【摘要】：直升機旋轉槳葉是直升機發(fā)動機功能轉換的主要部件,隨著研究深入,直升機不斷向高轉速、高載荷和高可靠性方向發(fā)展,這勢必對其機械性能的要求大大提高。葉片作為主要承力部件,其結構健康狀態(tài)與其所受載荷、彎曲變形以及振動等因素密切相關。因此,本文基于分布式光纖傳感技術分別對直升機旋翼槳葉結構的彎矩、變形監(jiān)測方法展開研究,為評估槳葉設計優(yōu)劣以及機械故障診斷、預測等提供依據。工作主要包括以下幾個方面:首先,研究借助有限元方法對槳葉揮舞彎矩、擺振彎矩、槳葉彎曲變形等表征直升機槳葉服役狀態(tài)的多種參量進行數值仿真,得到不同載荷狀態(tài)下槳葉結構力學特性,從而為旋轉槳葉結構分布式光纖傳感網絡布局提供依據。其次,研究基于分布式光纖傳感器的直升機旋翼槳葉結構彎矩與變形監(jiān)測方法。根據槳葉結構及承載特性,探索適用于碳纖維復合材料槳葉結構的揮舞擺振彎矩監(jiān)測與計算方法以及二維變形反演算法,并對其進行反演驗證了方法的可行性。再次,構建了直升機旋翼槳葉彎矩與變形分布式光纖動態(tài)監(jiān)測硬件測試系統(tǒng)�；谔祭w維復合材料槳葉、步進電機、光纖滑環(huán)設計并制作了旋轉槳葉動態(tài)監(jiān)測試驗平臺;提出了一種面向直升機槳葉結構的表貼型分布式光纖傳感網絡布局形式及其優(yōu)化方法。接著,編寫了基于圖像化軟件LabVIEW的直升機槳葉彎矩與變形動態(tài)監(jiān)測軟件交互平臺。根據系統(tǒng)功能需求完成對槳葉彎矩與變形動態(tài)監(jiān)測軟件的框架設計,涉及數據采集、數據處理、數據顯示等多個模塊,編寫系統(tǒng)程序并且完成人機交互界面的設計與優(yōu)化。最后,開展直升機旋翼槳葉彎矩與變形分布式光纖集成監(jiān)測系統(tǒng)實驗與功能驗證。分別實現了直升機旋翼槳葉揮舞彎矩、擺振彎矩、槳葉彎曲變形撓度等多種參量的在線集成監(jiān)測。在此基礎上,給出了彎矩與變形監(jiān)測反演誤差形成機理與評估方法。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V275.1
【圖文】：

以致發(fā)生一些重大事故造成無法挽回的傷害。因此，實時獲取直升機旋翼槳葉在運行過程中的應變、變形、彎矩等參量變得十分重要。光纖光柵傳感器以其抗電磁干擾、耐腐蝕、質量輕、芯徑細、柔韌性好、集信號傳輸與傳感于一體、便于分布式組網、低功耗無源、高密度感知、測量參數眾多等獨特優(yōu)勢，在航空航天結構健康監(jiān)測領域有著較為廣泛的應用。1.1 課題研究背景1.1.1 直升機旋翼槳葉監(jiān)測研究背景隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，針對大尺度航空航天結構的健康監(jiān)測研究得到了各國研究者的廣泛關注，如空間智能索網結構、大展弦比機翼飛行器、可展式太陽能帆板等[4]。結構健康監(jiān)測（Structural health monitoring，簡稱 SHM）是指利用傳感器或其他高精度精密儀器直接或間接地對工程結構進行各類材料參數以及幾何特征改變的辨識監(jiān)測，從而對其損傷程度進行評估和分析[5]。為了保證航空航天飛行器在運行過程中的安全，需要對其結構運行狀態(tài)和安全性能有一個實時精準的評估，再進行及時調整以延長飛行器服役壽命和保障其工作狀態(tài)。如圖 1.1所示，為結構健康監(jiān)測在葉片類結構中的應用[6]。

直升機旋翼槳葉彎矩與變形分布式光纖智能監(jiān)測技術研究因此對直升機旋翼槳葉的要求也越來越高。自上世紀 40 年代第一代軍用直升機研制成功以來，直升機研發(fā)一直是世界各國重點研究領域，在現代國防軍事以及民用事業(yè)中都有著十分廣泛和重要的應用。影響直升機整體性能一個重要因素是其機身在運行過程中所產生的振動，而直升機在運行過程中產生故障的主要源就是由槳葉、槳轂等構成的旋翼系統(tǒng)。旋翼是直升機能否順利運行的核心傳動部件，旋翼能的穩(wěn)定是直升機飛行安全的可靠保障，因此，需采取在線實時結構健康監(jiān)測技術對旋翼系的健康狀態(tài)進行評估，以保證直升機飛行性能的穩(wěn)定，提高直升機服役壽命。

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本文編號：2737933