基于光纤传感测量的直升机旋翼分布载荷识别

论文摘要

直升机旋翼分布载荷识别是直升机旋翼空气动力学和动力学领域中具有挑战性的研究课题。基于光纤传感测量的直升机旋翼分布载荷识别技术可以克服传统电测传感器测量的缺陷,发挥一系列独特的其他传感载体和媒质难以相比的优点,是一项很有应用潜力的新技术。本文利用光纤Bragg光栅传感器测量桨叶的振动信号,建立了一种直升机旋翼分布载荷的识别方法。当力场作用于光纤光栅时,光纤Bragg光栅折射率和栅距也随之变化,即光纤光栅反射波长的漂移,通过检测波长漂移量就可以获得被测量,最直接的为应变量。这种应变量无任何噪声污染,并且光纤Bragg光栅传感器质量轻,体积小,可以分布式测量桨叶沿展向各剖面的应变。本文建立了一种由光纤光栅实测应变推算出桨叶分布载荷的方法。通过实测桨叶各剖面弯曲应变,经变换得到旋翼桨叶剖面弯矩,然后利用已知的模态内力或位移,求得广义坐标,最终确定桨叶挥舞状态的位移、结构载荷和气动载荷分布。以悬停状态下无铰式桨叶为试验对象,采用光纤Bragg光栅传感器测量桨叶在旋转状态下的挥舞弯曲应变,然后按照本文建立的桨叶分布载荷识别方法,计算得到了桨叶测量剖面的挥舞变形、结构载荷和气动载荷分布情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 旋翼桨叶载荷识别技术的研究现状
• 1.3 光纤传感测量技术的研究现状
• 1.4 本文研究意义
• 1.5 本文研究内容
• 第二章 光纤BRAGG 光栅传感技术
• 2.1 引言
• 2.2 光纤BRAGG 光栅传感原理
• 2.3 光纤BRAGG 光栅传感特点
• 2.4 光纤BRAGG 光栅传感应用
• 2.5 光纤BRAGG 光栅传感测量误差分析
• 2.6 小结
• 第三章 直升机旋翼分布载荷识别方法
• 3.1 引言
• 3.2 测量剖面的弯矩
• 3.3 桨叶单元剖面弯矩
• 3.4 广义坐标
• 3.5 桨叶测量剖面的挥舞变形
• 3.6 桨叶分布气动载荷
• 3.7 小结
• 第四章 直升机旋翼桨叶振动信号的光纤传感测量
• 4.1 引言
• 4.2 旋翼模型
• 4.3 实验装置
• 4.4 实验状态
• 4.5 实验过程
• 4.6 桨叶固有特性
• 4.6.1 理论计算
• 4.6.2 测试桨叶固有频率
• 4.6.3 结果分析
• 4.7 小结
• 第五章 基于测量数据的识别结果
• 5.1 引言
• 5.2 桨叶测量剖面的弯矩
• 5.2.1 识别结果
• 5.2.2 结果分析
• 5.3 桨叶测量剖面的挥舞变形
• 5.3.1 识别结果
• 5.3.2 结果分析
• 5.4 桨叶气动力分布
• 5.4.1 识别结果
• 5.4.2 结果分析
• 5.5 小结
• 第六章 结束与展望
• 6.1 本文主要工作内容
• 6.1.1 工作主要内容
• 6.1.2 工作主要创新
• 6.2 进一步研究的展望
• 6.2.1 桨叶挥舞-摆振-扭转应变测量
• 6.2.2 光纤Bragg 光栅应变花
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的主要论文及成果