Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Диагностика дефектов органов управления самолетом по параметрам вибраций. Учебное пособие
.pdf
Re 0y
или Re 0y
или Re n = 0,
где n – перегрузка.
Система отображения позволяет наблюдать за сигналами датчиков,
установленных в характерных точках объекта испытаний, а также оценивать фазовые соотношения между возбуждающей силой (возбуждаемыми силами при многоточечном возбуждении) и колебаниями контролируемых точек конструкции. В состав системы отображения
входит многоканальное видеоконтрольное устройство (ВКУ) (телевизионный кинескоп). Опорный сигнал постоянной амплитуды от генератора гармонических сигналов подается на горизонтально отклоняющие пластины ВКУ. По отношению к возбуждающей силе опорный
сигнал имеет фазовый сдвиг 0
о
(или 90о). Сигналы с датчиков, пропорциональные скорости колебаний (перемещению или ускорению), поступают на вертикально отклоняющие пластины. В результате на
экране ВКУ мы наблюдаем фигуры Лиссажу. Размер фигур по вертикали пропорционален амплитудному значению скорости (перемещения
или ускорения) колебаний, относительная толщина петли дает представление о фазовом сдвиге между скоростью (перемещением
или
ускорением) колебаний и возбуждающей силой. Условие фазового резонанса соответствует моменту преобразования фигуры Лиссажу в
прямую линию.
Система отображения может быть устроена и таким образом, что
на экране ВКУ сигналы с датчиков отображаются не в виде фигур
Лиссажу, а в виде столбцовых диаграмм. Например, каждому сигналу
из выбранных двадцати датчиков
соответствуют два столбца диаграммы разной толщины. Высота широкого столбика соответствует значению мнимой составляющей скорости (действительной составляющей
перемещения или ускорения) сигнала датчика, а высота узкого столбика соответствует действительной составляющей скорости (мнимой составляющей перемещения или ускорения). Таким образом, когда высота широкого столбика обращается в нуль, а узкий
столбик имеет
наибольшее значение, наступает условие фазового резонанса.
Измерительно-вычислительный комплекс должен соответствовать
требованиям ОСТ 1 02561–85.
1.
Число каналов управления возбуждением колебаний – не более 32.
2.
Число каналов измерения колебаний – не более 512.
3.
Вычислительная часть ИВК должна иметь оперативную память и
накопитель на магнитном диске, обеспечивающие необходимые
11
вычислительные операции для обработки информации со всех каналов
измерения.
4.
Верхняя граница рабочего диапазона изменения амплитуды
напряжения управляющих сигналов должна быть равна 5 В.
5.
Нижняя граница рабочего диапазона изменения частоты управ-
ляющих сигналов должна быть не более 0,1 Гц.
6.
Верхняя граница рабочего диапазона изменения частоты управ-
ляющих сигналов должна быть не менее 1000,0 Гц.
7.
Нижняя граница рабочего диапазона изменения частоты первой
гармоники измеряемого сигнала должна быть не менее 0,3 Гц.
8.
Верхняя граница рабочего диапазона изменения частоты первой
гармоники измеряемого сигнала должна быть не более 500,0 Гц.
9.
Номинальное значение выходного сопротивления управляющих
каналов должно быть не более 50 Ом.
10.
Верхняя граница рабочего диапазона измерения амплитуды
напряжения измеряемого сигнала должна быть равна 5 В.
11.
Входное сопротивление измерительных каналов должно быть не
менее 1 МОм.
12.
Время установления параметров выходного сигнала по каналам
управления должно быть не более 0,3 периода.
13.
Время измерения синфазных и квадратурных составляющих
входных сигналов по каналам измерения должно быть не менее трех
периодов первой гармоники.
Подсистема возбуждения колебаний должна иметь различные типоразмеры электродинамических силовозбудителей (ЭДСВ, рис. 1.3) с
усилителями мощности (УМ). ЭДСВ – это непосредственные источники образования внешних возбуждающих сил, прикладываемых к испытываемой конструкции. Они преобразуют
ток, протекающий через его
подвижную катушку (находящуюся в постоянном магнитном поле), в
силу.
С помощью пружинной подвески корпус силовозбудителя подвешивается в специальной «корзине» так, чтобы собственная частота его
колебаний по любой координатной оси не превышала 2 Гц. Предусматривается также возможность непосредственной фиксации корпуса
в «корзине» или установки ЭДСВ на
жестких стойках-опорах. Собранный таким образом силовозбудитель может устанавливаться на стойкедомкрате и подсоединяться через специальную тягу к нужной точке
возбуждения колебаний (рис. 1.4).
12
Рис. 1.3. Электродинамические силовозбудители
Рис. 1.4. Подсоединение силовозбудителя
к точке возбуждения колебаний
13
При возбуждении вертикальных колебаний стойки-домкраты с
ЭДСВ устанавливаются на жесткие основания. Корпус силовозбудителя при частотах колебания до 10 Гц необходимо жестко устанавливать
на стойках-домкратах, а при более высоких частотах использовать
пружинную подвеску корпуса ЭДСВ.
При возбуждении горизонтальных колебаний с частотой выше
10 Гц установка силовозбудителей на стойках-домкратах целесообразна лишь при упругом закреплении корпуса. На более низких частотах
предпочтительнее маятниковый подвес ЭДСВ: силовозбудитель жестко закреплен на большом грузе (0,5…1,5 т), висящем, например, на
кране.
С максимальной силой ЭДСВ должен работать лишь в условиях
принудительного воздушного охлаждения, без него сила не должна
превышать 60 % максимального значения. Принудительное охлаждение может осуществляться
либо с помощью вентилятора, встроенного
в корпус ЭДСВ, либо от промышленной сети сжатого воздуха.
Для передачи силы от возбудителя к конструкции используют соединительные тяги. Они выполняются в виде упругих стержней или
стержня с двумя шарнирами на концах. Тяги должны обеспечивать
двунаправленную передачу силы. К объекту испытаний соединительные тяги
могут крепиться различными способами. Это, например, мо-
жет быть:
небольшая площадка, приклеиваемая с помощью специальной
липкой ленты. Достоинство этого способа соединения – практически
неограниченный выбор мест приложения сил, недостаток – низкая
надежность соединения;
крепление с помощью резьбового соединения. При этом способе
соединения используются места, где из силовых элементов возможно
временное (с последующим восстановлением) удаление отдельных
винтов и заклепок. В этих случаях конечное звено соединительной тяги дополняется соответствующим переходником.
Подсистема возбуждения колебаний должна соответствовать требованиям ОСТ 1 01064–88.
Подсистема измерения колебаний должна иметь набор виброизме
рительных преобразователей (ВИП) с измерительными усилителями. В
качестве виброизмерительных преобразователей используются датчики виброперемещений, виброскоростей и виброускорений. Наиболее
распространены следующие датчики.
Датчик перемещения. Индукционный датчик скорости представ-
ляет собой перемещающуюся в постоянном магнитном поле магнит-
-
14
ную катушку, в которой наводится ЭДС, пропорциональная скорости
колебаний.
Корпуса обоих видов датчиков устанавливают неподвижно на специальных стойках, не связанных с испытываемым объектом, а подвижные системы соединяют с объектом испытаний в точках измерений.
Датчики ускорения (пьезоэлектрические акселерометры, рис. 1.5).
Простота их установки на объекте испытания дает им неоспоримое
преимущество перед другими видами датчиков. При выборе типов датчиков учитывают их рабочий частотный диапазон и предполагаемые
величины виброперемещений испытываемого объекта.
Рис. 1.5. Датчики ускорения
Однотипность состава датчиков – условие желательное, но не необходимое. Программа испытаний может охватывать широкий частотный диапазон, в котором сигналы датчиков одного типа могут слишком сильно различаться амплитудными значениями, что неудобно.
Кроме этого форма сигнала претерпевает существенные изменения при
переходе от записи виброперемещения к записи или виброскорости,
или виброускорения.
Дело в том, что величина каждой помехи, входящей в спектр виброперемещения и являющейся гармонической составляющей при записи скорости, оказывается умноженной на значение
своей частоты, а при записи ускорения – на значение квадрата частоты.
Чем выше частота гармоники-помехи, тем она оказывается более выраженной в спектрах скорости и ускорения по
сравнению со спектром
сигнала перемещения. Например, при записи виброускорений может
оказаться, что либо сигналы с датчиков (на низких частотах) даже при
больших коэффициентах усиления будут очень малы, либо их форма
будет настолько «искажена» высшими гармоническими составляющими, что амплитудные и фазовые соотношения колебаний оценить будет невозможно. В таких случаях
дублируют измерения в характерных
15
точках с помощью датчиков другого вида, сигналы которых на данной
частоте выше или чище.
Подсистема измерения колебаний должна соответствовать требо-
ваниям ОСТ 1 01063–88.
Градуировочное оборудование включает стенды и образцовые
средства измерения для градуировки комплексов ЭДСВ-УМ и ВИП.
Образцовые преобразователи, выполненные на основе тензодинамометров с измерительными усилителями, должны иметь на базовой
частоте предел допускаемой основной погрешности не более
0,25 %.
Образцовые средства измерения должны иметь пределы допускаемых основных погрешностей не более
0,25 %.
Верхняя граница рабочего диапазона изменения амплитуды напряжения выходного сигнала измерительного преобразователя сил должна
быть равной 5 В.
Выходное сопротивление измерительного преобразователя должно
быть не более 10 Ом.
Стенды для градуировки рабочих виброизмерительных преобразователей должны иметь платформы для установки образцового акселерометра с группой рабочих акселерометров.
Число одновременно градуируемых акселерометров может
быть
равным 10.
В рабочем диапазоне частот амплитуды колебаний точек платформы на формах ее собственных колебаний не должны отличаться более
чем на 1 %.
Образцовые преобразователи виброускорений, выполненные на
основе образцовых акселерометров с усилителями заряда, должны
иметь на базовой частоте предел допускаемой погрешности не более
0,5 %.
Виброперемещение платформы калибровочного стенда с рабочими
акселерометрами
можно контролировать с помощью лазерного изме-
рителя перемещений или катетометра.
Технологическая оснастка описана в приведенных выше разделах и
в общем случае включает в себя:
1)
средства упругого вывешивания испытываемых конструкций и
электродинамических силовозбудителей;
2)
стойки с гидравлическими подъемниками для установки ЭДСВ;
3)
комплект соединительных тяг и приспособлений для крепления
подвижных штоков ЭДСВ к конструкции;
16
4) приспособления для фиксации штурвала, колонки и педалей са-
молета;
5) набор стремянок, лестниц и при необходимости настилы.
Перед началом испытаний оборудование системы должно быть
укомплектовано в соответствии с утвержденной программой испытаний конкретного изделия и проверено на функционирование. Управляющая и измерительные части ИВК должны подвергаться периодической поверке органами государственной метрологической службы и
быть аттестованы в соответствии с ОСТ 1.00422–81 и
ГОСТ Р8. 568–97,
а комплекты ЭДСВ-УМ и ВИП проградуированы (настроены на базовый коэффициент преобразования). По результатам метрологических
работ должны быть оформлены свидетельства по метрологической поверке ИВК и образцовых средств для градуировки ЭДСВ-УМ и ВИП, а
также протоколы градуировок (настроек) рабочих ВИП и комплексов
ЭДСВ-УМ.
Программное обеспечение
ИВК должно отвечать требованиям ОСТ
1 02665-88.
При построении фигур Лиссажу и фазовых портретов вынужденных колебаний следует учитывать, что для удаления высокочастотных
помех сигналы датчиков пропускаются через цифровые фильтры с задаваемой частотой среза. Частота среза фильтра существенно влияет
на форму исследуемого сигнала. В системе без дефектов в установившемся режиме
все точки совершают движение с частотой вынуждающей силы. При наличии дефектов в элементах конструкций возникают
затухающие колебания с частотой, значительно выше основной частоты. Частота этих сопровождающих колебаний зависит от местных параметров системы. Составляющие сигнала с более высокой, чем основная, частотой выбором соответствующей частоты среза фильтра
могут быть
отфильтрованы. Но при этом надо иметь в виду, что характеристика фильтра не является прямоугольной, коэффициент изменения амплитуды сигнала существенно зависит от частоты. Фильтр не
только сглаживает местные колебания, но и изменяет амплитуду возмущения (при прохождении люфта). При низкой частоте среза фильтра
на полученном сигнале могут совсем исчезнуть
нелинейные эффекты,
связанные с наличием люфта. В качестве иллюстрации этих рассуждений приведем две фигуры Лиссажу, полученные на одной и той же системе с применением фильтров с частотами среза 100 Гц и 50 Гц
(рис. 1.6).
17
Рис. 1.6. Фигуры Лиссажу для разных частот среза фильтра
При сопоставлении графиков видно, что фильтр не только отфильтровал местные колебания, но и существенно изменил начальную (при
прохождении люфта) амплитуду сигнала.
Подобная проблема возникает и при определении наименьшей
частоты опроса датчиков ускорений, позволяющей с достаточной точностью описать вносимые дефектами искажения фигур Лиссажу и фазовых портретов вынужденных колебаний.
Исследования показали,
что для частот колебаний органа управления до 50 Гц можно опрашивать датчики с частотой 10 кГц.
1.5. УСТАНОВКА ВИБРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Для измерения колебаний отклоняемой поверхности органа управления в качестве виброизмерительных преобразователей целесообразно использовать датчики виброускорений, так как они просты в установке на объекте испытаний и не требуют базы для отсчета измерений.
Количество виброизмерительных преобразователей должно обеспечить однозначную идентификацию вынужденных колебаний отклоняемой поверхности и всех элементов проводки
управления.
Датчики виброускорений крепятся непосредственно к поверхности
летательного аппарата в контрольных точках. Это крепление может
осуществляться с помощью специальной двусторонней липкой ленты,
клея типа «Циакрин», мастики, состоящей из 90 % пчелиного воска
(РТУ РСФСР 8023–64) и 10 % канифоли (ГОСТ 19113-73). Если частота колебаний ЛА не превышает 10 Гц, можно использовать пластилин.
Контрольные точки отклоняемой поверхности
назначаются в местах, подкрепленных силовыми элементами, и располагаются, как правило, вблизи задней кромки в корневых сечениях поверхности.
18
Контрольными точками проводки управления являются торцы всех
тяг и плечи качалок (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Установка датчиков виброускорений на тягах и качалках:
1 – тяга; 2 – качалка
Для определения перемещения штока демпфера относительно его
корпуса, сдвига фазы колебаний штока относительно фазы колебаний
отклоняемой поверхности и перемещения органа управления относительно планера летательного аппарата используются датчики виброперемещений любого типа.
1.6. ВОЗБУЖДЕНИЕ ВЫНУЖДЕННЫХ
И СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ
В процессе испытаний возбуждающая сила прикладывается к отклоняемой поверхности в так называемых характерных точках. Это
точки, в которых амплитуда колебаний вращения поверхности
наибольшая. Для органов управления в большинстве случаев – это
задние кромки.
В случае если параметры демпфирования органа управления определяются в режиме затухающих колебаний, то для увеличения точности
результатов запись затухающих колебаний полезно повторить,
19
начиная ее с различного значения амплитуд, но с таким выбором масштаба, чтобы начальные амплитуды имели примерно одинаковый размер (соответствующим подбором коэффициента усиления).
1.7. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ
И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ
К началу испытаний необходимо иметь акт, оформленный в установленной форме, о готовности летательного аппарата к полетам или
летным испытаниям.
На время резонансных испытаний летательного аппарата штурвал,
колонка (ручка управления) и педали должны быть жестко зафиксированы.
На время резонансных испытаний летательного аппарата допускается замена агрегатов и элементов бортового оборудования
на массово-габаритные макеты, что должно быть отмечено в акте о готовности
летательного аппарата.
Готовность сборки всего летательного аппарата должна быть такой, чтобы при установке снятых или замененных агрегатов летательный аппарат мог быть допущен к полету.
Снятие и установка агрегатов в перерывах процесса испытания
также должны быть
оформлены актом.
Экспериментальное определение частотных характеристик отклоняемых поверхностей летательных аппаратов заключается в определении частот их собственных колебаний вращения. Частоты собственных
колебаний определяются резонансным методом. Этот метод заключается в том, что к конструкции прикладывается синусоидальная возбуждающая сила, частота которой изменяется. При приближении частоты возбуждающей силы к частоте
собственных колебаний
конструкции, под которой понимается частота фазового резонанса, фазовый сдвиг между скоростью колебаний и возбуждающей силой или
синфазная составляющая ускорения приближаются к нулю. Наступает
явление фазового резонанса. В дальнейшем изложении термины «собственная частота» и «частота фазового резонанса» вращения органа
управления будем считать синонимами.
Экспериментальные методы определения характеристик
собственных колебаний основаны на допущении, что колебания исследуемой
реальной конструкции близки к колебаниям некоторой идеализированной линейной системы с эквивалентным входным трением (силы
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]