Способ вибрационных испытаний сложной конструкции и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсиик

Соцналнстическиз

Республик (и 739976

Ф

Ъ

/ =-.. (6 I ) Дополиительиое к евт. саид-sy (22) Занвлеио 090276 (21) 2322874/25-28 (51) М д з с присоединением заявки ¹

С 01

С 01 с .>- gpr 7,/о2 о З оо (53) УДК"6"2 0 1 7,8 .""" « . 53 (088. 8) с ха я//ы.

Государственный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй (23) Г1риоритет

Опубликовано 151081 Бюллетень № 38

Дата опубликоваиин описания 1510.81 (72) Авторы изобретеиин

В.И. Смыслов, Е.А. Жаров, В.М. Язвин и Ю.А, «3

АБДТ

Г дГ . ) 1 (54) СПОСОБ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ СЛОЖНОЙ.„.

КОНСТРУКЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к технике механических испытаний, а именно к способам и устройствам для вибрационных испытаний сложных конструкций, например летательных аппаратов,служащим для определения параметров резонансов и форм собственных колебаний испытуемой конструкции, и может найти применение в авиастроении.

Поведение конструкции при вибрациях зависит c одной стороны, от внешних условий (приложенные силы, частоты, .точки приложения сил}, а с другой — от собственных параметров конструкции. Если в какой-либо точке конструкции приложить возмущающую силу произвольной формы, то реакция на нее (после разложения в ряд Фурье} будет являться суммой некоторого ряда синусоидальных форм колебаний, анализ 2О

"которой представляет значительные трудности. Поэтому обычно используют возмущающую силу гармонической синусоидальной форги, реакция на которую также имеет синусоидальный характер и достигает максимума, когда сила приложена в точке, где амплитуда наибольшая,и будет равна нулю, если она приложена в узловой точке. Однако выбор места приложения зфой 30 единственной возмущающей силы и ана- лиз полученной форщ очень сложны.

Известен способ вибрационных ис пытаний, по которому производят возбуждение гармонических колебаний конструкции двумя симметрично расположенными возмущающими силами. Такой способ позволяет йезавйсимо йсст1Едо- вать симметричные и несимметричные формы и особенно пригоден для конструкций, имеющих плоскость симметрии (1) .

С помощью двухточечного возбуждения можно исследовать большинство сложных механических конструкций.Однако, если частоты собственных резонансов испытуемой кочструкции находятся в узком диапазоне частот или в высокочастотной области, такого возбуждения недостаточно для получения достоверных сведений о параметрах зтих резонансов. В зтом случае для выделения только одной формы при исключенчи остальных используют многоточечное возбуждение. Идеальное возбуждение было бы достигнуто при наличии бесконечного множества равномерно распределенных и рационально подобранных но величине сил, однако на практике ограничиваются конечным

739976 определенным количеством сил, размещенных в наиболее характерных точках испытуемой сложной конструкции.

Наиболее блиэким к предлагаемому по технической сущности и достигае мому результату является способ вибрационных испытаний сложной конструк- цйй, например летательного аппарата, по которому производят многоточечное возбуждение гармонических колебаний конструкции с помощью питаемых от одного управляемого синусоидальнбго генератора силовоэбудителей и,осуществляют резонансную настройку для выделения искомой формы колебаний, для чего управляют уровнем возбуждения отдельных силовоэбудителей и частотой возбуждения, формируя сигналы управления с помощью виброизмерительных преобразователей, которые устанавливают в точках возбуждения конст— рукции.

При этом предварительно устанавли-, вают общий уровень возбуждения,достаточно малый, чтобы избежать перегрузки конструкции, выбирают опорную точку возбуждения, в которой вычисленное произведение массы на амйлитуду колебаний максимально для исследуемой формы колебаний, подают сигнал на силовозбудитель, присоединенный в опорной точке конструкции, и по сигналу виброиэмерительного преобразователя в этой точке регулируют частоту возбуждения до момента достижения резонанса, затем последовательно включают силовозбудители в остальных точках, управляя уровнем возбуждения отдельных силовозбудителей и частотой возбуждения до тех пор, пока во всех точках не будет достигнут резонанс.

Критерием резонанса служит определенный (в зависимости от измеряемого параметра вибрации) угол сдвига фаз между возмущающей силовой и виброскоростbro (зиброперемещеHиемр Вибро ско рением) в точке возбуждения. В автоматическом режиме сигнал управления формируется путем сравнения фазы сигнала виброизмерительного преобразователя с фазой опорного сигнала.

Устройство для осуществления этого способа содержйт последовательно включенные управляемый синусоидальный генератор, блок регулировки общего уровня возбуждения, параллельные каналы возбуждения с регулятором уровня и силовозбудителем в каждом канале, виброизмерительные преобраэоватейи по числу каналов и подключенные к преобразователям цепи формирования сигналов управления, в которые включены фазовые детекторы (2) .

Использование фазового критерия резонанса не всегда приводит к желаемому рЕзультату. Это обьясняется

"тем, что колебание точки, в которой койтролируется упомянутый ранее сдвиг фаз, не всегда характеризует колебания всей конструкции. В тех случаях, когда амплитуда колебаний заметно влияет на частоту, процесс регулировки возбуждающих сил искажается влиянием нелинейности конструкции, т.е. полученное удовлетворительное распределение сил для одного уровня колебаний может быть иепригодным для другого уровня. Подстройка частоты по сдвигу фаз только в опорной точке не всегда определяет правильность подбора уровня и фазы возбуждающих сил в других точках возбуждения, так как требуемый сдвиг фаз в опорной точке может быть получен при некотором случайном, не характеризующем данную форму колебаний распределении уровней и фаз воэбуждающих сил, Цель изобретения — повышение точности испытаний.

Это достигается тем, что сигналы управления формируют в виде синфазной и квадратурной составляющих суммы приведенных к одному знаку сигналов виброизмерительных преобразователей и в виде суммы квадратов квад- ратурных или синфазных составляющих сигналов вибрбизмерительных преобра зователей, с помощью первых двух сигналов управляют общим уровнем и частотой возбуждения так, чтобы синфазная составляющая была постоянной, а квадратурная равна О, или наоборот, а уровнем возбуждения отдельных силовозбудителей управляют до обеспечения минимизации суммы квадратов квадратурных или синфазных составляющих сигналов виброизмерительных преобразователей, и достижение минимизации принимают за критерий окончания резонансной настройки, Устройство для осуществления способа имеет две цепи формирования сигналов управления, одна из которых содержит последовательно включенные сумматор, синхронный детектор, один выход которого соединен с управляющим входом синусоидального генератора, а другой - с управляющим входом блока регулировки общего уровня возбуждения, и выборочно включаемые между сумматором и виброиэмерительными преобразователями фазоинверторы, а другая цепь формирования содержит последовательно подключенные к виброиэмерительным преобразователям синхронные детекторы, квадраторы и второй сумматор, Это Устройство может быть снабжено также оптимизатором, вход которого подключен к выходу второго сумматора, а выходы — к управляющим входам регуляторов уровня.

На чертеже представлена блок-схе.ма устройства для осуществления способа.

Устройство содержит последовательно включенные управляемый синусоидальный генератор 1,.блок 2 регули739976

Формула изобретения ровки общего уровня возбуждения, параллельные каналы возбуждения, в каждом из которых имеется регулятор 3 уровня и силовозбудители 4, устанавливаемые в точках возбуждения испытуемой конструкции 5 виброизмерительные преобразователи б по числу каналов возбуждения и подключенные к преобразователям б две цепи формироI вания сигналов управления. Одна из цепей формирования содержит последовательно включенные сумматор 7, синх-., ронный детектор 8,один выход которого соединен с управляющим входом блока 2 регулировки общего уровня возбуждения, а другой выход — с управляющим входом генератора 1, и фазоинверторы

9, выборочно включаемые между сумматором 7 и преобразователями 6 с помощью переключателей 10. Другая цепь формирования содержит последовательно подключенные к преобразова- 20 телям 6 синхронные детекторы 11,квадраторы 12 и второй сумматор 13, выход которого может быть соединен с управляющими входами регуляторов 3 через оптимиза — îð 14. 25

Способ испытаний осуществляется следующим образом.

С помощью блока 2 устанавливают общий уровень возбуждения. Выбирают опорную точку возбуждения. Подают сигнал на силовозбудитель 3 в опорной точке конструкции 5 и по сигналу преобразователя 6, установленного в этой точке, регулируют частоту генератора

1 так, чтобы сигнал виброскорости был в фазе с силой. Затем подают сигнал на все силовозбудители 4.

С помощью сумматора 7 формируют суммарный сигнал, предварительно приводя к одному знаку синфазные состав- 40 ляющие сигналов преобразователей б с помощью фазоинверторов 9. С помощью синхронного детектора 8 раскл цывают суммарный сигнал на синфазную составляющую (т.е. находящуюся в фазе с опорным сигналам) и квадратурную составляющую (т.е. сдвинутую на

90 по отношению к опорному сигналу).

Падают синфазную составляющую на блок 2 и, изменяя общий уровень возбуждения, поддерживают неизменной величину синфазной составляющей, т.е. поддерживают постоянным уровень колебаний конструкции 5. Подают квадратурную составляющую на генератор 1 и, изменяя частоту возбуждения, поддерживают нулевым уровень квадратурной составляющей, т.е. обеспечивают нулевой сдвиг фазы виброскорости по отношению к фазе возбуждающей силы. Формируют минимизируемый сигнал, для че- gg

ro c помощью синхронных детекторов 11 выделяют квадратурные составляющие сигналов преобразователей 6, возводят их с помощью квадраторов 12 в квад. рат, чтобы избавиться от знака сигна- д ла, а затем суммируют полученные сигFI B JIbl

Уровень возбуждения в отдельных каналах регулируют с помощью регуляторов 3 уровня так, чтобы уменьшилась величина минимизируемого сигнала. Это можно осуществить ручной регулировкой с наблюдением величины минимизируемого сигнала по показанию вольтметра (на чертеже не показан), подключенного к выходу сумматора 13, или же автоматически с помощью оптимизатора 14.

Процесс продолжается до тех пор, пока минимизируемый сигнал не достигнет наименьшего возможнога уровня (в пределе нуля).

При использовании преобразователей перемещения или ускорения вместо преобразователей скорости минимизируемый сигнал формируется как сумма синфазных составляющих,, а знаки слагаемых сум 1арного сигнала определяются знаками квадратурных составляющих.

Соответственно, уровень колебаний поддерживается по квадратурйой,, а частота — по синфазной составляющей суммарного сигнала.

Предложенныи способ испытаний сложных механических конструкций и устройство для его осуществления позволяют выделить тон колебаний нелинейнои системы значительно быстрее, надежнее и качественнее, благодаря введению в процесс разработанных и теоретически обоснованных критериев регулировки, таких как критерий изменения частоты возбуждения и критерий изменения общего уровня возбуждения, а также критерия оптимальности.

Использование способа и устройства для его осуществления обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение точности резулыатов испытаний, что приводит к созданию более совершенных и качественных испытуемых конструкций, значительно сокращается время подбора оптимального режима испытаний, а, следовательно,- уменьшаются сроки проведения испытаний, кроме того, создается воз-. можность полной автоматизации испытаний, а также исключается вероятность разрушения конструкции в процессе испытания за счет ограничения уровня колебании, что позволяет обходиться при испытаниях минимальным количеством дорогостоящих конструкций.

1. Способ вибрационных испытаний сложной конструкции, например летательного аппарата, по которому производят MHGIоточечное возбуждение гармонических колебаний конструкции с помощью питаемых от одного управляемого синусоидального генератора

739976

ПИ Эаказ9178/37 ж 910 Подписное -- -лт « -..»--- " силовозбудителей и осуществляют резонансную настройку для выделения

Искомой формы колебаний, для чего управляют уровнем возбуждения отдельнйх силовозбудителей и частотой возl буждейия, формируя сигналы управления с помощью виброизмерительных преобразователей, которые устанавливают в точках возбуждения -конструкции, - - о т"л и ч а ю шийся тем,,что,с целью повышения точности испытаний, сигналы управления формируют в виде синфазной и квадратурной составляющих суммы приведенных к одному знаку сигналов виброизмерительных преобразователей и в виде суммы квадратов квадратурных или синфазных составляюtarn сигналов виброиэмерительных преобразователей, с помощью первых двух сигналов управляют общим Уровнем и частотой возбуждения так, чтобы синфазная Составлякй1ая была постоянной, Щ а квадратурная равйа О, или наоборот, а уровнем возбуждения отдельных сило вбзбудителей управляют до обеспече" "ния минимизации суммы квадратов квадратурных или синфазных составляющих

cHI налов виброизмерительных преобразователей, и достижение минимизации прийимают за критерий окончания ре" -зсУнансной настройки.

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее после довательно включенные управляемый синусоидальный генератор, блок регулировки общего уровня возбуждения и параллельные каналы возбуждения с регулятором уровня и силовозбудителем в каждом канале, виброиэмерительные преобразователи по числу каналов и подключенные к преобразователям цепи формирования сигналов управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно имеет две цепи формирования сигналов управления, одна из которых содержит последовательно включенные сумматор, синхронный детектор, один выход которогО соединен с управляющим входом синусоидального генератора., а другой - с управляющим входом блока регулировки общего уровня возбуждения, и выборочно включаемые между сумматором.и виброизмерительными преобразователями фазоинверторы,а другая цепь формирования содержит последовательно подключенные к виброизмерительным преобразователям синхрон-, ные детекторы, квадраторы и второй сумматор.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что бно снабжено оптимизатором, .вход которого подключен к выходу второго сумматора, а выходы — управляющим входам регуляторов уровня.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3.477.281. кл. 73-71.6, 1969.

2. Экспериментальная техника и методы вибрационных испытаний конструкций летательных аппаратов. Обзоры. Переводы. Рефераты. ЦАРИ, 1973, 9 431, с. 31-33 (прототип).

Фйлиал ППП Патент, r,Óæãîpoä ул.Проектная 4