Способ вибрационных испытаний сложной конструкции и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК G01M7/00 G01H13/00 

определенным количеством сил, разме- Ценных в наиболее ха рактерны с точках испытуемой сложной конструкции.

Наиболее блйЭГкнм к предлагаёмому по технической сущности и достигаемрму УёзулЬтату является способ вибрациолных испытаний сложной конструкций, например летательного аппарата, по которому ггрЬизводятмнЪготочёчное возбуждение гармонических колебаний .конструкции с помощью питаемых от одного управляемого синусоидального генератора силовозбудителей и.осуществЯЯЙ5Т 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 устадавлиёдают If точках возбуждения конструкции.

При этом предварительно устанавли-v вают общий уровень 15ОэбуждеНия, достаточно малый, чтобы избежать перегрузки конструкции, выбирают опорную точку возбуждения, в которой вычисленное произведение массы на амплитуду колебаний максимально для исследуемой формы колебаний, подают сигнал на силовозбудйтель, присоединенный в опо 5ной точке конструкции, и по сигналу виброизмерительного 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 возбуждений 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 возр/г/щающей силовой и виброскоростью (ви.брОперемещением, вибро скорепием) в точке возбуждения. В автоматическом режиме сигнал управления формируется путем сравнения фазы сигнала виброизмерительного преобразователя с фазой опорногосигнала.

Устройство для осуществления этого способа содержит последовательно включенные управляемый синусоидальный генератор, блок регулировки общего уровня возбуждения,, параллельные

каналы возбужден1Тй с ре гУля тЬром

уровня и силовозбудителем в каждом канале, виброизмерительные преобразоватё и по числу каналож и пЬдключейные к преобразователям цепи формирования сигналов управления, вкотбрйе включены фазовые детекторы 2.

Использование фазового критерия резонанса не всегда приводит к жалаеМому рёзультату. Это объясняется

тем, что колебание точкй, в которой

контрОйирУет ся упомЯнутый ранее . сдвиг фг13 7 не всегда характеризует

колебаниявсей 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 Р°ВД колебаний может быть непригодным 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 харатеризующем данную форму колебаний . распределении уровней и фаз возбужда ющих сил.

Цель изобрезтения - .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 квадратурных или синфазных составляющих сигналов виброизмерительных преобразователей, с помощью первых двух сигналов щравляют общим у эовнем и частотой возбуждения так, чтобы синфазная соста.вляющая была постоянной, а квадратурная равна О, или наоборот а уровнем возбуждения отдельных силовозбудителей управляют до обеспечения минимизации суммы квадратов квадратурных или синфазных составляющих сигналов виброизрлерительных преобразователей, недостижение минимизации принимают за критерий окончания резонансной настройки.

Устройство для осуществления способа имеет две цепи формирования сигналов управления, одна из которых содержит последовательно включенные cvMiviaTOp, синхронный детектор, один выход которого соединен с управляющим входом синусоидального генератора, а другой - с управляющим входом блока регулировки общего уровня возбуждения, и выборочно включаемое мехДУ сумматором и виброизмерительными преобразователями фазоинверторы,а другая цепь формирования содержит последовательно подключенные к виброизмерительным преобразователям синхронные детекторы, квадраторы н , ётброй cyMiviaTop, Это устройство може быть снабжено также оптимизатором, вход которого подклю.чен к выходу второго сугФтатора, 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 регулировки общего уровня возбуждения, параллельные каналы возбуждения, в каж дом из которых имеется регулятор 3 уровня и силовозбудители 4, устанавливаемые в точках возбуждения испытуемой Конструкции 5 виброизмеритель ные преобразователи 6 по числу каналов возбуждения и подключенные к преобразователям б две цепи.формирования сигналов управления. Одна из цепей формирования содержит последовательно включенные сумматор 7, синх ронный детектор 8,один выход которог соединен с управляющим входом блока регулировки общего уровня возбуждения, а другой выход - с управлякхцим входом генератора 1, и фазоинвёрторы 9, выборочно включаемые между сумматором 7 и преобразователями б с помощью переключателей 10. Другая цепь формирования содержит последовательно подключенные к преобразователям б синхронные детекторы 11,квад раторы 12 и второй сумматор 13, выход которого может быть соединен с упра:вляющими входами регуляторов 3 через опти.мизатор 14. Способ испытаний осуществляется следующим образом. С помощью блока 2 устанавливают общий уровень возбуждения.Выбирают .опорную точку возбуждения. Подают сигнал на силовозбудитель 3 в опорно точке конструкции 5 и по сигналу пре бразователя б., установленного в этой точке, регулируют частоту генератора 1 так, чтобы сигнал виброскорости был в фазе с силой. Затем подают сиг нал на все силовозбудители 4. С помощью сумматора 7 формируют суммарный сигнал, предварительно при водя к одному знаку синфазные состав ляЮщие сигналов преобразователей б с помощью фазоинверторов 9. С помощью синхронного детектора 8 раскл ывают суммарный сигнал на синфазную составляющую (т.е. находящуюся в фа зе с опорным сигналрм) и квадратурную составляющую (т.е. сдвинутую на отношению к опорному сигналу) Подают синфазную составляющую на . блок 2 и, изменяя уровень возбуждения, поддерживают неизменной ве личину синфазной составляющей, т.е. поддерживают постоянным уровень коле баний конструкции 5. Подают квадратурную составляющую на генератор 1 и изменяя частоту возбуждения, поддерживают нулевым уровень квадратурной составляющей, т.е. обеспечивают нуле вой сдвиг фазы виброскорости по отно шению к фазе возбуждающей силы. Формируют минимизируемый сигнал, для че го с помощью синхронных детекторов 1 выделяют квадратурные составляющие сигналов преобразователей б, возводя их с помощью квадраторов 12 в квадрат, чтобы, избавиться от знака сигна ла, а зйтем суммируютполучанные сигналы. 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 возможного уровня (в пределе нуля). При использовании преобразователей перемещения или ускорения вместо преобразователей скорости минимизируемый сигнал формируется как синфазных составляющих,, азнаки слагаемых суммарного сигнала определяются .. знака ш квадратурных составляющих. Соответственно, уровень колебаний поддерживается по квадратурной,, а частота - по синфазной составляющей суммарного сигнала. Предложенный способ испытаний сложных механических конструкций и устройство для его осуществления позволяют выделить тон колебаний нелинейно11 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 результатов 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 счётограничения УровНя колебани, что позволяет обходиться при испытаниях минимальным количеством дорогостоящих конструкций. Формула изобретения 1. Способ вибрационных испытаний сложной конструкции, например летательного аппарата, по которому производят многоточе ное возбуждение гармонических колебаний конструкции с помощью питаемых от одного управляемого синусоидального генератора