一种可变形智能翼的形变驱动检测装置与方法与流程

本发明涉及可变形智能翼的形变检测领域，具体涉及一种可变形智能翼的形变驱动检测装置与方法。

背景技术：

随着人们对飞机的机动性、燃油经济性、平稳性等要求的提高，传统的机翼设计方法已越来越难以满足需求。比如说，使用曲柄连杆机构调节襟翼的角度变化在一定程度上可以达到提高飞机升力的作用，但机翼在这个变化过程中的形状改变是不连续的，从而造成了机翼表明气流的不连续变化，严重影响飞机飞行时的平稳性。因此，可变形智能翼的概念得到推崇。可变形智能翼能随大气扰动、飞行马赫数、迎角等条件的改变而自动的改变机翼形状，并采用智能蒙皮以保持翼面变化的连续性和光滑性，使用可变形智能翼可以有效提高飞机起飞最佳的升阻比，提高飞机着陆的最大升力系数及飞机最佳进场状态，使飞机高速巡航飞行时阻力最小。目前可变形智能翼主要有两类技术做支撑，一是智能材料，一是柔性机构。本发明所涉及的可变形智能翼是基于智能材料技术。基于智能材料技术的可变形智能翼分为三个部分：前缘部分、扰流部分、后缘部分。其中前缘部分和后缘部分都是非变形部分；扰流部分为变形部分，是可变形智能翼的关键所在，其基本结构由脊柱弯曲梁和纵梁支撑，里层是蜂巢状网格结构；向蜂巢网格里浇筑聚氨酯橡胶以增加垂直方向的聚合物刚度，最后附上一层碳纤维蒙皮以保持飞机飞行时翼面变化的连续性和光滑性。

基于智能材料设计的可变形智能翼具有系统质量轻、灵敏度高、结构简单、气动性好等优点，但在实际应用中却仍存在一些尚待优化的问题，故而测试、模拟仿真其飞行性能显得尤为重要。目前主流上对可变形智能翼的形变检测方法多采用纤维材料压电片、加速度计、激光位移传感器等进行检测。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种可变形智能翼的形变驱动检测装置与方法。

本发明在可变形智能翼模型表面蒙皮上粘有大小不等、分布密度大、分布位置随机的散斑矾粉；激励可变形智能翼模型，扫描式激光测振仪进行扫描，数据通过数字解码器解码，再传输到计算机；激光位移传感器及加速度计同时同步检测以作对比；而后计算机显示器上将以三维动画或二维彩色图片的方式显示振型，从而实现对可变形智能翼形变检测的可视化。

本发明采用如下技术方案：

一种可变形智能翼的形变驱动检测装置，包括可变形智能翼本体部分及振动检测部分；

所述可变形智能翼本体部分包括可变形智能翼模型，所述可变形智能翼模型由前缘部分、扰流部分及后缘部分构成，所述可变形智能翼模型通过机翼固定支座竖直固定在实验台上，保证可变形智能翼模型的前缘部分及后缘部分受到外部激励时保持竖向放置且不发生偏转；

所述振动检测部分包括扫描式激光测振仪、数字解码器、散斑矾粉、调理放大电路、电荷放大器、a/d采集卡、激光位移传感器、加速度计及计算机，所述散斑矾粉随机分布在可变形智能翼模型的表面蒙皮上作为待测表面，所述扫描式激光测振仪设置在待测表面的正前方，计算机输出信号，经调理放大电路调理后输入可变形智能模型的扰流部分，使可变形智能翼模型发生变形；

扫描式激光测振仪扫描待测表面，通过数字解码器解码传输至计算机中；

设待测表面为可变形智能翼模型的正面，所述激光位移传感器设置在实验台上，其投射位置位于可变形智能翼模型的背面，所述加速度计为多个，设置在待测表面上，所述激光位移传感器及加速度计检测到振动信号后，依次通过电荷放大器及a/d采集卡输入计算机。

本发明还包括液压云台及云台底座，所述扫描式激光测振仪固定在液压云台上，所述液压云台固定在云台底座上,所述云台底座固定在实验台上。

所述可变形智能翼模型的左侧上端及左侧下端通过机翼固定支座固定在实验台，可变形智能翼模型的左侧称为固定端，右侧称为自由端。

所述加速度计设置在自由端。

本发明还包括显示器，所述显示器与计算机连接。

所述激光位移传感器为两个。

一种可变形智能翼的形变驱动检测方法，包括：

计算机发出信号，经调理放大电路调理后输入扰流部分，致使可变形智能翼模型发生变化；

扫描式激光测振仪对待测表面进行扫描，通过数字解码器解码，输入计算机；激光位移传感器及加速度计同时检测振动信号，经过电荷放大器放大及a/d采集卡采集后传输到计算机，计算机将信号进行对比处理后以三维动画或二维彩色图片进行显示振型。

本发明的有益效果：

(1)本发明使用全场扫描式激光测振仪作为本发明的振动检测装置，其优点是：全场扫描式激光测振仪可在距目标0.125米～50米距离上测试，一次扫描完成从几个厘米小器件到数十米大结构的模态测量，测量点数可多达数十万点。

(2)本发明采用先进的可视化装置及方法检测可变形智能翼的形变，其优势在于：无需建模，可在实物视频图像上快速、直接完成测量网格布置，并以每秒30点以上速度扫描，具有极高的工作效率。扫描完毕后迅速以生动的三维动画或二维彩色图片等多种方式显示振型。该系统具有测量直观、高动态范围、高精度和高效率等技术优势，适应于物体的离面振动模态分析。相较于纤维材料压电片、加速度计等接触式传感器，本发明采用这种非接触式的测量方式，测量时可以减小实验误差；能同时进行多点测量，提高测量精度；可视化，测量直观，具有极高的工作效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中可变形智能翼模型的结构示意图；

图3是图1的左视图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1-图3所示，一种可变形智能翼的形变驱动检测装置，包括可变形智能翼本体部分及振动检测部分。

所述可变形智能翼本体部分包括可变形智能翼模型1、机翼固定支座7及实验台11，所述实验台为铝型材座，用于放置可变形智能翼本体部分、振动检测部分，起支撑作用；所述可变形智能翼模型的整体流形模拟naca-0012翼型，结构分由三个部分组成：前缘部分1-1、扰流部分1-2、后缘部分1-3；其中前缘部分1-1和后缘部分1-3都是非变形部分；扰流部分1-2为变形部分，其基本结构由脊柱弯曲梁和纵梁支撑，里层是蜂巢状网格结构；向蜂巢网格里浇筑聚氨酯橡胶以增加垂直方向的聚合物刚度，最后附上一层碳纤维蒙皮以保持飞机飞行时翼面变化的连续性和光滑性。

所述机翼固定支座包括上端固定支座及下端固定支座，均通过螺纹连接固定在实验台上，所述机翼固定支座还包括门子形框架，所述可变形智能翼模型的左侧上端通过上端固定支座螺纹连接固定在门子形框架上，所述门子形框架竖直放置，且固定在实验台上，其左侧下端通过下端固定支座螺纹连接固定在实验台上，通过螺纹预紧保证可变形智能翼模型主体部分在受到外部激励时保持竖向放置且不发生偏转，仅扰流部分发生变形。

所述振动检测部分包括扫描式激光测振仪8、数字解码器12、散斑矾粉3、激光位移传感器4及加速度计，所述散斑矾粉3随机分布在可变形智能翼模型表面蒙皮上，且作为待测表面，待扫描式激光测振仪扫描检测；所述扫描式激光测振仪8安装在液压云台9上，正对于可变形智能翼模型1的待测表面；所述液压云台9固定在云台底座10上，通过调节液压云台9的调节旋钮可对扫描式激光测振仪8的方位角进行微调。

待测表面粘贴大小不等、分布密度大、分布位置随机的散斑矾粉，构成数万个标志点，待扫描式激光测振仪扫描检测。

所述激光位移传感器为两个，两个激光位移传感器设置在传感器台座上对称设置在实验台上，激光位移传感器投射位置选在可变形智能翼模型的背面，设待测表面为正面。

所述加速度计为多个，对称布置在可变形智能翼模型的自由端，可变形智能翼模型与机械固定支座的连接端为固定端，另一端为自由端。

所述计算机14发出信号，经调理放大电路15调理后输入到扰流部分各蜂巢网格中形成电压降，驱使驱动器做功，致使可变形智能翼模型发生变形。

扫描式激光测振仪对待测表面进行扫描，数据通过数字解码器12解码，再传输到计算机14，而后显示器上将以三维动画或二维彩色图片的方式显示振型，实现对可变形智能翼形变检测的实时可视化；激光位移传感器4及加速度计2同时同步检测，检测到的信号经过电荷放大器6放大、a/d采集卡5采集后传输到计算机以作对比，计算机将信号进行对比处理后以三维动画或二维彩色图片传输到显示器13显示振型。

本发明采用全场扫描式激光测振仪对可变形智能翼进行形变检测。

全场扫描式激光测振仪可在距目标0.125米～50米距离上测试，一次扫描完成从几个厘米小器件到数十米大结构的模态测量，测量点数可多达数十万点。全场扫描式激光测振仪能实现可视化——无需建模，可在实物视频图像上快速、直接完成测量网格布置，并以每秒30点以上速度扫描，具有极高的工作效率。扫描完毕后迅速以生动的三维动画或二维彩色图片等多种方式显示振型。该系统具有测量直观、高动态范围、高精度和高效率等技术优势，适应于物体的离面振动模态分析。相较于纤维材料压电片、加速度计等接触式传感器，本发明采用这种非接触式的测量方式，其优势在于：非接触式测量减小实验误差；同时进行多点测量，提高测量精度；实时可视化，测量直观，具有极高的工作效率。

在本实施例中，被测对象可变形智能翼模型展长为600mm，弦长为400mm，展弦比为1.5，整体流形模拟naca-0012翼型；内部扰流部分浇筑pmc-780聚氨酯橡胶,表面智能蒙皮选用碳纤维材料。散斑矾粉选用明矾粉末，随机粘贴在可变形智能翼模型的待测蒙皮表面。实验台由铝型材座组成，起支撑作用。

加速度计选用kistler公司生产的型号为8704-b500的通用型加速度计，其灵敏度为±5％，频率响应范围为1～10000hz。激光位移传感器选用基恩士公司生产的lj-g5000系列高精度2d激光位移传感器，其精度高达+-0.1％f.s.，采样速率高达3.8ms。扫描式激光测振仪选用德国polytec公司生产的psv-500-h型全场扫描式激光测振仪；液压云台选用菲曼斯公司生产的液压云台，其上配有水平仪用于校验平台的水平度。所述扫描式激光测振仪放于液压云台上，液压云台固定在云台底座，通过调节液压云台的调节旋钮可对扫描式激光测振仪的方位角进行微调。数字解码器选用与psv-500-h型全场扫描式激光测振仪配对的dv-03型解码器，解码器解码频率范围为0～100khz。扫描式激光测振仪(8)扫描完毕后的数据通过数字解码器解码，再传输到计算机，即可迅速以生动的三维动画或二维彩色图片等多种方式显示振型，在计算机显示器上实现可视化。

计算机选用台湾研华科技公司生产的ipc610机箱，pca-6006主板，pentiumiv2.4gintelcpu。a/d采集卡选用isla222s12型高速输出adc，其分辨率为12位，最大转换率位125msps，工作温度范围为-40℃～85℃。电荷放大器选用江苏联能电子技术有限公司生产的ye5850a型电荷放大器，可测频率范围为0～100khz。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。