張 偉，由 于，徐 健

（中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所，陜西?西安?710065）

某涵道尾槳疲勞壽命認(rèn)定試驗(yàn)中，尾槳受到2個(gè)方向的作用力：沿葉身方向的離心力和葉身法向的氣動(dòng)力。離心力是葉片自重在高速旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生，同時(shí)因轉(zhuǎn)速的波動(dòng)而發(fā)生低周循環(huán)；氣動(dòng)力是尾槳高速旋轉(zhuǎn)時(shí)葉身受到的氣流壓力，同時(shí)因?yàn)橹味ㄗ拥母缮孀饔枚l(fā)生高周循環(huán)。

試驗(yàn)要求2種載荷能夠協(xié)調(diào)同步加載，真實(shí)模擬尾槳葉片在真實(shí)工作環(huán)境下的受載情況，復(fù)現(xiàn)葉片在工作中的破壞故障。

1 試驗(yàn)方案及流程

葉片受到的兩種試驗(yàn)載荷在三維坐標(biāo)系中正交，且頻率相差較大，無(wú)法使用單一試驗(yàn)加載設(shè)備進(jìn)行同時(shí)加載。經(jīng)過(guò)研究和試驗(yàn)，最終的試驗(yàn)方案是離心力載荷采用由載荷傳感器、液壓作動(dòng)缸和MOOG協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行精確加載，氣動(dòng)力載荷采用由加速度傳感器、電磁振動(dòng)臺(tái)和振動(dòng)控制儀組成的系統(tǒng)進(jìn)行控制加載[1]。試驗(yàn)系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。

圖1 ??試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

試驗(yàn)采用疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑?1.6 s為一個(gè)試驗(yàn)周期，每個(gè)試驗(yàn)周期中間間隔2 s。每一個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)，高周循環(huán)載荷主動(dòng)加載，且在加載開始時(shí)，發(fā)出同步觸發(fā)信號(hào)；低周循環(huán)載荷在初始狀態(tài)，接收同步觸發(fā)信號(hào)，開始自動(dòng)加載，一個(gè)周期結(jié)束后，回到初始狀態(tài)，等待下一個(gè)試驗(yàn)周期的觸發(fā)信號(hào)[2]。試驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 ??試驗(yàn)同步加載流程

準(zhǔn)備工作就緒后，首先將低周循環(huán)載荷加載至初始狀態(tài)并保持，等待同步信號(hào)的觸發(fā)；然后啟動(dòng)高周循環(huán)載荷的加載，同時(shí)，振動(dòng)控制儀發(fā)出同步觸發(fā)信號(hào)；MOOG控制器接收到觸發(fā)信號(hào)，執(zhí)行自動(dòng)啟動(dòng)試驗(yàn)的腳本文件，按照給定的載荷譜和加載程序，開始低周載荷的加載；同步觸發(fā)在0.3 s內(nèi)即可完成，因此認(rèn)為高、低周載荷是同時(shí)開始加載；一個(gè)試驗(yàn)周期結(jié)束，高周載荷停止，低周載荷回至初始狀態(tài)；振動(dòng)控制儀判斷是否到達(dá)設(shè)定的循環(huán)次數(shù)，如果到達(dá)，試驗(yàn)結(jié)束，若未到達(dá)，間隔2 s，開始下一個(gè)試驗(yàn)周期的試驗(yàn)；如果手動(dòng)停止試驗(yàn)，則高低周載荷分別執(zhí)行完本試驗(yàn)周期的載荷加載后，停止試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 低周載荷加載結(jié)果

隨機(jī)截取一個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)的某段加載數(shù)據(jù)，見表1，表中列出了每一個(gè)低周循環(huán)載荷到達(dá)峰谷時(shí)的命令反饋誤差，圖3則展示了實(shí)時(shí)加載過(guò)程中的加載精度。

表1 ??低周載荷加載結(jié)果

圖3 ??低周載荷加載過(guò)程曲線

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得知，試驗(yàn)過(guò)程中低周載荷加載準(zhǔn)確，加載過(guò)程平穩(wěn)，加載誤差小于0.8%，滿足試驗(yàn)的加載精度要求。低周疲勞載荷加載不受高周載荷加載的影響，充分驗(yàn)證了試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的正確性、載荷解耦的合理性。

2.2 高周載荷加載結(jié)果

試驗(yàn)前，對(duì)高周循環(huán)載荷進(jìn)行標(biāo)定，將力載荷轉(zhuǎn)化為位移量載荷。經(jīng)過(guò)標(biāo)定，高周載荷對(duì)應(yīng)的位移量為0.32 mm（峰峰值），試驗(yàn)將按照此位移量進(jìn)行控制加載。加載結(jié)果如圖4所示。

圖4??高周載荷加載結(jié)果

圖4 中左下部分和右半部分為實(shí)時(shí)控制信息，其中，C為控制命令：0.32 mm（峰峰值），加載頻率為91.82 Hz（Freq）；1#和2#為振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的位移幅值，3#為上夾板處位于葉尖的位移幅值，4#為上夾板處靠近葉根的位移幅值，該兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)距離轉(zhuǎn)軸軸心的距離分別為220 mm和72 mm；左上部分為某段時(shí)間內(nèi)的加載控制結(jié)果。

從圖4的左上部分的加載結(jié)果可以看出，高周循環(huán)載荷的加載重復(fù)性較好，3#和4#測(cè)量點(diǎn)的位移量呈現(xiàn)線性比例關(guān)系，位移量之比大概為3：1，與測(cè)點(diǎn)位置距離轉(zhuǎn)軸軸心的比值近似相同。測(cè)量點(diǎn)距轉(zhuǎn)軸的距離和測(cè)量點(diǎn)的位移量的比例關(guān)系為式（1）。

由式（1）的計(jì)算結(jié)果看出，測(cè)量點(diǎn)距轉(zhuǎn)軸的距離和測(cè)量點(diǎn)的位移量的比例關(guān)系的誤差小于2%，充分說(shuō)明了高周循環(huán)載荷加載的準(zhǔn)確性較高，重復(fù)性較好。

任意選取某段時(shí)間內(nèi)的高周載荷加載過(guò)程，加載控制誤差如圖5所示。

圖5 ??高周載荷控制誤差

從圖5中可以看出，高周載荷的加載控制誤差均小于0.8%，低于試驗(yàn)大綱要求的1%的加載控制誤差，且加載的重復(fù)性較好。

高周載荷加載結(jié)果充分說(shuō)明，高周循環(huán)載荷加載方案正確可行，能夠真實(shí)模擬試驗(yàn)件的受載情況，加載控制穩(wěn)定，重復(fù)性高，控制誤差小于0.8%，滿足高周循環(huán)載荷加載的精度要求。

3 誤差分析

高低周復(fù)合載荷的兩種載荷已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了物理解耦及單獨(dú)加載，但最終還是通過(guò)一套內(nèi)外夾具將載荷傳遞至同一試驗(yàn)件上，兩種載荷的加載存在著較小的相互耦合，對(duì)載荷加載的精度會(huì)有一定的影響[3]。

對(duì)低周載荷加載誤差進(jìn)行分析，主要影響因素包括：

（1）高周循環(huán)載荷加載時(shí)的振動(dòng)通過(guò)內(nèi)外夾具，傳遞至低周載荷加載裝置，導(dǎo)致低周載荷加載會(huì)出現(xiàn)輕微的波動(dòng)，但沒(méi)有超出低周載荷的加載精度要求范圍。

（2）控制參數(shù)的設(shè)置。

（3）油源系統(tǒng)的壓力波動(dòng)。

對(duì)高周載荷加載誤差進(jìn)行分析，主要影響因素包括以下2點(diǎn)。

（1）振動(dòng)臺(tái)和試驗(yàn)件之間的連接機(jī)構(gòu)的微小間隙。

（2）長(zhǎng)時(shí)間的高頻試驗(yàn)，導(dǎo)致連接機(jī)構(gòu)緊固部分可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)[4]。

針對(duì)上述原因，在試驗(yàn)過(guò)程中，采取了以下措施：

（1）在內(nèi)外夾具之間增加橡膠墊進(jìn)行隔振處理。

（2）不斷調(diào)整和優(yōu)化控制參數(shù)，以獲得更理想的控制效果。

（3）對(duì)低周載荷加載裝置進(jìn)行加固和減振處理，減小其受迫振動(dòng)。

（4）每500個(gè)試驗(yàn)周期結(jié)束，試驗(yàn)暫停，使油泵系統(tǒng)、電磁振動(dòng)臺(tái)冷卻降溫，對(duì)加載設(shè)備等進(jìn)行檢查緊固。

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，上述措施，均有效提高了高、低周載荷的加載控制精度，進(jìn)一步改善了加載控制品質(zhì)。

4 結(jié)????論

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，充分證明了該高低周復(fù)合載荷加載控制技術(shù)的正確性和可行性，加載控制協(xié)調(diào)平穩(wěn)，加載精度滿足試驗(yàn)的要求。同時(shí)，此方法也為此類復(fù)合載荷試驗(yàn)提供了一種新的試驗(yàn)方法，為復(fù)合載荷的加載控制積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)該試驗(yàn)方法加以改進(jìn)和優(yōu)化，即可進(jìn)行更大尺寸、更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高低周復(fù)合載荷試驗(yàn)，后期還可以考慮溫度載荷的疊加。