本发明属于模态试验领域，具体涉及搭建一种自由边界模拟系统，该系统可以满足模态试验的边界要求。
背景技术：
通常为了获取产品的频率、振型、阻尼与振型斜率等动力学特性参数，需对产品进行模态试验。被试产品的正常工作环境应尽可能复现，有相当一部分产品的正常工作环境处于完全自由的边界条件，例如处于飞行状态的飞行器，为此需在地面模拟这种自由的边界条件，从而便于模态试验的开展。通常边界支承系统的刚体运动频率低于产品弹性基频的1/5到l/6即满足自由边界的支承要求，不会对模态试验的结果构成不利影响。
对于大型产品(例如运载火箭)的模态试验往往在振动塔中进行，其边界模拟系统以弹簧-钢索柔性悬挂为主，对于中小型产品，在振动塔中进行性价比较低，且针对大型产品的配套悬挂设备往往自重较大，会给产品带来较大的附加质量，影响模态试验结果，同时临时搭建悬挂系统往往对试验场地要求较高，带来一定的安全隐患。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
利用一系列气囊将产品平稳托举，满足垂向支承频率的要求，提出了一种高效可靠的自由边界模拟系统搭建方法。
(二)技术方案
本发明一种用于模态试验的自由边界模拟系统，包括n个放置于地面的限位机构和气囊，至少两个限位机构对称布置于气囊周围，气囊与供气系统连接；所述限位机构、气囊布置于产品承载结构处，不工作时被试产品放置于限位机构上，工作时，向气囊内充气将产品托举浮起，并在一定高度保持稳定。
进一步地，所述气囊上部固定转接工装，不工作时，被试产品通过转接工装放置于限位机构上，转接工装与被试产品接触面的外形契合。
进一步地，所述转接工装的下表面固定锥台结构，所述限位机构为中空结构，转接工装插入限位机构内，锥台结构与中空的限位机构配合，被试产品落下时位置不变，当被试产品浮起后，限位机构实现被试产品横滚与俯仰两个自由的限位和垂向运动的下限位。
进一步地，所述供气系统包括气路控制台，气路控制台包括供气总路为气体的入口，与外部气源连接，和多个供气支路的出口，每个气囊与单独的供气支路连接，每一个供气支路设置比例控制阀和泄放阀。
进一步地，还包括控制系统，所述控制系统包括边界模拟控制器、压力传感器、位移传感器；边界模拟控制器与气路控制台、压力传感器、位移传感器通过电缆连接，所述位移传感器设置于气囊附近，压力传感器设置于气囊上。
进一步地，所述比例控制阀和泄放阀与边界模拟控制器连接。
进一步地，还包括附加气室，所述附加气室在供气支路与气囊之间，在供气支路设置比例控制阀和泄放阀，附加气室设置压力传感器。
工作过程：工作前，被试产品通过转接工装放置于限位机构上，开启气源供气，启动边界模拟控制器，将被试产品浮起；待被试产品浮起高度满足模态试验要求时，开启边界模拟控制器的滤波功能；被试产品的自由边界模拟完成，可以进行模态试验。
(三)有益技术效果
针对中小型产品的模态试验工况，提供了一种简单可行的自由边界模拟方案；本系统灵活性大，适应性好，可根据产品状态和试验条件自由匹配气囊的规格、数量、布局及是否采用附加气室；本系统拓展能力强，系统配套控制系统可匹配多台气路控制台，单台气路控制台可匹配多台气囊，从而便于应对较大规模的试验。
附图说明
图1：用于模态试验的自由边界模拟系统结构图
1-被试产品，2-转接工装，3-气囊，4-位移传感器，5-限位机构，6-压力传感器，7-附加气室，8-气路控制台，9-总路接口，10-边界模拟控制器，11-锥台结构。
具体实施方式
除了下面所述的实施例，本发明还可以有其它实施例或以不同方式来实施。因此，应当知道，本发明并不局限于在下面的说明书中所述或在附图中所示的部件的结构的详细情况。当这里只介绍一个实施例时，权利要求并不局限于该实施例。
如图1所示，本发明一种用于模态试验的自由边界模拟系统包括被试产品1、转接工装2、气囊3、位移传感器4、限位机构5，压力传感器6、附加气室7、气路控制台8、总路接口9、边界模拟控制器10，锥台结构11。
限位机构5对称布置于气囊3两次，限位机构5、气囊3布置于产品承载结构处下方，不工作时被试产品1通过转接工装2停放于限位机构5上，工作时，向气囊3内充气将产品托举浮起，并在一定高度保持稳定。
气囊3上部安装转接工装2，被试产品1通过转接工装2放置于限位机构5上，转接工装2与被试产品1的外形契合，转接工装2与被试产品1和气囊2上部固连。
限位机构5为中空结构，转接工装2的下表面固连锥台结构11，锥台结构11插入限位机构5内。限位机构5可实现被试产品1的长期停放，锥台结构11与中空的限位机构5配合，可保证被试产品1再次落下时位置不变，当被试产品1浮起后，限位机构5可实现被试产品1横滚与俯仰两个自由的限位和垂向运动的下限位。
所述供气系统包括气路控制台8，气路控制台8包括供气总路9为气体的入口，与外部气源连接，和多个供气支路的出口，每个气囊与单独的供气支路连接，每一个供气支路设置比例控制阀和泄放阀。
控制系统包括边界模拟控制器10、压力传感器6、位移传感器4；边界模拟控制器10与气路控制台8、压力传感器6、位移传感器4通过电缆连接，所述位移传感器4设置于气囊附近，压力传感器6设置于供气支路上；边界模拟控制器10用于实时闭环解算与全程监测；其中压力传感器6设置于供气支路或附加气室7上，用于测量供气压力；附加气室7，在供气支路与气囊之间，在供气支路设置比例控制阀和泄放阀。
依据试验要求，可在供气支路与气囊3之间接入附加气室7；应用本发明所述系统，通过合理选择气囊的规格和数量，必要时采用附加气室，可使边界模拟系统的支承频率满足模态试验要求。
在产品浮起后，通过合理的设计控制参数，可使闭环控制不对模态试验引起的产品位移波动进行修正，从而不干扰模态试验的结果。
系统中的气路控制台8可匹配多台气囊3，系统中的边界模拟控制器10可匹配多台气路控制台8。
系统搭建前，根据被试产品1的质量分布与承载分布设计气囊3的数量与分布，根据被试产品1的模态基频选定气囊3的压力等级，以及确定采用附加气室6，根据气囊3与被试产品1的物理接口设计转接工装2。
试验前，将气囊3、转接工装2与限位机构5放置于厂房地面，间距满足被试产品承力分布，通过吊装将被试产品1放置于转接工装2上，此时气囊3不承载，所有重量由限位机构5负担。
将位移传感器4安置于气囊3附近，将压力传感器6安置于附加气室7上。
将气源与气路控制台8总路接口9相连。
联通气路控制台8与附加气室7之间的管路，联通附加气室7与气囊3之间的管路。
连接边界模拟控制器10与位移传感4和压力传感器6之间的信号线缆，连接边界模拟控制器10与气路控制台8之间的信号线缆。
工作时，开启气源供气，启动边界模拟控制器10，将被试产品1浮起；待被试产品1浮起高度满足模态试验要求时，开启边界模拟控制器10的滤波功能；被试产品1的自由边界模拟完成，可以进行模态试验。
上面对本发明的实施案例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的一个实施案例，但是本发明并不限于上述实施案例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。