本發(fā)明屬于直升機(jī)旋翼載荷識(shí)別，具體提出了一種基于光纖光柵傳感器的直升機(jī)槳葉揮舞和擺振解耦位置的測(cè)定方法。

背景技術(shù)：

1、在直升機(jī)的研發(fā)過(guò)程中，旋翼載荷的測(cè)量是一個(gè)關(guān)鍵性步驟。由于槳葉翼型的差異，以及旋翼自身運(yùn)動(dòng)的特殊性，在研究載荷與變形時(shí)，面臨以下挑戰(zhàn)：揮舞載荷會(huì)引起擺振方向上的應(yīng)變響應(yīng)，而擺振載荷也會(huì)在揮舞方向產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)致耦合問(wèn)題的出現(xiàn)。為了揭示載荷與應(yīng)變之間的具體關(guān)系，必須對(duì)耦合關(guān)系進(jìn)行分離。

2、針對(duì)直升機(jī)槳葉載荷的解耦與標(biāo)定試驗(yàn)，傳統(tǒng)方法主要依賴(lài)應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量。然而，應(yīng)變片的尺寸局限使得測(cè)得的應(yīng)變值只能反映局部區(qū)域的平均狀態(tài)，難以獲取槳葉表面復(fù)雜的應(yīng)變分布，尤其是在高應(yīng)力梯度區(qū)域。此外，應(yīng)變片采用單點(diǎn)測(cè)量模式，每個(gè)應(yīng)變片需通過(guò)兩根導(dǎo)線(xiàn)與應(yīng)變儀連接，這不僅增加了測(cè)試系統(tǒng)的復(fù)雜性，還對(duì)結(jié)構(gòu)造成額外的重量負(fù)擔(dān)，特別是在需要布置多點(diǎn)測(cè)量的場(chǎng)景中，影響更加顯著。更為重要的是，作為基于電信號(hào)的測(cè)量裝置，應(yīng)變片在復(fù)雜的電磁環(huán)境下容易受到外部干擾，導(dǎo)致信號(hào)失真。目前，光纖光柵傳感器現(xiàn)已逐步應(yīng)用于直升機(jī)槳葉載荷的解耦與標(biāo)定試驗(yàn)。相較于傳統(tǒng)電測(cè)量技術(shù)，光纖光柵傳感器依賴(lài)光信號(hào)進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量，完全不受電磁干擾的影響，具備優(yōu)越的抗干擾性能。此外，光纖光柵傳感器能夠通過(guò)串聯(lián)方式部署，一根光纖可串接數(shù)十個(gè)傳感器，極大簡(jiǎn)化了布線(xiàn)難度，并顯著減輕了測(cè)量系統(tǒng)的重量。特別值得強(qiáng)調(diào)的是，光纖光柵傳感器尺寸極其微小，直徑約為250微米，最小長(zhǎng)度可以控制在3毫米以?xún)?nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的應(yīng)變測(cè)量，尤其適合監(jiān)測(cè)高應(yīng)力梯度區(qū)域的應(yīng)變變化情況，并實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分布式監(jiān)測(cè)。

3、直升機(jī)槳葉載荷解耦的關(guān)鍵在于精確定位槳葉表面僅受單一載荷影響的位置。由于現(xiàn)代直升機(jī)槳葉通常采用各向異性的復(fù)合材料，并輔以蜂窩結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的材料力學(xué)理論和有限元仿真難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)解耦位置。在實(shí)際工程中，往往依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)性的試錯(cuò)法來(lái)確定解耦位置，但這種方法效率低、成本高，尤其對(duì)于弦長(zhǎng)較短的槳葉，解耦位置的準(zhǔn)確定位更具挑戰(zhàn)性，難以實(shí)現(xiàn)有效判斷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對(duì)直升機(jī)槳葉載荷解耦位置測(cè)定難度大、效率低、成本高的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于光纖光柵傳感器的直升機(jī)槳葉揮舞與擺振載荷解耦位置測(cè)定方法。該方法首先在槳葉特定剖面的上下表面均勻布置光纖光柵傳感器，然后對(duì)槳葉施加特定的揮舞和擺振載荷，記錄傳感器測(cè)得的應(yīng)變值。接著，采用克里金法對(duì)槳葉上下表面的等間距點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)變值插值估算。最后，通過(guò)遍歷插值結(jié)果，進(jìn)行全局搜索，找出耦合系數(shù)最小的位置組合，從而精準(zhǔn)定位解耦位置。

2、技術(shù)方案：為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、直升機(jī)槳葉揮舞與擺振解耦位置的光纖光柵傳感器測(cè)定方法，包括以下步驟：

4、步驟一：在待測(cè)直升機(jī)槳葉上選取一個(gè)剖面，分別在槳葉上下表面等距平行粘貼個(gè)光纖光柵傳感器，上表面的光纖光柵傳感器坐標(biāo)為：

5、（1）

6、下表面的光纖光柵傳感器坐標(biāo)為：

7、（2）

8、步驟二：對(duì)槳葉施加垂直弦線(xiàn)的揮舞載荷，方向由上表面指向下表面，作用點(diǎn)為槳葉1/4弦線(xiàn)處，記錄上表面?zhèn)€光纖光柵傳感器測(cè)量得到的應(yīng)變?yōu)椋?/p>

9、（3）

10、記錄下表面光纖光柵傳感器測(cè)量得到的應(yīng)變?yōu)椋?/p>

11、（4）

12、步驟三：根據(jù)式（1）（3）和式（2）（4），采用克里金法對(duì)槳葉上下表面相距1mm的點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)變插值；得到揮舞載荷下的上表面的應(yīng)變插值集合、下表面的應(yīng)變插值集合；

13、步驟四：對(duì)直升機(jī)槳葉加載與弦線(xiàn)重合的擺振載荷，方向由前緣指向后緣；重復(fù)步驟二和步驟三，使用克里金插值算法獲得擺振載荷下的應(yīng)變插值集合，上表面為，下表面為；

14、步驟五：構(gòu)建解耦系數(shù)評(píng)估函數(shù)，分別為擺振-揮舞解耦系數(shù)，如式（8）所示，揮舞-擺振解耦系數(shù)，如式（9）所示：

15、（8）

16、（9）

17、（10）

18、其中，擺振-揮舞解耦系數(shù)用于評(píng)估在揮舞載荷作用下擺振傳感器的解耦位置；揮舞-擺振解耦系數(shù)用于評(píng)估在擺振載荷作用下?lián)]舞傳感器的解耦位置；對(duì)擺振-揮舞解耦系數(shù)和揮舞-擺振解耦系數(shù)求和得到式（10）的解耦系數(shù)評(píng)估函數(shù)，該函數(shù)值越小則代表越接近理想解耦位置；

19、步驟六：在揮舞載荷和擺振載荷作用下，遍歷通過(guò)克里金法插值得到的槳葉上下表面應(yīng)變數(shù)據(jù)集合，并將其代入公式（8）和公式（9），計(jì)算各解耦位置組合對(duì)應(yīng)的解耦系數(shù)評(píng)估函數(shù)值；對(duì)所有組合的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行升序排列；剔除不合理的組合后，排序首位的組合即為最終確定的揮舞與擺振解耦位置。

20、本發(fā)明首先在槳葉特定剖面的上下表面均勻布置光纖光柵傳感器，然后對(duì)槳葉施加特定的揮舞和擺振載荷，記錄傳感器測(cè)得的應(yīng)變值。接著，采用克里金法對(duì)槳葉上下表面的等間距點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)變值插值估算。最后，通過(guò)遍歷插值結(jié)果，進(jìn)行全局搜索，找出耦合系數(shù)最小的位置組合，從而精準(zhǔn)定位解耦位置。

技術(shù)特征：

1.一種直升機(jī)槳葉揮舞與擺振解耦位置的光纖光柵傳感器測(cè)定方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
一種基于光纖光柵傳感器的直升機(jī)槳葉揮舞和擺振解耦位置的測(cè)定方法，包括以下步驟：在直升機(jī)槳葉待測(cè)剖面上下表面，自槳葉前緣向后緣均勻平行粘貼若干光纖光柵傳感器；對(duì)槳葉分別加載揮舞和擺振彎矩，測(cè)量得到與之對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值；根據(jù)傳感器位置及其應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)，采用克里金插值法在相同間距的點(diǎn)位上進(jìn)行插值，獲得對(duì)應(yīng)空間位置的估計(jì)值；建立擺振/揮舞和揮舞/擺振解耦系數(shù)評(píng)估函數(shù)；對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行全局遍歷，計(jì)算評(píng)估函數(shù)值并進(jìn)行排序，最終確定解耦位置。

技術(shù)研發(fā)人員：李立早,曾捷,朱洋洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2