试光纤布置和组桥方法，其包括1)复合载荷下光纤布置挥舞方向载荷测量光纤的布置：根据需要测量的多个桨叶被测剖面在挥舞方向测量光纤上刻录相同数量的光栅传感器，将刻录有光删传感器的挥舞方向载荷测量光纤沿桨叶气动中心线布置于桨叶表面；摆振方向载荷测量光纤的布置：摆振方向载荷测量光纤为多条且均平行于气动中心线设置，每条摆振方向载荷测量光纤上均刻录有与挥舞方向载荷测量光纤上数量和位置均相同的光栅传感器，其中，一条摆振方向载荷测量光纤位于气动中心线与桨叶前缘之间，其余摆振方向载荷测量光纤位于气动中心线与桨叶后缘之间；以及在桨叶根部布置补偿传感器；2)光纤应变组桥2.1)单一剖面挥舞方向：采用挥舞方向载荷测量光纤上的光栅传感器与补偿传感器进行组桥；单一剖面摆振方向：采用位于气动中心线与桨叶前缘之间的摆振方向载荷测量光纤上的光栅传感器与位于气动中心线与桨叶后缘之间的其一摆振方向载荷测量光纤中的光栅传感器进行组桥；2.2)重复步骤2.1得到多个桨叶被测剖面下的光纤应变组桥。进一步的，位于气动中心线与桨叶后缘之间的载荷测量光纤距气动中心线的距离是气动中心线与桨叶前缘之间的载荷测量光纤距气动中心线距离的整数倍。进一步的，补偿传感器为温度补偿片。进一步的，选择气动中心线与桨叶后缘之间的其一摆振方向载荷测量光纤中的光栅传感器的方法为：通过在挥舞方向加载配重得到多条摆振方向载荷测量光纤上光栅传感器测得应变值；通过在摆振方向加载配重得到多条摆振方向载荷测量光纤上光栅传感器测得应变值；将挥舞方向测得的前缘处光栅传感器应变值与后缘处光栅传感器应变值做差，以及将摆振方向测得的前缘处光栅传感器应变值与后缘处光栅传感器应变值做差，最后将挥舞方向的差值与摆振方向的差值做比，比值最小的一组组成挥舞方向的桥路。进一步的，所述差值为绝对值。本专利技术的测量方法能够直接应用于直升机旋翼复合载荷的测量，与原测量方式相比，本专利技术中的光纤由于其尺寸更小、造价更低和更长的使用寿命，将大幅减少直升机旋翼载荷测量的耗材费用、测试修缮时间以及测试原件对于桨叶等部件的外形影响，其测量范围更广，经济效益更好，使用其寿命更长等优点。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1为电阻式应变片测量旋翼系统载荷布置与组桥示意图；图2为光纤测量旋翼系统载荷布置示意图；图3为惠斯通半桥示意图。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在桨叶载荷检测过程在，一般首先针对直升机桨叶的翼型、质量分布等，提出桨叶具体剖面的载荷监测需求，其包括桨叶的上挥舞与摆振方向的应变载荷。确定旋翼系统的载荷监测面与监测内容，对测量光纤的位置布置提出具体的范围与要求。针对上述要求，本专利技术提供一种直升机旋翼复合载荷测试光纤布置和组桥方法，其包括：1)复合载荷下光纤布置利用光栅(传感器与光纤的组合体叫光栅)按照载荷测量的内容在旋翼表面进行铺设或黏贴。光纤测量旋翼系统载荷布置示意图如图2所示，其主要分为挥舞方向与摆振方向的载荷测量光纤，图中X方向为摆振方向，Y方向挥舞方向。1.1)挥舞方向载荷测量光纤：挥舞方向载荷可以通过桨叶各剖面弯曲应变的情况，经过变换得到。桨叶工作时，各剖面的气动中心处的弯曲应变最大，且由于外形特征与摆振方向的耦合最小，挥舞方向载荷测量光纤布置在桨叶气动中心线与各剖面的交点上，即测点1。1.2)摆振方向载荷测量光纤：桨叶剖面的摆振方向如图2所示，桨叶前后缘由于外形特性，无法布置传感器。在桨叶气动中心与前缘之间选择合适(越靠近前缘越好)位置布置一个传感器测点。在桨叶气动中心与后缘之间布置3个测点用于对A点进行挥舞与摆振方向的解耦。其中测点A与气动中心线距离若为L，则测点B、C、D点与气动中心线的距离则分别为3L、4L、5L。1.3)温补特性：由于光纤光栅传感器具有温敏特性，在不同温度环境中的光纤光栅传感器会有一定的温漂(温度漂移)。布置桨叶载荷测点时，需布置温度补偿片。摆振方向存在解耦问题，测点无法增加温度补偿片。故在挥舞方向布置温度补偿片，温度补偿片设置于桨根处任意位置均可。2、光纤应变桥路组桥由于电阻式应变自身易受电磁等干扰，其桥路主要采用自补偿的惠斯通全桥模式。光纤由于其绝缘性较好，且具有单独的采集或测量设备，故采用惠斯通半桥模式。惠斯通半桥示意图如图3所示。图中R1、R2为工作测点(即布置于桨叶上的测点)，R3、R4为测量仪器内置电阻。2.1)挥舞方向采用半桥公共补偿模式进行组桥：桨叶在工作过程中，桨根至桨尖处于同一环境中，温度差较小。在挥舞方向上的桥路上，温度补偿片布置一片公共片即可。图3中R1测点为桨叶剖面与气动中心交点上表面上的测点1，R2测点为布置于桨根处的温度传感器。2.2)摆振方向采用半桥模式进行组桥：图3中的R1测点为摆振方向组桥桨叶前缘与气动中心之间布置的点，即图2中测点A；R2测点为桨叶气动中心与桨叶后缘之间的点，即图2中测点B、C、D点其中的一点。将黏贴好的光纤接入测试设备，利用A点测得应变转换为电阻值、R3与R4电阻分别与B、C、D点在上位机中组成桥路。在选择R2测点时，选择耦合干扰最小的点作为R2测点，选择方法如下：a)摆振方向(桨叶竖直放置加载)加载配重，记录A、B、C、D点的应变数值；b)挥舞方向(桨叶水平放置加载)加载配重，记录A、B、C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直升机旋翼复合载荷测试光纤布置和组桥方法，其特征在于，包括1)复合载荷下光纤布置挥舞方向载荷测量光纤的布置：根据需要测量的多个桨叶被测剖面在挥舞方向测量光纤上刻录相同数量的光栅传感器，将刻录有光删传感器的挥舞方向载荷测量光纤沿桨叶气动中心线布置于桨叶表面；摆振方向载荷测量光纤的布置：摆振方向载荷测量光纤为多条且均平行于气动中心线设置，每条摆振方向载荷测量光纤上均刻录有与挥舞方向载荷测量光纤上数量和位置均相同的光栅传感器，其中，一条摆振方向载荷测量光纤位于气动中心线与桨叶前缘之间，其余摆振方向载荷测量光纤位于气动中心线与桨叶后缘之间；以及在桨叶根部布置补偿传感器；2)光纤应变组桥2.1)单一剖面挥舞方向：采用挥舞方向载荷测量光纤上的光栅传感器与补偿传感器进行组桥；单一剖面摆振方向：采用位于气动中心线与桨叶前缘之间的摆振方向载荷测量光纤上的光栅传感器与位于气动中心线与桨叶后缘之间的其一摆振方向载荷测量光纤中的光栅传感器进行组桥；2.2)重复步骤2.1得到多个桨叶被测剖面下的光纤应变组桥。

【技术特征摘要】
1.一种直升机旋翼复合载荷测试光纤布置和组桥方法，其特征在于，包括1)复合载荷下光纤布置挥舞方向载荷测量光纤的布置：根据需要测量的多个桨叶被测剖面在挥舞方向测量光纤上刻录相同数量的光栅传感器，将刻录有光删传感器的挥舞方向载荷测量光纤沿桨叶气动中心线布置于桨叶表面；摆振方向载荷测量光纤的布置：摆振方向载荷测量光纤为多条且均平行于气动中心线设置，每条摆振方向载荷测量光纤上均刻录有与挥舞方向载荷测量光纤上数量和位置均相同的光栅传感器，其中，一条摆振方向载荷测量光纤位于气动中心线与桨叶前缘之间，其余摆振方向载荷测量光纤位于气动中心线与桨叶后缘之间；以及在桨叶根部布置补偿传感器；2)光纤应变组桥2.1)单一剖面挥舞方向：采用挥舞方向载荷测量光纤上的光栅传感器与补偿传感器进行组桥；单一剖面摆振方向：采用位于气动中心线与桨叶前缘之间的摆振方向载荷测量光纤上的光栅传感器与位于气动中心线与桨叶后缘之间的其一摆振方向载荷测量光纤中的光栅传感器进行组桥；2.2)重复步骤2.1得到多个桨叶被测剖面下的光纤应变组...

【专利技术属性】
技术研发人员：高建秀，易晖，王楠芬，杨金花，
申请(专利权)人：中国直升机设计研究所，
类型：发明
国别省市：江西,36