本发明属于直升机结构设计及试验技术领域，具体涉及一种用于直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验件。
背景技术
直升机在自然条件下飞行，容易遇到结冰环境。结冰环境对直升机的安全飞行构成了严重威胁，旋翼系统是直升机主要升力面和操纵面，旋翼系统必须具备防冰或除冰能力，目前直升机旋翼最常用的防除冰方法是电加热防除冰。电加热防除冰在桨叶包铁内表面设计加热组件，除去包铁表面的结冰，保证直升机安全飞行。由于直升机桨叶加热组件在随桨叶本体一起受到周期疲劳载荷作用，因此加热组件内部电路、电线及搭接头的可靠性需要考核。
通过在加载夹持点施加向上的载荷，使桨叶发生挥舞变形。由于试验件的质量和刚度较大，挥舞载荷的频率只有2hz，实验的周期非常长，试验成本很大。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种可用于直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验系统及方法，用于验证直升机桨叶加热组件的可靠性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验系统，其包括：
模拟桨叶；
敷设于所述模拟桨叶任一表面的加热组件，所述加热组件与模拟桨叶相对固定以形成振动试验件；以及
用于对所述振动试验件施加振动载荷的激振系统，所述激振系统单点夹持于所述振动试验件中部使所述振动试验件的两端自由，且所述激振系统的振动载荷方向与所述振动试验件的叶面垂直。
在本发明实施例中，所述模拟桨叶为复合材料制成的矩形板，模拟桨叶的固有频率为设计目标值，以及模拟桨叶的应变分布与真实直升机桨叶的应变分布一致。
在本发明实施例中，所述振动系统为激振器。
在本发明中，所述激振器的激振范围为10hz～100hz，所述模拟桨叶的设计目标值落入所述激振范围内。
在本发明实施例中，所述加热组件能够通电加热。
此外还提供了直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验方法，其包括
加热组件敷设固定于模拟桨叶任一表面构成振动试验件；
激振系统扫频振动试验件得到模拟桨叶与加热组件的共振频率；
根据测得的共振频率激振所述振动试验件，测量所述振动试验件的应变，调整激振系统的激振力使得所述振动试验件的应变和直升机桨叶的应变相同；
加热组件加热于模拟桨叶，检测加热组件的工作状态。
进一步的，在激振过程中，对加热组件进行通电检测，当检测到加热组件损坏时，记录加热组件的振动时间，以计算加热组件的使用寿命。
本发明的振动试验系统及方法技术效果：
1)直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验方法试验频率高，试验周期短，缩短了试验成本；
2)直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验系统结构简单，成本低，更换维护方便；
3)直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验系统及方法能够模拟不同桨叶上不同加热组件的可靠性，具有普遍适用性；
4)直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验系统及方法免去了全尺寸桨叶和加热组件的制造，大大节约了试验成本。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明的振动试验系统示意图。
图2为本发明的激振系统夹具示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了验证直升机桨叶加热组件的可靠性，本发明设计了一种可用于直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验系统，所述振动试验系统主要包括三部分：模拟桨叶1，加热组件2及激振系统3。
模拟桨叶1并非真实的直升机桨叶，而是有复合材料制成的矩形板状结构，其材料应变参数等与真实桨叶相同。
加热组件2符合真实桨叶上加热组件的特点(持续加热、加热温度为直升机的加热组件的工作温度)，加热组件2有供电系统提供振动时通电加热。加热组件2粘接固定在复合材料矩形板的模拟桨叶1的表面形成振动试验件，振动试验件中间通过振动夹具31夹持，振动试验件两端自由，振动夹具31通过连接件与激振系统2连接。
激振系统3为激振器，由于复合材料矩形板的模拟桨叶1的极限固有频率约不超过100hz，因此激振器为激振频率在10hz～100hz，其能够满足模拟桨叶1的固有频率范围之内提供足够的激振力。激振系统2的激振方向与复合材料矩形板的板面垂直，激振器具有扫频，通过激振器扫频能够得到复合材料矩形板的固有频率。激振器还能够提供不同幅值的激振力，以保证复合材料矩形板的表面应变达到试验要求值。
在本发明中，复合材料选用的是ew250f/3238a，其采用中温固化模压成型。
需要说明的是，复合材料矩形板的结构尺寸与铺层应使其的频率达到目标值，例如计划以30hz的频率做振动试验，则设计复合材料矩形板的尺寸及铺层应使其可达到30hz。此外，为了能够时刻监测加热组件2的温度变化及模拟桨叶1的应变变化，在加热组件2内部贴热电偶检测温度变化，在复合材料矩形板贴应变片检测载荷应变。
在本发明实施例中，用来夹持复合材料矩形板的激振夹具如图2所示，模拟桨叶1放置在具有矩形凹槽的u型框内，其上通过盖板压置，u型框和盖板通过连接件固定完成模拟桨叶1的夹持。由于模拟桨叶1的材质为复合材料，因此激振夹具31的材料采用的硬铝材质。
在另一方面，本发明中还提供一种采用上述桨叶加热组件可靠性试验的振动试验系统的振动试验方法，其包括：
a、首先制作模拟桨叶1与加热组件2的振动试验件；
b、之后通过激振系统3扫频测量得到振动试验件的共振频率；
c、然后用扫频测量得到的共振频率激励振动试验件，并测量振动试验件的应变，调节激振系统的激振幅值使振动试验件振动时表面应变达到要求值(即与直升机桨叶真实应变相同)；
d、此时加热组件受到的应变载荷就是复合材料板表面的应变载荷，最后对加热组件进行通电持续加热，加热温度为直升机的加热组件工作时的温度。
在上述试验过程中，通过检测加热组件2的温度时刻监控加热组件2的电路是否发生破坏，当加热组件2发生破环时，记录加热组件2的电路可靠性寿命。
本发明的振动试验系统及方法实现了复合材料矩形板的在中间夹持两端自由的边界条件下共振。共振时板的频率最高可达到约100hz，远高于普通非共振方案的试验频率2hz，节省了约大量时间。
本发明的振动试验系统及方法技术效果：
1)直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验方法试验频率高，试验周期短，缩短了试验成本；
2)直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验系统结构简单，成本低，更换维护方便；
3)直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验系统及方法能够模拟不同桨叶上不同加热组件的可靠性，具有普遍适用性；
4)直升机桨叶加热组件可靠性试验的振动试验系统及方法免去了全尺寸桨叶和加热组件的制造，大大节约了试验成本。
以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。