朱麗 王真

中航工業(yè)飛行試驗研究院測試技術(shù)研究所

細直管路傳感器安裝中黏結(jié)劑選型研究

朱麗 王真

中航工業(yè)飛行試驗研究院測試技術(shù)研究所

針對目前機上細直管路加速度測量時，傳感器的安裝不宜使用支架安裝加大了細直管路的重量。本文根據(jù)機載測試環(huán)境的要求以及管路振動加速度測量的要求，提出采用黏結(jié)劑進行粘貼。對黏結(jié)劑選型進行研究，并使用黏結(jié)劑進行管路振動加速度測量實驗，為安裝加速度傳感器測試提供了一種確實可行的方案。

振動傳感器;黏結(jié)劑;安裝方式;加速度測量

1.概述

隨著飛機材料飛速發(fā)展，飛機的管路朝著精細的方向發(fā)展。管路振動已成為影響飛機整體性能的重要因素，促使管路在各種環(huán)境條件下的振動測試成為飛機測試技術(shù)的重點之一。

飛機管路的振動較易發(fā)生在中、低頻率段，常規(guī)的測量方法主要是采用電磁式拾振器，壓電式、應(yīng)變式加速度傳感器等方法。但由于所采用的傳感器及其敏感元件尺寸較大，在傳感器安裝時，為管路系統(tǒng)帶來額外的附件重量，測量誤差加大，同時尺寸較大的傳感器安裝也存在很大困難。

安裝加速度傳感器屬于接觸測量，需注意安裝方法，以減小對測試結(jié)果的影響。振動傳感器的安裝有使用黏結(jié)劑粘貼和安裝支架兩種方法。一般情況下，振動傳感器都是直接固定于被測系統(tǒng)上，不使用支架。傳感器直接安裝在被測結(jié)構(gòu)上時，要求其接觸剛度好、抗機械干擾性強，接觸面接觸彈簧的自然頻率至少大于傳感器自然頻率的五倍。

2.黏結(jié)劑的選型和對比

本文中，對Vishay公司、中航電測、樂泰等公司的黏結(jié)劑進行選型。黏結(jié)劑的選型結(jié)果及各黏結(jié)劑的性能參數(shù)如表1所示。

表1 黏結(jié)劑選型和性能參數(shù)對比

在上述粘結(jié)劑型號中，聚氨酯AZ-709、特種環(huán)氧H-611、改性環(huán)氧GD-711和LOCTITE401在常規(guī)的工程結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試中使用最為廣泛。其中LOCTITE401的適用溫度范圍較廣，該黏結(jié)劑已經(jīng)在很多航空航天的工程問題中得到了應(yīng)用。Permabond737、Permabond820以及353ND在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中使用比較廣泛。這三種黏結(jié)劑的溫度范圍較廣，溫度穩(wěn)定性較好，但是353ND的固化要求很高。

在對上述多種黏結(jié)劑的篩選過程中，主要考慮以下三方面:

（1）工作溫度范圍:黏結(jié)劑在高溫環(huán)境下會變軟，在低溫環(huán)境下會變得很脆。兩種情況都會導(dǎo)致加速度傳感器的脫落。以加速度傳感器2222C為例，其工作溫度范圍如圖1所示。從其溫度范圍可以在-10℃～150℃的溫度范圍內(nèi)，加速度傳感器靈敏度的偏差在5%以內(nèi)。根據(jù)這個溫度范圍，篩選出黏結(jié)劑:LOCTITE401、Permabond820和353ND。

圖1 加速度傳感器2222C的溫度特性曲線

（2）工作濕度范圍:LOCTITE401、Permabond820和353ND的防潮性能都比較好，三種黏結(jié)劑都滿足要求。

（3）固化要求:在現(xiàn)場布置時，應(yīng)該盡量使用常溫常壓下可以固化的黏結(jié)劑?？紤]實際飛機管路比較復(fù)雜，所以根據(jù)需要測試的管路的振動主方向，傳感器的布置很少處于水平布置，多數(shù)情況屬于非水平布置狀態(tài)，如圖2所示。對于非水平布置狀態(tài)的傳感器而言，如果不使用快干的黏結(jié)劑，傳感器很容易移位甚至脫落。所以黏結(jié)劑應(yīng)該選擇為可以在常溫常壓下固化，快速凝固的黏結(jié)劑。根據(jù)這一要求，選擇LOCTITE401和Permabond820作為本項目最終使用的黏結(jié)劑。這兩種黏結(jié)劑可以在室溫條件下快速凝固保證傳感器布置位置不會發(fā)生變化和脫落。

圖2 加速度傳感器布置方向示意圖

3.黏結(jié)劑對加速度傳感器測量精度的影響測試實驗

測量精度的影響測試實驗使用的振動頻率為244Hz。圖3分別給出了使用LOCTITE401和Permabond820兩種黏結(jié)劑布置加速度傳感器在三次相同臺面加速度3g激振下的響應(yīng)波形。圖4分別給出了使用LOCTITE401和Permabond820兩種黏結(jié)劑布置加速度傳感器的輸出管路振動加速度測量值隨臺面振動加速度的變化曲線。從圖3和圖4可以看出，信號的重復(fù)性很好。

圖3 臺面加速度3g激振下的響應(yīng)波形

圖4 測量加速度隨臺面加速度的變化曲線

在管路振動頻率為244Hz下，對使用兩種黏結(jié)劑的加速度傳感器的加速度測量精度進行對比。如表2和表3所示。精度的計算方法采用方和根法，如下式所示:

其中ξL表示傳感器的非線性誤差，ξR表示傳感器的重復(fù)性誤差。ξL、ξR的計算式如下:

表2 加速度傳感器加速度測量精度計算表，黏結(jié)劑LOCTITE401

表3 加速度傳感器加速度測量精度計算表，黏結(jié)劑Permabond820

通過計算得出兩者的測試精度分別為4.6%和5.0%。這其中還包含了振動臺加速度的控制誤差，加速度傳感器本身的測量誤差以及信號測試系統(tǒng)的誤差。

4.黏結(jié)劑在長期疲勞振動下對加速度測量的影響測試實驗

為了加速疲勞振動實驗，在此實驗項目中臺面加速度選擇了10g。振動頻率仍然采用244Hz。因為通過模態(tài)測試發(fā)現(xiàn)該頻率的振動加速度響應(yīng)最明顯。圖5分別給出了使用LOCTITE401和Permabond820兩種黏結(jié)劑布置加速度傳感器在臺面加速度為10g情況下的響應(yīng)波形。兩者的響應(yīng)加速度值均超過了100g。

圖5 臺面加速度10g激振下的響應(yīng)波形

使用LOCTITE401布置加速度傳感器的疲勞振動測試實驗持續(xù)了15天。考慮到臺面加速度值較大，為了保護振動臺，平均每天的累計激振時間為2小時。共計采集了158組振動測試數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)的同時記錄當時的環(huán)境溫度情況。數(shù)據(jù)采集主要集中在每天的11:00～15:00。圖6（a）給出了每次數(shù)據(jù)采集時的溫度情況，溫度基本在20℃～33℃范圍內(nèi)波動。使用Permabond820布置加速度傳感器的疲勞振動測試實驗持續(xù)了12天。平均每天的累計激振時間為2.5小時。共計采集了120組振動測試數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)的同時記錄當時的環(huán)境溫度情況。數(shù)據(jù)采集同樣主要集中在每天的中午11:00～15:00。圖6（b）給出了每次數(shù)據(jù)采集時的溫度情況，溫度基本在22℃～32℃范圍內(nèi)波動。

圖6 加速度傳感器疲勞振動實驗數(shù)據(jù)采集對應(yīng)的溫度變化情況

圖7 分別給出了在兩種黏結(jié)劑布置情況下的加速度傳感器疲勞振動響應(yīng)情況?？梢钥闯?，加速度傳感器輸出的管路振動加速度測量值基本在測量誤差范圍內(nèi)浮動，最大偏差小于5%，并且沒有產(chǎn)生輸出衰減或異常的趨勢。

圖7 加速度傳感器疲勞振動響應(yīng)情況

5.總結(jié)

通過本文的研究主要得到以下結(jié)論和結(jié)果:（1）選定LOCTITE401和Permabond820作為振動測試中使用的黏結(jié)劑。（2）通過對黏結(jié)劑的高溫、低溫耐久性以及溫度沖擊的測試。測試結(jié)果表明黏結(jié)劑不會因為長期的高溫或低溫工作環(huán)境，甚至是溫度急劇變化的環(huán)境而發(fā)生性能退化導(dǎo)致加速度傳感器脫落。（3）使用黏結(jié)劑布置加速度傳感器對管路進行了振動測試實驗。實驗結(jié)果表明:①使用本文中選用的兩種粘結(jié)劑，信號的重復(fù)性較好；②幾乎不會對加速度傳感器測量精度造成影響；③疲勞振動特性較好，可以滿足試飛測試期間使用且穩(wěn)定的要求。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.13.058