[发明专利]风沙-热环境下无人机复材机翼动特性和损伤检测装备

权利要求书

1.风沙-热环境下无人机复材机翼动特性和损伤检测装备，其特征在于，包括环境模拟机构，所述环境模拟机构内腔中间板顶部左端设置有激振机构，所述激振机构顶部设置有回转工作台，所述回转工作台一端通过螺栓固定连接多点柔性夹具，所述回转工作台另一端通过联轴器设置第一减速器，所述第一减速器输入端通过联轴器设置有第一电机，所述第一电机固定安装在激振机构顶部，所述多点柔性夹具右端设置有复合材料机翼，所述环境模拟机构中间板顶部设置有自动检测机构，且自动检测机构位于复合材料机翼后端，所述环境模拟机构内腔顶板底部设置有悬吊机构；

所述环境模拟机构包括框体，所述框体前后左右四面设置有亚克力板，所述框体中部设置有中间板，所述中间板与框体底板之间设置有竖板，左端所述竖板与框体之间中部设置有短横板，所述框体底板顶部设置有第二减速器，所述第二减速器输入端通过联轴器设置有第二电机，所述第二电机输出轴与框体底板顶部通过螺栓固定安装，所述框体内腔设置有螺旋输送机，所述螺旋输送机贯穿中间板底端抵在短横板顶部，且螺旋输送机主轴底端通过联轴器与第二电机输出端固定安装，所述螺旋输送机顶部贯穿框体顶板且固定安装在框体顶板顶部，所述框体底板右端顶部设置有位于右端竖板右端的倾斜式液压升降机，所述倾斜式液压升降机顶部贯穿中间板，所述倾斜式液压升降机顶部设置有风机，所述中间板顶部后端左右两侧设置有加热管，两个所述加热管之间中间板顶部两支撑板之间设置有滑轨，所述滑轨一端通过联轴器固定安装有第三电机，所述螺旋输送机左端中间板顶部设置有沙漏，所述螺旋输送机左端短横板顶部设置有收沙盘，且收沙盘右端焊接在螺旋输送机开口处，所述框体顶板顶部设置有倾斜沙槽，所述倾斜沙槽右端设置有进沙口；

所述多点柔性夹具包括夹具底座，所述夹具底座左端设置有耳板，所述耳板上下两端夹具底座上设置有第二滑槽，所述耳板内侧设置有滚动轴承，所述耳板外侧设置有手轮，所述滚动轴承内圈设置有螺杆，且螺杆左端与手轮末端焊接，所述螺杆外表面螺接有移动箱，且移动箱后端通过滑轨滑动安装在第二滑槽上，所述第二滑槽右端设置有位于移动箱右端的固定箱；

所述移动箱和固定箱均包括针盘和顶杆团，所述顶杆团由若干个顶杆组成，所述顶杆截面设置为六边形，所述顶杆上均匀设置有通孔；所述移动箱和固定向箱体中部均设置有顶杆团，所述顶杆团一端设置有推板，所述推板的外侧设置有推板头，所述针盘贯穿顶杆团上的通孔且末端抵在移动箱和固定箱内壁的盲孔孔底。

2.根据权利要求1所述的风沙-热环境下无人机复材机翼动特性和损伤检测装备，其特征在于：所述激振机构包括振动台，所述振动台底端四角设置有振动台腿，所述振动台腿外壁设置有压缩弹簧，所述振动台中部设置有激振器，且振动台腿通过螺栓与框体中间板顶部固定安装。

3.根据权利要求1所述的风沙-热环境下无人机复材机翼动特性和损伤检测装备，其特征在于：所述自动检测机构包括机械臂底盘，所述机械臂底盘底部设置有与中间板顶部滑轨配合的滑块，所述机械臂底盘顶部设置有机械臂，所述机械臂末端分别设置有激光测振仪和超声波探伤仪。

4.根据权利要求1所述的风沙-热环境下无人机复材机翼动特性和损伤检测装备，其特征在于：所述回转工作台包括底座和工作台，所述底座中心处设置有工作台，所述工作台中心处设置有回转支承，所述回转支承外圈通过双头螺栓与工作台固定安装，所述回转支承内圈通过沉头螺栓与底座固定安装，所述底座中下部设置有贯穿工作台的蜗杆，且蜗杆中部螺纹与回转支承外圈螺纹配合，所述蜗杆两端设置有滚动轴承，所述蜗杆两端设置有位于滚动轴承外侧的轴承盖，且蜗杆通过轴承盖安装在底座上。

5.根据权利要求1所述的风沙-热环境下无人机复材机翼动特性和损伤检测装备，其特征在于：所述悬吊机构包括横滑轨和竖滑轨，两个所述横滑轨之间通过滑轮安装有竖滑轨，每根所述竖滑轨上滑动安装有两个滑轮。

6.风沙-热环境下无人机复材机翼动特性和损伤检测的方法，其特征在于：采用权利要求1所述的风沙-热环境下无人机复材机翼动特性和损伤检测装备，包括以下步骤，

步骤1，根据厂家提供的无损伤的待测复合材料机翼的结构尺寸参数，利用有限元方法建立其有限元模型，并在不考虑损伤的情况下计算获得各阶模态振型，同时，对各阶模态振型的计算数据的幅值进行正则归一化处理，化为无量纲的表达式，则正则归一化处理后模态振型的计算数据，只具有相对意义，其绝对值没有意义，这样便于与风沙-热环境下测试获得的无损伤待测复合材料机翼的正则归一化模态振型的测试数据进行比较；

步骤2，正式开始试验，复合材料机翼从外部运送到检测装备右端时，打开右端亚克力板，将两根竖滑轨移动到检测装备右端，将竖滑轨上的滑轮移动到合适的位置，分别用两个滑轮上的绳索竖直绑住复合材料机翼左右两端，并通过竖滑轨将复合材料机翼移动到多点柔性夹具附近；

步骤3，将移动箱和固定箱上的针盘抽出，通过推板上的推板头将顶杆团顶出一定的距离，将复合材料机翼靠近多点柔性夹具一端移动至移动箱和固定箱中间，然后摇动手轮，移动箱慢慢靠近固定箱，当移动箱上的顶杆团接触复合材料机翼表面时，顶杆团此时被顶回移动箱内部，各个顶杆团上的顶杆随复合材料机翼伸出不同的长度，从而随着复合材料机翼表面形成一个曲面，之后插上针盘将移动箱上的顶杆团固定，接着移动移动箱和复合材料机翼往固定箱一侧运动，当固定箱上的顶杆团接触复合材料机翼表面时，顶杆团此时被顶回固定箱内部，各个顶杆团上的顶杆随复合材料机翼伸出不同的长度，从而随着复合材料机翼表面形成一个曲面，之后插上针盘将固定箱上的顶杆团固定，接着在进一步移动移动箱往固定箱一侧移动，夹住复合材料机翼，完成装夹，移动竖滑轨运动至原始位置，并将绳索缠起固定；

步骤4，关闭检测装置右端亚克力板，使加热管加热，对待测复合材料机翼进行加热，模拟不同温度的热环境；

步骤5，启动倾斜式液压升降机将风机上升到环境环境模拟机构中间板上部，开启风机和螺旋输送机，以实现风沙环境的模拟，通过倾斜式液压升降机使风机转换不同的角度和复合材料机翼配合形成多方向的风沙环境的模拟，由于在风机的作用下，沙子最终被吹到中间板左端的沙漏中进而流进收沙盘，从而实现沙子的循环使用；

步骤6，设定上述风沙-热环境的持续时长和强度，并确保在规定的时间内实现对待测复合材料机翼的热风沙模拟环境的准确提供，使复合材料机翼产生不同程度的损伤；关闭风机、加热管、螺旋输送机、激振机构和回转工作台，等待待测复合材料机翼的温度降至室温，并稳定30分钟以上；

步骤7，调节自动检测机构，使超声波探伤仪在空间中的任意位置移动，从而调节超声波探伤仪到达合适的位置；然后在无振动激励条件下，利用自动检测机构中的超声波探伤仪初步实现对待测有损伤的复合材料机翼的损伤情况进行检查，并将损伤数据传回至上位机进行存储和损伤定位分析；

步骤8，调节自动检测机构，使激光测振仪在空间中的任意位置移动，从而调节激光测振仪到达合适的位置，同时，开启激振机构和回转工作台，使得复合材料机翼跟随回转工作台一起旋转到合适的激振方向，并在激振机构的作用下产生振动，从而在某个振动激励强度下实现对复合材料机翼的振动激励；

步骤9，在某个激振激励强度，根据正弦扫频测试方法，利用自动检测机构中的激光测振仪在较大的频率范围内，获得待测有损伤的复合材料机翼的振动响应信号的频谱，通过峰值辨识方法获得待测有损伤的复合材料机翼的各阶固有频率，同时，通过比较峰值的大小的方式，来客观评价在某个振动激励强度下有损伤的复合材料机翼的动特性好坏；

步骤10，在某个振动激励强度，按照固有频率从低到高的方法依次激发复合材料机翼达到不同模态阶次对应的共振状态，然后控制自动检测机构上的激光测振仪进行扫描，使其完成沿待测损伤复合材料机翼多行多列的扫描测试，将扫描测试数据传回至上位机进行存储，即可根据激光扫描模态振型测试法依次获得有损伤的复合材料机翼的各阶模态振型数据，进而对各阶模态振型数据的幅值进行正则归一化处理，便可获得正则归一化后的各阶模态振型的测试数据，根据损伤定位原理可知，损伤结构在某位置处的刚度改变越大，即损伤程度越大时，在该处的振型曲率奇异性就会越明显，利用二维中心差分法对正则归一化模态振型的计算数据和测试数据进行处理，可分别获得相应的计算曲率振型数据和测试曲率振型数据，然后，将计算得到的未损伤复合材料机翼上每点对应的曲率振型值与测试得到的相同点的曲率振型值做差，通过获取绝对值的方法，便可得到损伤位置指数，即实现了某个振动激励强度下复合材料机翼的损伤定位；

步骤11，按照振动激励强度从小到大的原则，不断增加激励强度，在不同的振动激励强度下，待测有损伤的复合材料机翼会产生新的损伤和裂纹，此时重复步骤7-步骤10，在不同的振动激励强度下，对待测含不同的损伤和裂纹的复合材料机翼再次进行动特性和损伤测试，一方面帮助设计人员实现客观评价其动特性下降的趋势，另一方面，利用风沙-热环境下获得的复合材料机翼的损伤定位数据，帮助设计人员客观、量化地评估复合材料机翼在不同程度的风沙-热环境和振动激励条件下的损伤情况。