СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСТИМОЙ СКОРОСТИ НЕСУЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК G01M5/00 G01N3/32 

Изобретение относится к способам исследования упругих свойств конструкций и может быть использовано для определения трещин или пробоин в конструкции летательного аппарата в полете.

Наиболее близким к изобретению является способ определения допустимой скорости несущей поверхности летательного аппарата, основанный на дискретном возбуждении в исследуемой несущей плоскости колебаний в диапазоне ее собственных частот на разных скоростях полета летательного аппарата и изменении ее изгибных колебаний за период наблюдения (Пьяцолли Г. Методы и техника вибрационных испытаний в полете. - «Аэронавтика и астронавтика», 1973, № 40, с.62-63 (прототип)).

Наиболее близким к изобретению является устройство определения допустимой скорости поверхности летательного аппарата, содержащее несущую поверхность летательного аппарата, возбудитель импульсных колебаний, датчик изгибных колебаний, регистратор, причем возбудитель импульсных колебаний механически связан с исследуемой несущей поверхностью, на которой размещены датчики изгибных колебаний, выходы которых соединены с входами регистратора наблюдения (Пьяцолли Г. Методы и техника вибрационных испытаний в полете. - «Аэронавтика и астронавтика», 1973, № 40, с.62-63 (прототип)).

Недостатком данного способа и устройства является невозможность определения момента появления трещины или пробоины и обеспечения информации о достижении околопредельных значений допустимой скорости несущей поверхности в полете.

Цель изобретения - предупреждение аварийной ситуации на летательном аппарате при определении допустимой скорости несущей поверхности в полете в случае появлении трещины или пробоины.

Для достижения цели изобретения в способе определения допустимой скорости несущей поверхности летательного аппарата, основанном на дискретном возбуждении в исследуемой несущей поверхности колебаний в диапазоне ее собственных частот на разных скоростях полета летательного аппарата и измерении ее изгибных колебаний в период наблюдения, дополнительно определяют момент возникновения трещины или пробоины в исследуемой несущей поверхности на основе сравнения текущих значений собственных частот, полученных в разные интервалы времени, и измеряют крутильные колебания несущей поверхности одновременно с измерениями изгибных колебаний, определяют их взаимно корреляционную функцию в масштабе текущего времени и отношение произведения взаимно корреляционной функции на период наблюдения к удвоенному значению интеграла от взаимно корреляционной функции за время наблюдения, при этом допустимую скорость несущей поверхности летательного аппарата определяют при значении этого отношения меньше единицы.

Для достижения цели изобретения в устройство определения допустимой скорости несущей поверхности летательного аппарата, состоящей из несущей поверхности летательного аппарата, возбудителя импульсных колебаний, датчика изгибных колебаний, при этом возбудитель импульсных колебаний механически связан с исследуемой несущей поверхностью, на которой размещены датчик изгибных колебаний, дополнительно введены, датчик крутильных колебаний, датчик вибрации, коррелятор, множительное устройства, интегратор, первый, второй, третий, четвертый элементы И, запоминающее устройство, делитель, индикатор, первый, второй сдвиговые регистры, первый, второй, третий элементы И-НЕ, генератор импульсов, первый и второй счетчики, вычитающее устройство, причем выход возбудителя импульсных колебаний соединен с входом первого элемента И-НЕ, выходы датчиков крутильных и изгибных колебаний соединенные соответственно с первым и вторым входами коррелятора, третий вход которого соединен с выходом первого сдвигового регистра, а первый и второй выходы коррелятора соединены соответственно с входом интегратора и множительного устройства, выходы которых соединены через первый элемент И, запоминающее устройство, делитель со входом индикатора, второй вход множительного устройства и третий вход первого элемента И соединены с выходом первого сдвигового регистра, выход датчика вибрации через пороговое устройство соединено со входом второго сдвигового регистра, первый, второй, третий, четвертый выходы которого соединены соответственно с первым и через третий элемент И-НЕ со вторым входом третьего элемента И, с первым и через второй элемент И-НЕ со вторым входом второго элемента И, выход генератора импульсов соединен с третьими входами второго и третьего элементов И, выходы которых соединены через первый второй счетчик соответственно с первым и вторым входом вычитающего устройства, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, второй и третий входы которого соединены с выходом первого элемента И-НЕ и выходом генератора импульсов, а выход четвертого элемента И соединен с входом первого сдвигового регистра.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу является следующая совокупность действий.

1. Определяют момент возникновения трещины или пробоины в исследуемой несущей поверхности на основе сравнения текущих значений собственных частот колебаний, полученных в разные интервалы времени.

2. Измеряют крутильные колебания несущей поверхности одновременно с измерениями изгибных колебаний.

3. Определяют взаимно корреляционную функцию изгибных и крутильных колебаний в масштабе текущего времени.

4. Определяют отношение произведения взаимно корреляционной функции на период наблюдения к удвоенному значению интеграла от взаимно корреляционной функции за время наблюдения.

5. Определяют допустимую скорость несущей поверхности летательного аппарата при значении этого отношения меньше единицы.

Существенными отличительными признаками по устройству является датчик крутильных колебаний, датчик вибрации, коррелятор, множительное устройства, интегратор, первый, второй, третий, четвертый элементы И, запоминающее устройство, делитель, индикатор, первый, второй сдвиговые регистры, первый, второй, третий элементы И-НЕ, генератор импульсов, первый и второй счетчики, вычитающее устройство и связи между известными и новыми элементами.

На чертеже показана структурная схема устройства определения допустимой скорости летательного аппарата.

Устройство определения допустимой скорости несущей поверхности летательного аппарата состоит из несущей поверхности 1 летательного аппарата, возбудителя 2 импульсных колебаний, датчика 3 изгибных колебаний, при этом возбудитель 2 импульсных колебаний механически связан с исследуемой несущей поверхностью 1, на которой размещены датчик 3 изгибных колебаний, датчик 4 крутильных колебаний, датчик 5 вибрации, коррелятора 6, множительного устройства 7, интегратора 8, первого 9, второго 10, третьего 11 и четвертого 12 элементов И, запоминающего устройства 13, делителя 14, индикатора 15, первого 16, второго 17 сдвиговых регистров, первого 18, второго 19, третьего 20 элементов И-НЕ, генератора 21 импульсов, первого 22 и второго 23 счетчиков, вычитающего устройства 24, причем выход возбудителя 2 импульсных колебаний соединен со входом первого 18 элемента И-НЕ, выходы датчиков 3, 4 крутильных и изгибных колебаний соединенные соответственно с первым и вторым входами коррелятора 6, третий вход которого соединен с выходом первого 16 сдвигового регистра, а первый и второй выходы коррелятора 6 соединены соответственно с входом интегратора 8 и множительного устройства 7, выходы которых соединены через первый 9 элемент И, запоминающее устройство 13, делитель 14 со входом индикатора 15, второй вход множительного устройства 7 и третий вход первого 9 элемента И соединены с выходом первого 16 сдвигового регистра, выход датчика 5 вибрации соединен со входом второго 17 сдвигового регистра, первый, второй, третий, четвертый выходы которого соединены соответственно с первым и через третий 20 элемент И-НЕ со вторым входом третьего 11 элемента И, с первым и через второй 19 элемент И-НЕ со вторым входом второго 10 элемента И, выход генератора 21 импульсов соединен с третьими входами второго 10 и третьего 11 элементов И, выходы которых соединены соответственно через первый 22 и второй счетчик 23 с первым и вторым входом вычитающего устройства 24, выход которого соединен с первым входом четвертого 12 элемента И, второй и третий входы которого соединены с выходом первого 18 элемента И-НЕ и выходом генератора 21 импульсов, а выход четвертого 12 элемента И соединен с входом первого 16 сдвигового регистра.

Способ определение допустимой скорости несущей поверхности осуществляется следующим образом.

В процессе полета дискретно в исследуемой несущей поверхности возбуждают колебания в диапазоне ее собственных частот, определяют наличие трещины или пробоины и на поврежденной поверхности за период наблюдения измеряют одновременно изгибные y(t) и крутильные колебания θ (t), определяют их взаимно корреляционную функцию Ry θ (t) в масштабе текущего времени t корреляции и отношение за период наблюдения Тн

где R_y.θ(T_i) - значение взаимно корреляционной функции за период наблюдения Тн, по которому при Δ=1 устанавливают наличие и при Δ<1 - отсутствие искомой критической скорости флаттера поврежденной несущей поверхности.

Данный способ реализуется следующим образом.

В полете возбудителем 2 механических колебаний в исследуемой поверхности 1 летательного аппарата дискретно возбуждают колебания, которые через вибрационный датчик 5, поступают на вход второго сдвигового регистра 17.

С первого и второго выходов сдвигового регистра 17 сигналы последовательно поступают на первый и через третий 20 элемент И-НЕ на второй вход третьего 11 элемента И.

С третьего и четвертого выходов сдвигового регистра 17 сигналы последовательно поступают на первый и через второй 19 элемент И-НЕ на второй вход второго 10 элемента И.

С выхода генератора 21 импульсов сигналы последовательно через равные промежутки времени через третьи входы второго 10 и третьего 11 элементов И, поступают на входы первого 22 и второго счетчиков 23, с выходов которых сигналы поступают на первые и вторые входы вычитающего устройства 24.

В случае изменение частоты собственных колебаний исследуемой поверхности с выхода вычитающего устройства 24 сигнал поступает на первый вход четвертого 12 элемента И, на второй и третий входы которого поступают сигналы с выхода первого 18 элемента И-НЕ и с выхода генератора 21 импульсов. С выхода четвертого 12 элемента И сигнал поступает на вход первого 16 сдвигового регистра, с выхода которого поступает на третий вход коррелятора, на второй вход множительного устройства, третий вход первого элемента И.

Таким образом, на основе анализа частоты вибрации определяется момент появление трещины или пробоины и начинается этап анализа изгибных y(t) и крутильных θ(t) колебания, которые измеряют датчиками изгибных 3 и крутильных 4 колебаний в диапазоне ее собственных частот.

По замеряемым значениям изгибных и крутильных колебаний определяют их взаимно корреляционную функцию R_y,_θ(t) в масштабе текущего времени t корреляции и отношение за период наблюдения t=Т_н

посредством коррелятора 6, электрически связанного своими первым и вторым входами с датчиками колебаний 3 и 4, а выходами - соответственно с множительным устройством 7 и интегратором 8, выходы которых в каждом канале через первый элемент И 9 и запоминающее устройство 13 связаны с делителем 14, причем управляющие входы коррелятора 6, множительного устройства 7 и первого элемента И 9 связаны с выходом сдвигового регистра 16, который является задатчиком периода наблюдения.

С выхода делителя 14 сигнал пропорциональный Δ поступает на бортовой индикатор 15, при Δ=1 устанавливают наличие, а при Δ<1 отсутствие искомой критической скорости флаттера несущей поверхности летательного аппарата.

Таким образом, на основе анализа изменений частоты собственных колебаний несущей поверхности определяют момент возникновения трещины или пробоины и на основе одновременного измерения изгибных и крутильных колебания на поврежденной несущей поверхности определяют допустимую скорость полета летательного аппарата при наличии повреждений.

Источник информации

1. Пьяцолли Г. Методы и техника вибрационных испытаний в полете. - «Аэронавтика и астронавтика», 1973, № 40, с.62-63 (прототип).

Изобретения относятся к измерительной технике и могут быть использованы для определения наличия повреждений в конструкции летательного аппарата в полете. Способ заключается в том, что в процессе полета дискретно в исследуемой несущей поверхности возбуждают колебания в диапазоне ее собственных частот. При этом измеряют одновременно изгибные и крутильные колебания, определяют их взаимно корреляционную функцию в масштабе текущего времени корреляции и отношение за период наблюдения. На основе сравнения текущих значений собственных частот с эталонными значениями определяют момент возникновения трещины или пробоины, а также определяют допустимую скорость полета летательного аппарата при наличии повреждений. Устройство состоит из несущей поверхности летательного аппарата, возбудителя импульсных колебаний, датчика изгибных колебаний. При этом возбудитель импульсных колебаний механически связан с исследуемой несущей поверхностью, на которой размещены датчики изгибных колебаний. Дополнительно введены датчики крутильных колебаний, датчики вибрации, коррелятор, множительное устройство, интегратор, первый, второй, третий, четвертый элементы И, запоминающее устройство, делитель, индикатор, первый, второй сдвиговый регистр, первый, второй, третий элемент И-НЕ, генератор импульсов, первый и второй счетчики, вычитающее устройство. Технический результат заключается в возможности определения момента появления повреждений в конструкции летательного аппарата в полете и определения допустимой скорости несущей поверхности в полете в случае появления трещины или пробоины. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения допустимой скорости несущей поверхности летательного аппарата, основанный на дискретном возбуждении в исследуемой несущей поверхности колебаний в диапазоне ее собственных частот на разных скоростях полета летательного аппарата и измерении ее изгибных колебаний в период наблюдения, отличающийся тем, что, с целью предупреждения аварийной ситуации на летательном аппарате при определении допустимой скорости несущей поверхности в процессе полета, определяют момент возникновения трещины или пробоины в исследуемой несущей поверхности на основе сравнения текущих значений собственных частот с эталонными значениями и одновременно с измерениями изгибных колебаний измеряют крутильные колебания несущей поверхности, определяют их взаимно корреляционную функцию в масштабе текущего времени и отношение произведения взаимно корреляционной функции на период наблюдения к удвоенному значению интеграла от взаимно корреляционной функции за время наблюдения, при этом допустимую скорость несущей поверхности летательного аппарата определяют при значении этого отношения меньше единицы.2. Устройство определения допустимой скорости несущей поверхности летательного аппарата состоит из несущей поверхности летательного аппарата, возбудителя импульсных колебаний, датчика изгибных колебаний, при этом возбудитель импульсных колебаний механически связан с исследуемой несущей поверхностью, на которой размещены датчики изгибных колебаний, отличающееся тем, что введены датчики крутильных колебаний, датчики вибрации, коррелятор, множительное устройство, интегратор, первый, второй, третий, четвертый элементы И, запоминающее устройство, делитель, индикатор, первый, второй сдвиговый регистр, первый, второй, третий элемент И-НЕ, генератор импульсов, первый и второй счетчики, вычитающее устройство, причем выход возбудителя импульсных колебаний соединен со входом первого элемента И-НЕ, выходы датчиков крутильных и изгибных колебаний, соединенные соответственно с первым и вторым входами коррелятора, третий вход которого соединен с выходом первого сдвигового регистра, а первый и второй выходы коррелятора соединены соответственно с входом интегратора и множительного устройства, выходы которых соединены через первый элемент И, запоминающее устройство, делитель со входом индикатора, второй вход множительного устройства и третий вход первого элемента И соединены с выходом первого сдвигового регистра, выход датчика вибрации через пороговое устройство соединен со входом второго сдвигового регистра, первый, второй, третий, четвертый выходы которого соединены соответственно с первым и через третий элемент И-НЕ со вторым входом третьего элемента И, с первым и через второй элемент И-НЕ со вторым входом второго элемента И, выход генератора импульсов соединен с третьими входами второго и третьего элементов И, выходы которых соединены через первый и второй счетчик соответственно с первым и вторым входом вычитающего устройства, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, второй и третий входы которого соединены с выходом первого элемента И-НЕ и выходом генератора импульсов, а выход четвертого элемента И соединен с входом первого сдвигового регистра.