[发明专利]常规天平测量风洞中悬臂支撑模型固有频率的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风洞模型固有频率的测量装置及利用该装置进行测量的方法，特别是涉及一种利用常规天平对风洞中悬臂支撑模型的固有频率进行测量的装置以及利用该装置进行测量的方法。

背景技术

风洞是研制各种航空航天飞行器的摇篮，而各种飞行器模型在风洞试验中大多采用悬臂支撑方式进行测力及其它试验，但是采用悬臂支撑的模型在风洞试验中容易产生振动，对试验数据带来干扰和影响。为了克服干扰、排除影响，需要测量出模型在悬臂支撑状态下的固有频率。目前，国内风洞测量悬臂支撑模型固有频率的方法，通常是采用专用的振动测量系统进行测量，常规的振动测量系统主要由加速度传感器、力锤、高速数据采集系统和信号处理分析软件等组成。测试时先将加速度传感器按测试要求固定在模型腔体内或表面，然后用力锤敲击模型，使其产生振动，高速数据采集系统采集模型腔体内或表面加速度传感器的信号，信号处理分析软件通过对模型腔体内或表面加速度传感器信号的分析处理，求出模型的固有频率。

现有的风洞固有频率测试技术的主要缺点是：

需要购置价格昂贵的专用振动测量和分析设备；加速度传感器的安装困难。加速度传感器通常采取两种方法安装，一种是在模型腔体内安装，另一种是固定在模型表面，在模型腔体内安装，需要预留传感器在模型内部的安装空间和电缆导线走线的空间，这会增加模型及支杆设计的难度，有时还会因为模型或支杆的诸多限制条件而无法实现传感器在模型腔体内安装；当加速度传感器固定在模型表面，其电缆会牵绊模型影响模型自由振动，还会破坏模型表面的型面；使用成本高。由于装卸加速度传感器、连接调试专用的振动测量系统都会增加许多工作，所以费时费力且占用风洞时间长，使完成一次模型固有频率的测试成本升高；测试结果影响因素多。此方法要么改变了模型的质量分布，要么就有电缆牵绊模型，这两点都会引起模型固有频率发生少量的改变，因此会降低固有频率测量的精准度。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中操作繁琐、效率低、测量不准确且成本高的问题，提供一种利用常规天平测量风洞中悬臂支撑模型固有频率的装置及方法，该装置及方法充分利用风洞常规试验设备测试出悬臂支撑模型的固有频率，具有不需要增加购置和安装专用设备且操作简便、运行可靠、效率高、测值准确可靠等特点，常规风洞均可以使用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：常规天平测量风洞中悬臂支撑模型固有频率的装置，包括接头、支杆、常规天平、天平引出电缆、模型、信号调理器、风洞数据采集系统、数据采集系统监控计算机、橡胶榔头、数据连续采集软件、离散数据频谱分析软件和电缆，其中支杆联接在接头上，常规天平安装在支杆上，风洞模型与常规天平配装，天平引出电缆一端连接常规天平，一端与信号调理器连接，信号调理器用于处理常规天平的信号并通过电缆将信号输送到风洞数据采集系统，数据采集系统监控计算机通过电缆与风洞数据采集系统连接用于监控管理风洞数据采集系统，数据连续采集软件设置在数据采集系统监控计算机上用于实现连续采集常规天平输出的模拟信号，离散数据频谱分析软件设置在数据采集系统监控计算机上用于对连续采集到的天平信号数据进行频谱分析计算并得到信号的频谱曲线，橡胶榔头位于模型位置用于敲击模型的各个方向。

利用上述装置测量风洞中悬臂支撑模型固有频率的方法，包括下列步骤：

   a、模型及常规天平按常规试验要求安装在风洞中，连接到常规天平的信号调理器的滤波设置为不滤波输出或者为宽带输出；

   b、模型置于迎角、侧滑角、滚转角均为零度的状态，启动数据采集系统监控计算机上的数据连续采集软件，连续采集常规天平输出信号，采集结束后保存为静态天平数据；

   c、模型置于迎角、侧滑角、滚转角均为零度的状态，再次启动数据采集系统监控计算机上的数据连续采集软件，连续采集常规天平输出信号，启动后，用橡胶榔头敲击模型头部上方位置使之产生纵向振动，振动衰减后，停止采集，保存为纵向敲击天平数据；

    d、模型置于迎角、侧滑角、滚转角均为零度的状态，再次启动数据采集系统监控计算机上的数据连续采集软件，连续采集常规天平输出信号，启动后，用橡胶榔头敲击模型头部左侧位置使之产生横向振动，振动衰减后，停止采集，保存为横向敲击天平数据；

   e、模型置于迎角、侧滑角、滚转角均为零度的状态，再次启动数据采集系统监控计算机上的数据连续采集软件，连续采集常规天平输出信号，启动后，用橡胶榔头敲击模型左机翼上方中部位置使之产生滚转振动，振动衰减后，停止采集，保存为滚转敲击天平数据；