[发明专利]一种直升机旋翼复合载荷测试光纤布置和组桥方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于直升机载荷测量技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明采用的技术方案是：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：