[发明专利]一种用于模态试验的自由边界模拟系统

说明书

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；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；本系统不工作时，被试产品通过转接工装放置于限位机构上；本系统工作时，可通过向气囊内打气将产品托举浮起，并在一定高度保持稳定，实现被试产品的自由边界模拟，从而可以进行模态试验。

技术领域

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。

发明内容

(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