專利名稱：旋翼分布載荷光纖光柵傳感測量系統的制作方法
技術領域：
本發明的旋翼分布載荷光纖光柵傳感測量系統，屬旋翼飛行器旋翼載荷測量技術。
背景技術：
旋翼飛行器靠旋翼旋轉產生的氣動力在空中懸停或飛行，確定旋翼上的氣動力載荷對設計旋翼飛行器至關重要。由于旋翼旋轉時的氣動力流場異常復雜，理論計算誤差很大，因此需要用實驗來驗證理論計算的準確性。另外，在旋翼飛行器研制完成后，都要進行地面試驗和飛行試驗來測量旋翼上的載荷。因此，旋翼載荷測量非常重要。
目前，旋翼載荷測量主要采用兩種方法，一是采用天平來測量槳轂的六力素，但不能測出槳葉上的分布載荷，即槳轂上三個方向的力和三個方向的力矩；二是采用應變片來測量槳葉的應變，可以測量出槳葉上的分布載荷。但由于應變片的面積較大，且一片應變片需要兩根導線，因此只能把應變片埋設在槳葉內部，而不能把應變片貼在槳葉表面，否則要影響槳葉的氣動外形。埋設應變片要破壞槳葉結構，造成結構夾雜和損傷，影響復合材料固化成型，形成應力奇點，破壞結構傳力的連續性，減少槳葉壽命。當埋設的應變片數量較多時，導線的重量還會嚴重影響到槳葉的性能。另外，應變片測量精度低，易受測量環境如溫度、濕度、噪聲等的影響，會嚴重影響旋翼載荷的測量精度。
利用光纖光柵傳感器體積小、重量輕、一根光纖可串聯多個光柵進行多點測量、不受外部環境影響等優點，采用光纖光柵傳感測量，不僅可以測量出旋翼的分布載荷，而且可以克服采用應變片測量的缺點。光纖光柵無須埋設在槳葉內部，只要貼在槳葉表面，不會影響槳葉的氣動力外形，不會增加槳葉的重量，操作簡單，測量精度高。
在光纖光柵傳感測量技術方面，現有較成熟的技術主要在靜態應變測量和不旋轉結構的測量上，如含光纖光柵傳感器的智能材料結構及其健康監測等。對結構動態應變測量、特別是旋轉結構的動態應變測量研究得很少，技術很不成熟。
發明內容
1、本發明目的在于提供一種簡單、安全、可靠，測量精度高的旋翼分布載荷測量系統。
2、技術方案本發明的旋翼分布載荷光纖光柵傳感測量系統，包括粘貼在旋翼槳葉測量表面上的光纖光柵傳感器，該光纖光柵傳感器的光纖信號通過與槳葉相連的光信號旋轉接頭連于光信號調制解調器進行光信號的發射、接收與采集。由與光信號調制解調器相連的計算機進行記錄并分析處理采集到的光信號。
本發明的旋翼分布載荷光纖光柵傳感測量系統，簡單、安全、可靠，測量精度高，應用在旋轉結構的動態應變測量上，而且應用在旋轉的旋翼分布載荷的動態測量上。
四
圖1是本發明的旋翼分布載荷光纖光柵傳感測量系統的組成框圖。
五具體實施例方式
圖1是本發明的旋翼分布載荷光纖光柵傳感測量系統的組成框圖。包括粘貼在旋翼槳葉測量表面上的布拉格光纖光柵傳感器、光信號旋轉接頭、光信號調制解調器、計算機。具體工作過程及實施步驟如下(1)在槳葉的上表面測量位置粘貼一串布拉格光纖光柵傳感器；(2)將槳葉上的光纖接到光信號旋轉接頭，再將光纖從光信號旋轉接頭引出，并連接到光信號調制解調器上進行光信號的發射、接收與采集。光信號調制解調器與計算機相連，由計算機記錄并分析采集到的信號；(3)將某一試驗狀態(如某一槳葉安裝角、某一旋翼轉速)下各測量點采集到的動態光信號轉換成動態應變信號，并進行數據平均，平均值即為旋轉槳葉各測量點在氣動力作用和離心力作用下的應變；(4)對于對稱翼型，在0°安裝角下；對于非對稱翼型，在零升力安裝角下，以與步驟(3)同樣的轉速旋轉，采集旋轉槳葉各測量點的動態光信號并轉換成動態應變信號，再進行數據平均，平均值即為旋轉槳葉各測量點僅在離心力作用下的應變；(5)將在相同測量點和相同轉速下由步驟(3)得到的應變減去由步驟(4)得到的應變，即得到旋轉槳葉各測量點僅在氣動力作用下的應變；(6)將應變轉換成應力，即可得到槳葉上的分布應力六、有益效果(1)采用這一技術，已在實驗室成功地完成了旋翼分布載荷光纖傳感測量的試驗，得到了旋轉槳葉在氣動力和/或離心力作用下沿半徑分布的應變/應力測量值。解決了旋翼分布載荷測量的技術難題和長期以來旋翼分布載荷理論研究缺乏試驗數據驗證的困難，為旋翼載荷理論的進一步發展提供了基礎。
(2)該技術可直接應用于直升機旋翼分布載荷的飛行測量，解決了直升機旋翼分布載荷測量的難題，特別是對現有的直升機，采用應變測量技術是不可能實現旋翼分布載荷測量的，因為不可能在槳葉上開槽來埋設應變片和導線。而采用光纖光柵傳感測量技術，只要把光纖光柵貼在槳葉的表面就可以了。
(3)該技術簡單、安全、可靠、測量精度高，是直升機旋翼分布載荷測量技術的一個飛躍。
權利要求
1.一種旋翼分布載荷光纖光柵傳感測量系統，其特征在于，包括粘貼在旋翼槳葉測量表面上的光纖光柵傳感器，此光纖光柵傳感器的光纖信號通過與槳葉相連的光信號旋轉接頭連于光信號調制解調器，光信號調制解調器的輸出連于計算機。
全文摘要
一種旋翼分布載荷光纖光柵傳感測量系統，屬旋翼飛行器的旋翼載荷測量技術。該系統包括粘貼在旋翼槳葉測量表面上的光纖光柵傳感器，該光纖光柵傳感器的光纖信號通過與槳葉相連的光信號旋轉接頭連于光信號調制解調器進行光信號的發射、接收與采集。由與光信號調制解調器相連的計算機進行記錄并分析處理采集到的光信號。本發明簡單、安全、可靠，測量精度高，應用在旋轉結構的動態應變測量上，而且應用在旋轉的旋翼分布載荷的動態測量上。
文檔編號G01D5/353GK1844872SQ20051013492
公開日2006年10月11日 申請日期2005年12月29日 優先權日2005年12月29日
發明者夏品奇, 陳文 申請人:南京航空航天大學