用于旋转状态桨叶的激励装置

1.本发明涉及直升机桨叶模态试验技术领域，具体是一种用于旋转状态桨叶的激励装置。


背景技术：

2.直升机是一种有一个或多个旋转的旋翼提供向上升力和推进力而进行飞行的航空器。具有大多数固定翼航空器所不具备的垂直升降、悬停、小速度向前或向后飞行的特点。
3.旋翼是直升机等旋翼航空器的主要升力部件，旋翼激振力随飞行速度的增大而显著增大，在速度很大时，往往是振动限制了直升机的最大速度，使发动机的功率得不到充分的发挥。到目前为止，直升机的研究之所以落后于固定翼飞机，很大程度上是对直升机旋翼的动力学和流场的认识不够充分。因此，对旋翼进行动力学测试对提升直升机性能具有决定性影响。
4.对直升机奖叶进行模态测试，拟得到其模态参数（频率、阻尼和振型），可以为其动力学分析提供指导。模态测试的激励方式主要有锤击法和激振器法，传感器的选择主要有加速度传感器和电阻式应变片。由于力锤移动方便，不影响试件的动态特性，因此，锤击法通常适用于简单的线性结构（部件级），不适用于非线性结构。激振器测试激励能量更大，分布更均匀，获得的数据质量更高，所以，通常用于大型复杂结构，且是研究非线性的唯一方法。但是激振器难于安装，操作复杂，存在附加影响。所以对于小型小刚度桨叶，一般采用锤击法，而大型大刚度桨叶则采用激振器激励。直升机桨叶设计过程中，需要使桨叶在工作转速下的固有频率与工作转速的频率避开，否则桨叶会在工作转速下发生共振，共振状态下的桨叶极易损坏，寿命大幅降低，但无论选择何种方式都是对静止的桨叶进行模态试验，得到转速为0状态下桨叶的固有频率，然后利用公式计算出各工作转速下桨叶的固有频率，即用上述方法得到的工作转速下桨叶的固有频率都是理论值，目前尚无较好办法获得工作转速下桨叶的实际固有频率。另外有一种方式是在桨叶上布置应变片，并将离线数据采集仪固定在桨毂上随同桨叶一起旋转，虽然此种方式可以采集到旋转状态下桨叶的应变情况，但是由于只有气动激励，多数情况下由于气动激励过而使得实验效果不佳，从而难以获得桨叶工作状态下的实际固有频率。


技术实现要素：

5.本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种用于旋转状态桨叶的激励装置，可以对工作状态下的小尺寸桨叶进行激励，获得桨叶工作状态下的模态参数，并可与静止状态下的试验结果进行对比，以此指导桨叶设计，或对所设计的桨叶进行气动特性验证。
6.本发明包括通过锤臂连接的锤头和夹具。所述夹具包括夹座以及在夹座上水平滑动的两个钳子；所述锤头包括电机、齿条、不完全齿和弹簧，电机转动带动不完全齿，不完全齿有齿部分与齿条啮合时，齿条向下运动，弹簧被压缩，当电机继续转动带动不完全齿无齿
部分转至齿条一侧时，弹簧恢复原状将齿条向上顶起，锤头敲击桨叶，对桨叶进行激励。
7.进一步改进，所述夹具中，夹座上开有滑槽，两个钳子在滑槽上滑动，两个钳子之前设置有穿过钳子的螺柱，当钳形夹具内侧部分与转轴相贴时，用螺母和螺柱将两个钳子锁紧。
8.进一步改进，所述的钳子包括第一钳子和第二钳子，第一钳子上连接有第一螺柱和第二螺柱，第二钳子对应部位留有孔洞，供第一钳子上的第一螺柱和第二螺柱穿过。
9.本发明有益效果在于：1、可以对工作状态下的小尺寸桨叶进行激励，获得桨叶工作状态下的模态参数，并可与静止状态下的试验结果进行对比，以此指导桨叶设计，或对所设计的桨叶进行气动特性验证。
10.2、现有技术通常是在静止状态测量桨叶模态参数，并通过公式将0转速下的模态参数转换到工作转速的模态参数，无法对桨叶的设计提供明确有效的指导也无法有效验收所设计桨叶的气动特性，往往后期需要进行进一步的风洞试验，本发明可以对旋转状态的桨叶直接进行激励，与应变片以及数据采集系统相结合可以直接由实验测得工作状态下的桨叶模态参数，以此可以简化小型实验流程，缩短小型桨叶设计周期。
11.3、桨叶发生气动变形时，本发明设计当弹簧处于自由状态时，齿条上端到边框的距离需比子弹型锤头到桨叶的距离多3-5cm，在弹簧被压缩后恢复原状并将齿条向上弹起时，具有一定质量的锤头能在惯性作用下继续向上运动，以此实现对有气动变形的旋转桨叶的有效激励。
12.4、激励范围，电机是本发明激励动力来源，激振频率与电机的转速对应，若使用的电机转速范围是0-300rpm，则本发明可以实现50hz以内的激励。
13.5、本发明可以更换激励频率提高实验效率使用本发明进行激励时，如要改变激励频率，可以利用电调改变电机转速也可以直接更换电机。
14.6、本发明锤臂部分也可以设计成能够伸缩的结构以此来更高效率地完成对桨叶不同位置的激励。
15.7、本发明的同一锤臂可以与多种大小的钳子相互配套使用，钳子大小易于更换，可以适应多种半径的旋转轴。也可以设计成可以自适应不同半径旋转轴的结构，以省去加工多套钳子的人力物力成本，同时适用于不同尺寸的旋转轴，提高实验效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
17.图1是本发明安装完成后的整体轴测图。
18.图2是本发明轴测图。
19.图3是夹具部分详细图解。
20.图4是锤头部分详细图解。
21.图中，夹具1，锤臂2，锤头3，电机4，第一钳子5，第二钳子6，第一螺柱7，第二螺柱8，
夹座9，弹簧10，齿条11，不完全齿12。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明一种具体实施如图1和图2所示，包括通过锤臂2连接的锤头3和夹具1。本发明工作时，夹具夹紧转轴以实现和桨叶的同步转动，使锤臂以及锤头始终位于桨叶下方，使锤头可在桨叶旋转时仍可对桨叶上同一位置进行激励，锤臂连接锤头与夹具，锤头对桨叶进行激励的动力来源为电机。
24.所述夹具如图3所示，包括夹座以及在夹座上水平滑动的两个钳子，夹具中，夹座上开有滑槽，两个钳子在滑槽上滑动。所述的钳子包括第一钳子5和第二钳子6，第一钳子上连接有第一螺柱7和第二螺柱8，第二钳子对应部位留有孔洞，供第一钳子上的第一螺柱7和第二螺柱8穿过。当两钳子滑动至内部弧形结构与转轴相接触时，使用螺母将两个钳子相互固定锁紧，此时夹具即抱紧转轴，可以实现机构整体与桨叶同步旋转。
25.所述锤头如图4所示，包括电机4、齿条11、不完全齿12和弹簧10，电机转动带动不完全齿，不完全齿有齿部分与齿条啮合时，齿条向下运动，弹簧被压缩，当电机继续转动带动不完全齿无齿部分转至齿条一侧时，弹簧恢复原状将齿条向上顶起，锤头敲击桨叶，对桨叶进行激励。
26.弹簧13处于自然状态时，齿条上端距离边框仍具有一定距离，这是为了在弹簧10恢复原状将齿条11向上弹起时，具有一定质量的锤头能在惯性作用下继续向上运动，以实现对桨叶的有效激励。基于以上设计，当弹簧10处于自由状态时，齿条11上端到边框的距离需比子弹型锤头到桨叶的距离多3-5cm，以此保证当桨叶达到一定转速具有一定气动变形时，本发明仍可对桨叶进行有效激励。
27.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，以上所述仅是本发明的优选实施方式，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对于本技术领域的普通技术人员来说，可轻易想到的变化或替换，在不脱离本发明原理的前提下，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。