结构热模态试验连续脉冲序列激励装置制造方法及图纸

结构热模态试验连续脉冲序列激励装置，一种高温环境下高超声速飞行器结构模态试验激励技术，为了解决现有的激励振荡器对被测结构造成附加影响，从而造成了测量误差的问题。本发明专利技术的信号发生器与功率放大器相连，功率放大器与激励源相连；激励源用于根据增益信号产生脉冲信号，作用于被测结构上的激励位置处；一号温度传感器与温度控制装置相连；温度控制装置与石英灯加热阵列相连；一号响应传感器与振动信号采集仪相连；振动信号采集仪和温度控制装置均与计算机相连；石英灯加热阵列用于加热被测结构；所述激励源包括测力型激励源和非测力型激励源。有益效果为避免了对结构产生附加影响，确保测试结果更为准确。

Continuous pulse sequence excitation device for structural thermal mode test

A continuous pulse train excitation device for structural thermal mode test, a modal test excitation technology for hypersonic vehicle in high temperature environment, is proposed to solve the problem of measurement error in order to solve the additional influence of the existing excitation oscillator on the tested structure. Connected to the signal generator and power amplifier of the invention, the power amplifier is connected with the excitation source; excitation source for generating a pulse signal according to the signal gain, to be measured at excitation position on the structure; a temperature sensor connected with the temperature control device; the temperature control device is connected with the quartz lamp heating array sensor is connected with the vibration signal; a signal acquisition instrument response; vibration signal acquisition system and temperature control device are connected with the computer; quartz lamp heating array for heating the tested structure; the excitation source includes force type excitation and non force type excitation source. The beneficial effect is to avoid the additional influence on the structure, and to ensure that the test results are more accurate.

【技术实现步骤摘要】
结构热模态试验连续脉冲序列激励装置
本专利技术涉及一种高温环境下高超声速飞行器结构模态试验激励技术。
技术介绍
高超声速飞行器具有高机动性能、高突防能力、远距离精准打击等突出特点，被很多国家视为未来国防和航空航天领域的主要发展方向。美国航空航天局NASA在世纪初提出的下一代发射技术(NextGenerationLaunchTechnology)计划中，将吸气式高超声速飞行技术研究作为重要目标之一，致力于在2025年使高超声速试验飞行器预期具备作业能力。同时，俄罗斯、法国、日本等国家也在高超声速飞行技术研究领域投入巨大，而且目标飞行器的马赫数均在10以上；我国的高超声速飞行技术虽然起步较晚，但在国家的大力支持下正处于全面快速发展之中。飞行器以高马赫数在稠密大气层内飞行的过程中，前端空气被严重压缩，并与迎风面摩擦，引起剧烈的气动加热现象，导致飞行器表面温度急剧升高。极端高温环境会造成材料模量下降，同时引起结构内部的热变形和热应力，这不仅削弱了飞行器结构承载能力，还导致其动力学特性发生改变，进而可能诱发颤振等更加严重的问题。因此，气动热是高超声速飞行器结构设计阶段不可忽视的环境载荷之一。结构在热载荷作用下的振动问题，理论方法已经可以给出简单的梁板结构的热力非耦合问题和耦合问题近似解析解；但对于高超声速飞行器结构而言，材料和载荷的复杂程度都超出了理论方法的解决范围，必须依赖仿真计算和地面模拟试验相互结合来完成。一方面地面模拟试验是在任何飞行器的设计与考核阶段都不可或缺的关键环节，而热模态试验更是高超声速飞行器地面试验中最为重要的项目之一。另一方面，现阶段的仿真技术在处理复合材料层合结构时，缺少方便准确的建模方法，计算的准确度无法保证，将时变热载荷加入考虑后，计算效率进一步降低。为了提高仿真结果的可靠程度，验证仿真与试验的模型相关性根据试验结果对模型参数进行修正是比较常用的办法；这就更凸显了试验的重要性。常温环境下的模态试验技术历经几十年的发展，已经形成了较为完备的体系。但在热模态试验领域，高温带来的障碍几乎无处不在，相关技术中又以激励技术发展最为滞后。多数热模态试验中所采用的激励方式仅是对常温下激励方式增加了必要的热防护措施。激振器激励是目前热模态试验最常用的激励方式，但这种方式极易对被测结构产生附加影响，引起测试结果误差增大，而在高温环境下，该影响还会随着温度升高而恶化。此外，由于采用激振器激励时，需要可靠的机械连接将激振杆与被测结构连接在一起。在热模态试验中，连接点不仅要传递激励载荷，还需要承受不同材料间热膨胀不匹配和其他热变形不协调所引起的应力。由于粘接方式固化过程复杂，耗时长，成本高，而且可靠性无法保证，一般采用螺栓连接的方式，但是螺栓连接需要被测结构在激励位置附近有合适的孔位，普通的金属材料试件可直接打孔连接，但在实际工程应用中，在试件上打孔往往是不被允许的。以目前在航空航天领域广泛应用的复合材料为例，复合材料层合结构和包含泡沫芯层、蜂窝芯层等柔性夹芯的夹芯结构作为承载部件的使用率非常高，而在高超声速飞行器表层结构普遍采用更为先进的防热承载一体化设计思想，大量采用一体化成型的陶瓷基夹层复合材料结构。一方面，与金属结构不同，这些复合材料结构，特别是包含柔性或脆性材料的结构，打孔极易在结构局部引起严重损伤甚至整体破坏；另一方面，被测结构往往是真实产品，而模态试验作为一种典型的非破坏性试验，对产品进行打孔是应该尽可能避免的。由此可见，在复合材料结构的热模态试验，甚至一些常温模态试验中，经典激励方式的应用受到了很大的局限。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的激励振荡器对被测结构造成附加影响，从而造成了测量误差的问题，提出了一种结构热模态试验连续脉冲序列激励装置。本专利技术所述的结构热模态试验连续脉冲序列激励装置，包括激励源、石英灯加热阵列、一号温度传感器、温度控制装置、信号发生器、功率放大器、一号响应传感器和振动信号采集仪；信号发生器用于生成驱动信号；信号发生器的驱动信号输出端与功率放大器的驱动信号输入端相连，功率放大器的增益信号输出端与激励源的增益信号输入端相连；激励源用于根据增益信号产生脉冲信号，作用于被测结构上的激励位置处；一号温度传感器用于实时感应被测结构的温度；一号温度传感器的温度信号输出端与温度控制装置的温度信号输入端相连；温度控制装置的温控信号输出端与石英灯加热阵列的温控信号输入端相连；温度控制装置的显示信号输出端与计算机的显示信号输入端相连；一号响应传感器用于实时感应被测结构振动的频率与振动的振幅；一号响应传感器的振动信号输出端与振动信号采集仪的振动信号输入端相连；振动信号采集仪的显示信号输出端与计算机的显示信号输入端相连；石英灯加热阵列用于加热被测结构。有选的是，激励源为测力型激励源；所述测力型激励源包括一号激振器、连接杆、力传感器和冲击锤头；一号激振器的激振输出端与连接杆的一端固定连接，连接杆(2)的另一端与冲击锤头固定连接；力传感器设置在连接杆的另一端与冲击锤头的连接处；冲击锤头作用于被测结构上的激励位置处。优选的是，测力型激励源还包括二号温度传感器和二号响应传感器；二号温度传感器和二号响应传感器均设置在连接杆的另一端与冲击锤头的连接处；所述二号温度传感器的温度信号输出端与温度控制装置的温度信号输入端相连；所述二号响应传感器的振动信号输出端与振动信号采集仪的振动信号输入端相连。优选的是，激励源为非测力型激励源；所述非测力型激励源包括二号激振器、连接座和半球头耐高温陶瓷杆；连接座固定在二号激振器的输出端上；半圆头耐高温陶瓷杆的一端为螺纹端，半圆头耐高温陶瓷杆的另一端为半球头端；半圆头耐高温陶瓷杆的螺纹端与连接座固定连接，半圆头耐高温陶瓷杆的半球头端作用于被测结构上的激励位置处。优选的是，连接座包括外连接件、内连接件和螺栓；所述外连接件设有陶瓷杆孔和连接件孔；内连接件固定在外连接件的连接件孔内；陶瓷杆孔的孔壁上设有螺纹，半圆头耐高温陶瓷杆的螺纹端通过螺纹固定在陶瓷杆孔内；所述内连接件设有螺栓孔；螺栓穿过内连接件的螺栓孔与二号激振器的输出端固定连接。优选的是，非测力型激励源还包括螺母；螺母设置在半圆头耐高温陶瓷杆上，并且螺母靠近螺纹端设置。优选的是，半圆头耐高温陶瓷杆采用耐高温硬质氧化铝陶瓷制成；半圆头耐高温陶瓷杆的总长度为200mm；半圆头耐高温陶瓷杆的直径为8mm。优选的是，还包括隔热挡板；隔热挡板用于遮挡一号激振器或二号激振器，避免一号激振器过热或二号激振器过热。优选的是，冲击锤头或半圆头耐高温陶瓷杆的运动方向与被测结构的表面垂直；冲击锤头或半圆头耐高温陶瓷杆的半球头的初始位置与被测结构表面之间的距离由信号发生器的类型决定。本专利技术所述的结构热模态试验连续脉冲序列激励装置中激励源的类型根据实验过程中激励位置处的温度是否高于力传感器所允许使用的温度上限决定，如果实验过程中激励位置处的温度高于力传感器所允许使用的温度上限，则选用非测力型激励源，否则选用测力型激励源。本专利技术的工作原理为：连续脉冲激励方式的原理可视为随机锤击法；随机锤击法的特点是采用轻质量力锤在结构上施加随机间隔的力脉冲，实际产生的激励信号即为连续脉冲序列；这种激励方式与单次锤击激励相比，不仅提高了响应的信噪比，还避免本文档来自技高网...

【技术保护点】
结构热模态试验连续脉冲序列激励装置，其特征在于，包括激励源、石英灯加热阵列(8)、一号温度传感器(9‑1)、温度控制装置(10)、信号发生器(11)、功率放大器(12)、一号响应传感器(13‑1)和振动信号采集仪(14)；信号发生器(11)用于生成驱动信号；信号发生器(11)的驱动信号输出端与功率放大器(12)的驱动信号输入端相连，功率放大器(12)的增益信号输出端与激励源的增益信号输入端相连；激励源用于根据增益信号产生脉冲信号，作用于被测结构(7)上的激励位置处；一号温度传感器(9‑1)用于实时感应被测结构(7)的温度；一号温度传感器(9‑1)的温度信号输出端与温度控制装置(10)的温度信号输入端相连；温度控制装置(10)的温控信号输出端与石英灯加热阵列(8)的温控信号输入端相连；温度控制装置(10的显示信号输出端与计算机(16)的显示信号输入端相连；一号响应传感器(13‑1)用于实时感应被测结构(7)振动的频率与振动的振幅；一号响应传感器(13‑1)的振动信号输出端与振动信号采集仪(14)的振动信号输入端相连；振动信号采集仪(14)的显示信号输出端与计算机(16)的显示信号输入端相连；石英灯加热阵列(8)用于加热被测结构(7)。...

【技术特征摘要】
1.结构热模态试验连续脉冲序列激励装置，其特征在于，包括激励源、石英灯加热阵列(8)、一号温度传感器(9-1)、温度控制装置(10)、信号发生器(11)、功率放大器(12)、一号响应传感器(13-1)和振动信号采集仪(14)；信号发生器(11)用于生成驱动信号；信号发生器(11)的驱动信号输出端与功率放大器(12)的驱动信号输入端相连，功率放大器(12)的增益信号输出端与激励源的增益信号输入端相连；激励源用于根据增益信号产生脉冲信号，作用于被测结构(7)上的激励位置处；一号温度传感器(9-1)用于实时感应被测结构(7)的温度；一号温度传感器(9-1)的温度信号输出端与温度控制装置(10)的温度信号输入端相连；温度控制装置(10)的温控信号输出端与石英灯加热阵列(8)的温控信号输入端相连；温度控制装置(10的显示信号输出端与计算机(16)的显示信号输入端相连；一号响应传感器(13-1)用于实时感应被测结构(7)振动的频率与振动的振幅；一号响应传感器(13-1)的振动信号输出端与振动信号采集仪(14)的振动信号输入端相连；振动信号采集仪(14)的显示信号输出端与计算机(16)的显示信号输入端相连；石英灯加热阵列(8)用于加热被测结构(7)。2.根据权利要求1所述的结构热模态试验连续脉冲序列激励装置，其特征在于，激励源为测力型激励源；所述测力型激励源包括一号激振器(1)、连接杆(2)、力传感器(3)和冲击锤头(4)；一号激振器(1)的激振输出端与连接杆(2)的一端固定连接，连接杆(2)的另一端与冲击锤头(4)固定连接；力传感器(3)设置在连接杆(2)的另一端与冲击锤头(4)的连接处；冲击锤头(4)作用于被测结构(7)上的激励位置处。3.根据权利要求2所述的结构热模态试验连续脉冲序列激励装置，其特征在于，测力型激励源还包括二号温度传感器(9-2)和二号响应传感器(13-2)；二号温度传感器(9-2)和二号响应传感器(13-2)均设置在连接杆(2)的另一端与冲击锤头(4)的连接处；所述二号温度传感器(9-2)的温度信号输出端与温度控制装置(10)的温度信号输入端相连；所述二号响应传感器(13-2)的振...

【专利技术属性】
技术研发人员：于开平，白云鹤，赵锐，周昊天，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23