[发明专利]直升机桨叶挥舞与摆振弯矩分布式光纤解耦测量方法

说明书

本发明公开了一种直升机桨叶挥舞与摆振弯矩分布式光纤解耦测量方法，包括以下步骤：计算直升机桨叶截面静矩和计算桨叶剖面惯性矩；根据基尔霍夫中性层假设原理，初步选取挥舞/摆振弯矩对应的大致解耦节点位置。在该解耦节点位置沿桨叶展向粘贴分布式光纤光栅传感器；通过对直升机桨叶施加挥舞/摆振载荷，计算得到桨叶弦向任意位置对应的应变值；将应变值进行拟合，选择该拟合曲线应变值为零时所对应的坐标位置。将该坐标位置选作为直升机桨叶挥舞/摆振弯矩对应的解耦节点。本方法能够快速准确确定直升机桨叶挥舞/摆振弯矩解耦节点关键位置，能够实现对不同形式挥舞/摆振弯矩作用下直升机桨叶不同方向应变的准确测量。

技术领域

本发明属于结构健康监测的弯矩监测技术领域，具体提出了一种基于基尔霍夫中性层原理的直升机桨叶挥舞与摆振弯矩解耦以及光纤传感器布局方法。

背景技术

桨叶类机械是航空航天行业的关键设备，近年来，随着研究的深入，桨叶类机械性能不断提高，不断向高速、重载、髙效、高可靠性方向发展，因此对机械系统的要求也越来越高。桨叶作为直升机的核心部件，是主要的承力对象，桨叶的损坏事故(裂纹、折断等)，绝大部分是由于振动引起的，如直升机桨叶的挥舞运动、摆振运动等。因此对直升机桨叶状态进行监测是评估设计优劣、机械损伤动态监测、机械故障诊断、预测的重要方法。

目前，国内外针对结构变形状态监测方法的研究主要包括光电式测量系统和非光电式测量系统，其中光电式包括摄影测量法、摄像测量法、激光跟踪仪等；非光电式包括应变传感器、加速度传感器、位移传感器、光纤传感器等。光电式测量系统一般以影像捕捉和激光扫描跟踪为主，在目标结构给定位置上布置目标点或光源，测量系统以成像的方式感知目标点或光源，根据距离修正原理、反射原理和摄影测量原理，通过坐标转换得到目标点的空间位置，响应速度快，精度高。但该类方法只适用于外形比较平整、形式比较简单的结构，抗外界干扰能力比较差，对于大变形的柔性结构，光线传输易受影响，测量系统的可靠性很难保证。非光电式测量系统主要以接触式的测量方式为主，以应变信息或曲率信息为基础，适应较复杂的结构，可以直接将传感器嵌入到结构材料中，测量性能稳定。接触式的测量方式适应较复杂结构的形变重构，测量性能比较稳定。

因此，针对直升机桨叶工作环境恶劣，外界干扰较多的特点，选择使用非光电的接触式测量方法，并且选择相对先进且技术日趋成熟的光纤布拉格光栅传感器为测试元件，与传统传感器相比，光纤光栅传感器具有极高的灵敏度和精度，并且本征安全、抗电磁干扰强、绝缘强度高、体积小、频带宽。由于桨叶剖面的不对称性，在实际弯矩状态监测过程中挥舞弯矩和摆振弯矩会存在耦合问题，针对目前桨叶弯矩状态监测方法的不足，需要研究无需大量先验知识，能够适用于采样频率较低的常规光纤光栅解调仪，简单快速、方便可靠、实用性强的新方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于基尔霍夫中性层原理的直升机桨叶挥舞与摆振弯矩解耦以及光纤传感器布局方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种直升机桨叶挥舞与摆振弯矩分布式光纤解耦测量方法，包括以下步骤：

步骤一、根据直升机桨叶形状计算直升机桨叶剖面椭圆部分的静矩；

步骤二、根据静力学力矩定理计算桨叶剖面形心位置，根据形心位置确定桨叶剖面主坐标系，并根据所确定坐标系计算剖面惯性矩；

步骤三、根据基尔霍夫中性层假设原理，初步选取挥舞/摆振弯矩对应的大致解耦节点位置，在该解耦节点位置沿桨叶展向粘贴光纤光栅传感器，光纤光栅传感器轴向方向应与桨叶展向方向一致；