电脑程控式飞行器静力加载试验装置及方法
【专利摘要】电脑程控式飞行器静力加载试验装置及方法，属于飞行器试验领域，本发明为解决现有飞行器静力试验不适用于高精度的小型承力样件的试验的问题。本发明方案：可移动式装夹设备的上端夹持部夹持试件的固定端，可移动式装夹设备的底座上表面设置有xy轴电机平面导轨，在xy轴电机平面导轨的端部、且位于试件的悬空端下方设置有激光位移传感器；应变片黏贴在试件表面；上位机通过单片机发布静力加载指令；加载部对试件进行静力加载；应变片采集试件的应变信息；激光位移传感器采集试件悬空端的位移信息；数字散斑扫描仪采集试件的应力信息；并通过单片机返回上位机。
【专利说明】电脑程控式飞行器静力加载试验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种静力加载试验，属于飞行器试验领域。
【背景技术】
[0002]飞行器的静力试验测试是飞行器设计过程中必不可少的部分。在飞行器的测试阶段，需要对飞行器零部件进行强度和刚度校核。现阶段飞机的静力实验都是人工布置实验设备，加载装置庞大笨重而且在实验周期长，需要花费大量人力详细调试、反复检查，因而成本高昂。同时大型加载试验的误差较大,不利于要求高精度的小型承力样件的试验,而且装置可重复利用率低，造成了极大地浪费。提供一套新式的试验测系统是十分必要的。
【发明内容】
[0003]本发明目的是为了解决现有飞行器静力试验不适用于高精度的小型承力样件的试验的问题，提供了一种电脑程控式飞行器静力加载试验装置及方法。
[0004]本发明所述电脑程控式飞行器静力加载试验装置，它包括可移动式装夹设备、xy轴电机平面导轨、多个加载部、应变片、激光位移传感器、数字散斑扫描仪、数据采集电路、单片机和上位机；
[0005]可移动式装夹设备的上端夹持部夹持试件的固定端，可移动式装夹设备的底座上表面设置有xy轴电机平面导轨，在xy轴电机平面导轨的端部、且位于试件的悬空端下方设置有激光位移传感器；应变片黏贴在试件表面；
[0006]上位机的静力加载指令输出端与单片机的静力加载指令输入端相连；
[0007]单片机的静力加载指令输出端与每个加载部的输入端相连；
[0008]加载部对试件进行静力加载；
[0009]应变片采集试件的应变信息；激光位移传感器采集试件悬空端的位移信息；数字散斑扫描仪采集试件的应力信息；所述试件的应变信息、试件悬空端的位移信息和试件的应力信息通过数据采集电路返回给单片机，单片机的采集数据输出端与上位机的采集数据输入端相连。
[0010]加载部包括X轴电机、y轴电机、X轴码盘传感器、y轴码盘传感器、加载架、气缸、电机驱动模块、电磁阀和电控调压阀；
[0011]加载架的下方固定设置有X轴电机和y轴电机，X轴电机上设置有X轴码盘传感器；y轴电机上设置有I轴码盘传感器；
[0012]加载架上方设置有气缸，气缸出气管路上设置有电磁阀和电控调压阀，气缸带动作用杆给试件加载作用力；
[0013]单片机的位置加载指令输出端与电机驱动模块的输入端相连；
[0014]电机驱动模块的X轴位置指令输出端与X轴电机的使能端相连；x轴码盘传感器计量X轴电机的旋转圈数；
[0015]电机驱动模块的y轴位置指令输出端与y轴电机的使能端相连；y轴码盘传感器计量y轴电机的旋转圈数；
[0016]单片机的气缸开关指令输出端与电磁阀的使能端相连；
[0017]单片机的气缸压力指令输出端与电控调压阀的使能端相连。
[0018]基于所述电脑程控式飞行器静力加载试验装置的方法包括以下步骤:
[0019]步骤一、根据试件的气动载荷确定加载部的数量、每个加载部的加载载荷的大小和位置；
[0020]步骤二、上位机控制每个加载部移动到指定位置；
[0021]步骤三、上位机设置所有参与工作的加载部的电控调压阀的开度，然后，上位机控制所有参与工作的加载部的电磁阀同时打开，令加载部的气缸带动作用杆给试件加载作用力；
[0022]步骤四、应变片采集试件的应变信息；激光位移传感器采集试件悬空端位移信息；数字散斑扫描仪扫描试件被冲击的表面，采集试件的应力信息；所述试件的应变信息、试件悬空端的位移信息和试件的应力信息通过数据采集电路返回给单片机；
[0023]步骤五、试件的应变信息、应力信息和悬空端位移信息返回给上位机，作为试件强度判断的依据，完成静力加载试验。
[0024]本发明的优点:
[0025]1、灵活性，本系统由模块化的试验构架和可拆卸的加载装置组成，可根据试验样件的大小需求进行临时组装；
[0026]2、自动化程度高，本套系统可以根据输入的试验信息，按照设定程序完全自动化完成实验加载、数据采集等工作；
[0027]3、经济性、全套系统可以由单人完成操作，节约人力成本的同时能够高效的完成实验任务；
[0028]4、精确性，全套自动化实验设备，可以排除人为因素带来的误差，加装的试验检测传感设备可以实时反馈试验情况，超出警戒值时会发出警报。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明所述电脑程控式飞行器静力加载试验装置的结构示意图；
[0030]图2是本发明所述电脑程控式飞行器静力加载试验装置的控制原理框图；
[0031]图3是xy轴电机平面导轨2的结构示意图；
[0032]图4是加载部的结构示意图；
[0033]图5是加载部的控制原理框图。
【具体实施方式】
[0034]【具体实施方式】一:下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述电脑程控式飞行器静力加载试验装置，它包括可移动式装夹设备1、xy轴电机平面导轨2、多个加载部3、应变片5、激光位移传感器6、数字散斑扫描仪7、数据采集电路8、单片机9和上位机10 ；
[0035]可移动式装夹设备I的上端夹持部夹持试件4的固定端，可移动式装夹设备I的底座上表面设置有xy轴电机平面导轨2,在xy轴电机平面导轨2的端部、且位于试件4的悬空端下方设置有激光位移传感器6 ;应变片5黏贴在试件4表面；
[0036]上位机10的静力加载指令输出端与单片机9的静力加载指令输入端相连；
[0037]单片机9的静力加载指令输出端与每个加载部3的输入端相连；
[0038]加载部3对试件4进行静力加载；
[0039]应变片5采集试件4的应变信息；激光位移传感器6采集试件4悬空端的位移信息；数字散斑扫描仪7采集试件4的应力信息；所述试件4的应变信息、试件4悬空端的位移信息和试件4的应力信息通过数据采集电路8返回给单片机9，单片机9的采集数据输出端与上位机10的采集数据输入端相连。
[0040]【具体实施方式】二:下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，xy轴电机平面导轨2由一条X轴导轨201和η条y轴导轨构成,每条y轴导轨由+y轴导轨202和-y轴导轨203两段构成，η为正整数。
[0041]y轴导轨为可拆卸结构。
[0042]y轴导轨的位置及数量可调,拆卸后再重新安装,可改变y轴与X轴的交点位置。电机先在X轴导轨201上行进，到达指定X坐标后，再转至y轴导轨，如指定y坐标为正，则转至+y轴导轨202，如指定y坐标为负，则转至-y轴导轨203。该实验装置灵活。
[0043]【具体实施方式】三:下面结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，加载部3包括X轴电机301、y轴电机302、X轴码盘传感器303、y轴码盘传感器304、加载架305、气缸306、电机驱动模块307、电磁阀308和电控调压阀309 ；
[0044]加载架305的下方固定设置有X轴电机301和y轴电机302，x轴电机301上设置有X轴码盘传感器303 ；y轴电机302上设置有y轴码盘传感器304 ；
[0045]加载架305上方设置有气缸306，气缸306出气管路上设置有电磁阀308和电控调压阀309，气缸306带动作用杆3061给试件4加载作用力；
[0046]单片机9的位置加载指令输出端与电机驱动模块307的输入端相连；
[0047]电机驱动模块307的X轴位置指令输出端与X轴电机301的使能端相连；x轴码盘传感器303计量X轴电机301的旋转圈数；
[0048]电机驱动模块307的y轴位置指令输出端与y轴电机302的使能端相连；y轴码盘传感器304计量y轴电机302的旋转圈数；
[0049]单片机9的气缸开关指令输出端与电磁阀308的使能端相连；
[0050]单片机9的气缸压力指令输出端与电控调压阀309的使能端相连。
[0051]【具体实施方式】四:下面结合图1至图5说明本实施方式，基于实施方式三所述电脑程控式飞行器静力加载试验装置的方法，该方法包括以下步骤:
[0052]步骤一、根据试件4的气动载荷确定加载部3的数量、每个加载部3的加载载荷的大小和位置；
[0053]步骤二、上位机10控制每个加载部3移动到指定位置；
[0054]步骤三、上位机10设置所有参与工作的加载部3的电控调压阀309的开度，然后，上位机10控制所有参与工作的加载部3的电磁阀308同时打开，令加载部3的气缸306带动作用杆3061给试件4加载作用力；
[0055]步骤四、应变片5采集试件4的应变信息；激光位移传感器6采集试件4悬空端位移信息；数字散斑扫描仪7扫描试件4被冲击的表面，采集试件4的应力信息；所述试件4的应变信息、试件4悬空端的位移信息和试件4的应力信息通过数据采集电路8返回给单片机9 ；
[0056]步骤五、试件4的应变信息、应力信息和悬空端位移信息返回给上位机10，作为试件4强度判断的依据，完成静力加载试验。
[0057]步骤一中试件4的气动载荷的数量非常庞大，而做静力加载试验，加载的载荷数量是有限的，一般为8-20个，因此，需要将试件4的气动载荷进行等效简化处理，本领域技术人员通常采用节点平移法和等效积分变换法来完成。可知，加载部3的参与工作的数量为8?20个，完成处理后，即确定了参与工作的每个加载部3的位置和加载载荷大小。
[0058]【具体实施方式】五:本实施方式对实施方式四作进一步说明，步骤二中上位机10控制每个加载部3移动到指定位置的过程为:
[0059]上位机10下达位置指令给单片机9，所述位置指令包括X坐标和Y坐标，单片机9通过电机驱动模块307驱动X轴电机301工作，带动该加载部3的气缸306在x轴导轨201上移动至指定的X坐标轴电机301行进的位移由X轴码盘传感器303计量；
[0060]停止驱动X轴电机301，同时驱动J轴电机302工作，令y轴电机302带动该加载部3的气缸306在y轴导轨上移动至指定的I坐标，y轴电机302行进的位移由y轴码盘传感器304计量。
【权利要求】
1.电脑程控式飞行器静力加载试验装置，其特征在于，它包括可移动式装夹设备(I)、xy轴电机平面导轨(2)、多个加载部(3)、应变片(5)、激光位移传感器(6)、数字散斑扫描仪(7)、数据采集电路(8)、单片机(9)和上位机(10)； 可移动式装夹设备(I)的上端夹持部夹持试件(4)的固定端，可移动式装夹设备(I)的底座上表面设置有xy轴电机平面导轨(2)，在xy轴电机平面导轨(2)的端部、且位于试件(4)的悬空端下方设置有激光位移传感器(6);应变片(5)黏贴在试件(4)表面；上位机(10)的静力加载指令输出端与单片机(9)的静力加载指令输入端相连；单片机(9)的静力加载指令输出端与每个加载部(3)的输入端相连； 加载部(3)对试件(4)进行静力加载； 应变片(5)采集试件(4)的应变信息；激光位移传感器(6)采集试件(4)悬空端的位移信息；数字散斑扫描仪(7)采集试件(4)的应力信息；所述试件(4)的应变信息、试件(4)悬空端的位移信息和试件(4)的应力信息通过数据采集电路(8)返回给单片机(9)，单片机(9)的采集数据输出端与上位机(10)的采集数据输入端相连。
2.根据权利要求1所述电脑程控式飞行器静力加载试验装置，其特征在于，xy轴电机平面导轨(2)由一条X轴导轨(201)和η条y轴导轨构成，每条y轴导轨由+y轴导轨(202)和_y轴导轨(203)两段构成，η为正整数。
3.根据权利要求2所述电脑程控式飞行器静力加载试验装置，其特征在于，y轴导轨为可拆卸结构。
4.根据权利要求1所述电脑程控式飞行器静力加载试验装置，其特征在于，加载部(3)包括X轴电机(301)、y轴电机(302)、X轴码盘传感器(303)、y轴码盘传感器(304)、加载架(305)、气缸(306)、电机驱动模块(307)、电磁阀(308)和电控调压阀(309)； 加载架(305)的下方固定设置有X轴电机(301)和y轴电机(302)，x轴电机(301)上设置有X轴码盘传感器(303) ;y轴电机(302)上设置有y轴码盘传感器(304)； 加载架(305)上方设置有气缸(306)，气缸(306)出气管路上设置有电磁阀(308)和电控调压阀(309)，气缸(306)带动作用杆(3061)给试件(4)加载作用力； 单片机(9)的位置加载指令输出端与电机驱动模块(307)的输入端相连； 电机驱动模块(307)的X轴位置指令输出端与X轴电机(301)的使能端相连；X轴码盘传感器(303)计量X轴电机(301)的旋转圈数； 电机驱动模块(307)的y轴位置指令输出端与y轴电机(302)的使能端相连；y轴码盘传感器(304)计量y轴电机(302)的旋转圈数； 单片机(9)的气缸开关指令输出端与电磁阀(308)的使能端相连； 单片机(9)的气缸压力指令输出端与电控调压阀(309)的使能端相连。
5.基于权利要求4所述电脑程控式飞行器静力加载试验装置的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、根据试件(4)的气动载荷确定加载部(3)的数量、每个加载部(3)的加载载荷的大小和位置； 步骤二、上位机(10)控制每个加载部(3)移动到指定位置； 步骤三、上位机(10)设置所有参与工作的加载部(3)的电控调压阀(309)的开度，然后，上位机(10)控制所有参与工作的加载部(3)的电磁阀(308)同时打开，令加载部(3)的气缸(306)带动作用杆(3061)给试件(4)加载作用力； 步骤四、应变片(5)采集试件(4)的应变信息；激光位移传感器(6)采集试件(4)悬空端位移信息；数字散斑扫描仪(7)扫描试件(4)被冲击的表面，采集试件(4)的应力信息；所述试件(4)的应变信息、试件(4)悬空端的位移信息和试件(4)的应力信息通过数据采集电路⑶返回给单片机(9)； 步骤五、试件(4)的应变信息、应力信息和悬空端位移信息返回给上位机(10)，作为试件(4)强度判断的依据，完成静力加载试验。
6.根据权利要求5所述电脑程控式飞行器静力加载试验方法，其特征在于，步骤二中上位机(10)控制每个加载部(3)移动到指定位置的过程为: 上位机(10)下达位置指令给单片机(9)，所述位置指令包括X坐标和y坐标，单片机(9)通过电机驱动模块(307)驱动X轴电机(301)工作，带动该加载部(3)的气缸(306)在X轴导轨(201)上移动至指定的X坐标；x轴电机(301)行进的位移由X轴码盘传感器(303)计量； 停止驱动X轴电机(301)，同时驱动y轴电机(302)工作，令y轴电机(302)带动该加载部(3)的气缸(306)在 7轴导轨上移动至指定的y坐标，y轴电机(302)行进的位移由y轴码盘传感器(304)计量。
【文档编号】G01M13/00GK103940604SQ201410191096
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】张大为, 尹维龙, 赫晓东, 王云杨, 姜超, 胡平 申请人:哈尔滨工业大学