[发明专利]一种薄壁机匣结构振动能量传递特性可视化实验平台

说明书

本发明涉及一种薄壁机匣结构振动能量传递特性可视化实验平台，尤其适用于航空发动机薄壁机匣，可实现在不同支承条件、激振位置和振动激励类型下薄壁机匣结构全局振动能量传递特性可视化实验研究。该实验平台由敷设光学压力敏感涂料的薄壁机匣结构本体、光学透明真空箱、激振器、激光光源、电荷耦合设备(CCD相机)、图像采集与控制单元组成。敷设光学压力敏感涂料的薄壁机匣结构受到激振器作用产生振动，压力敏感涂料受到激光光源照射而被激发，真空环境下CCD相机捕捉薄壁机匣结构表面声压变化，传输到图像采集与控制系统，得出薄壁机匣结构振动能量传递矢量场图，继而得出薄壁机匣结构的振动能量传递特性。

技术领域

本发明属于机匣动力学特性实验技术领域，涉及一种薄壁机匣结构动力学特性实验装置，特别涉及一种薄壁机匣结构振动能量传递特性实验平台，尤其适用于航空发动机薄壁机匣，用以实现航空发动机薄壁机匣结构在激振力作用下的全局振动能量传递路径可视化，得出全局振动能量传递特性，实现薄壁机匣振动的有效控制和抑制，继而可实现薄壁机匣结构在多种固定支承方式、激励载荷情况下的全局振动能量传递特性可视化实验研究，为航空发动机薄壁机匣结构动力学行为分析以及机匣与整机振动控制与抑制的研究提供实验测量方案和硬件支持。

背景技术

随着对航空发动机推重比要求的不断提高，机匣结构被设计的越来越薄，以减轻重量，提高推重比。机匣作为航空发动机主要的承力和传力部件，承受并传递多种振动载荷。薄壁机匣进一步加强了航空发动机部件间振动的耦合，引起航空发动机复杂的整机振动特性，危及航空发动机运行的安全性和可靠性。

结构中振动的传播本质上是振动能量的传递。航空发动机转动部件激励产生的振动载荷本质上以振动能量的形式通过支板传递至机匣结构，在机匣上传递并与其他部件的振动相互耦合、相互影响。因此，研究航空发动机机匣振动能量传递模式和主要传递路径，对航空发动机机匣及整机振动控制和抑制具有重要意义。

目前，振动能量传递特性实验测量手段主要包括接触法和非接触法。接触法主要通过安装在结构表面的应变片、加速度传感器等设备进行直接测量，这些传感器的质量、阻尼等特性会直接影响被测结构的振动响应，从而影响振动能量传递特性的测量精度和准确性，并且这种局部点测量无法得出振动结构的全局振动能量传递特性。非接触法主要通过水听器、激光多普勒测速仪等设备进行间接测量，大多基于声学或光学原理，其实验设备复杂而精密、对环境噪声和光源强度等实验测量条件要求苛刻以及信号降噪、重构等测量数据后处理过程繁琐，限制了该方法在存在法兰接触等非线性结构中的应用。

压力敏感涂料测量技术是利用高分子有机物受激后发出荧光或磷光的光致发光特性和具有顺磁特性的氧分子对这些受激发光物质显著去活作用的“氧猝灭”效应，以适当波长激发光源使覆盖在受测物体表面具有的光敏分子胶体涂层发出荧光或磷光，由光学图像拍摄设备捕捉涂层表面的亮度图像，经过图像处理和亮度与压力转换，获得受测物体表面压力分布图谱的测量方法。振动结构表面压力与振动能量传递特性有关，经过数据处理便可测得薄壁机匣结构振动能量传递特性矢量图。因此，基于压力敏感涂料的非接触式振动能量传递特性测量手段，可实现航空发动机薄壁机匣结构全局振动能量传递特性实验测量，在航空发动机机匣及整机振动控制与抑制方面具重要应用价值。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种薄壁机匣结构振动能量传递特性可视化实验平台，尤其适用于航空发动机薄壁机匣结构，通过在薄壁机匣结构本体上敷设光学压力敏感涂料，基于压力敏感涂料的非接触式振动能量传递特性测量手段，薄壁机匣结构本体在激振器作用下产生振动，压力敏感涂料受到激光光源照射而被激发，真空环境下CCD相机捕捉薄壁机匣结构本体表面声压变化，传输到图像采集与控制系统，得出薄壁机匣结构振动能量传递矢量场图，继而实现薄壁机匣结构在多种固定支承方式、激励载荷情况下的全局振动能量传递特性可视化实验研究，为航空发动机薄壁机匣结构动力学行为分析以及机匣与整机振动控制与抑制的研究提供实验测量方案和硬件支持。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：