Способ определения метрологических характеристик многоканальной аппаратуры для измерения взаимных спектров виброакустических нагрузок на летательных аппаратах

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения многомерных вибрационных и акустических нагрузок на летательных аппаратах. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения погрешности влияния фазочастотных и амплитудно-частотных рассогласований стейных каналов. Заявленный способ включает измерение напряжения на выходе двух каналов и соответствующих им уровней случайных нагрузок, одновременно возбуждаемых датчиком сигналов, сопоставляют замеренные сигналы на выходе и синхронизируют по частоте и уровню фазочастотные характеристики сквозных цепей попарно сочетаемых сквозных каналов, определив амплитудно-частотные взаимные энергетические, фазочастотные характеристики и динамическую погрешность в полосе частот калибруемой аппаратуры. 4 ил.

Изобретение относится к классу технической физики, в частности к промышленной вибротехнике, и может быть использован для определения метрологических характеристик бортовой многоканальной виброаппаратуры, предназначенной для измерения многомерных вибронагрузок на летательных аппаратах.

Цель изобретения состоит в повышении точности виброизмерений взаимных спектральных характеристик двумерных вибронагрузок путем упразднения погрешностей от фазочастотных и амплитудно-частотных искажений в смежных (попарно сочитаемых) каналах бортовой виброизмерительной аппаратуры.

Сущность способа определения метрологических характеристик многоканальной аппаратуры для измерения взаимных спектров виброакустических нагрузок на летательных аппаратах, заключающаяся в том, что на вход каждого из каналов контролируемой аппаратуры воздействуют измерительным сигналом, регистрируют выходные сигналы каждого из каналов; при этом для достижения указанной цели осуществляют воздействие измерительным сигналом одновременно на вход каждого из попарно сочетаемых каналов контролируемой аппаратуры и на вход образцового канала многоканальной аппаратуры, определяют взаимные энергетические спектры S(f) зарегистрированных выходных сигналов каждых из попарно сочетаемых каналов и автономного спектра S(f) выходного сигнала образцового канала, определяют погрешность влияния фазовых и амплитудно-частотных рассогласований попарно сочетаемых каналов по соотношению K_iν(f) где Н_о АЧХ образцового канала; S(f)- автономный спектр выходного сигнала образцового канала; S(f) взаимный энергетический спектр (i-го ν -го) каналов.

Предлагаемый способ позволяет расширить его применение на область летных испытаний в части обеспечения требуемой точности измерения взаимных спектров многомерных вибронагрузок, не проводя трудоемких предполетных работ по юстировке взаимных метрологических характеристик многоканальной виброизмерительной аппаратуры.

На фиг.1 представлено техническое решение по аналогу; на фиг.2 техническое решение по прототипу; на фиг.3 техническое решение по изобретению; на фиг.4 экспериментальная реализация предлагаемого способа: а летные испытания, б лабораторные испытания.

П р и м е р. 1-ый этап. Измерение двумерных вибронагрузок (фиг.4а). На летательном аппарате в местах его конструкции в попарно сочетаемых точках производятся измерения случайных двумерных вибронагрузок ζ_i(t) и ζ_ν(t). На выходе соответствующих каналов виброаппаратуры регистрируются сигналы Y_i(t) и Y_ν(t). С помощью средств вычислительной техники формируются взаимные спектры S(f).

2-ой этап. Спектральный анализ взаимных спектров. Так как в процессе виброизмерений и статической обработки двумерных вибронагрузок действуют частотные преобразования Y_i(f)=H_i(f).ζ_i(f) (1) Y_ν(f)= H_ν(f)˙ζ_ν(f), то оценка взаимного спектра S(f) представляется как S (f)=H_i˙H_ν˙e^j(Θi^-Θν⁾ x Sζ_iζ_ν(f) (2) Следовательно, истинный фактор S(f) может быть сформирован посредством оценки S(f), если ее исправить с помощью спектрального множителя, содержащего семейство метрологических характеристик многоканальной виброизмерительной аппаратуры. Эта работа непосильна метрологическим службам из-за большого объема, не укладывающегося в сжатые сроки предполетной калибровки.

3-ый этап. Лабораторная калибровка (фиг.4 б). Штатная виброаппаратура совместно с образцовым каналом регистрирует контрольный вибропроцесс ζ_o(t), воспроизводимый на испытательном вибростенде: X_i(f)=H_i(f)˙ζ_o(f)
X_ν(f)=H_ν(f)˙ζ_o(f) (3)
X_o(f)= H_o(f)˙ζ_o(f) Взаимные спектры в данном случае определяются путем преобразований S(f)=H_ν˙H_i˙e^j(Θi^-Θν⁾x
xS(f) (4) а автономный спектр как
S(f)=H_o²˙S(f) (5)
4-й этап. Введение корректировки взаимной спектральной оценки. Сопоставляя (14) и (15), находим
S(f) · S(f) (6) Наконец, устанавливается по (6)
K_iν(f) H_i·H_ν·e= (7) Тогда согласно ((2) окончательно представляется истинный взаимный спектр S(f) по его оценке S(f), т.е.

S(f) S(f) (8) или K_iν(f)
Блок спектральной корректировки оценки взаимного спектра S(f) исправляет ее, обеспечивая высокоточные измерения истинного значения S(f) путем упразднения фазочастотных и амплитудных частотных искажений, возникающих в смежных каналах виброаппаратуры по (7)
Таким образом соотношение (7) рассматривается как новая корректирующая взаимная метрологическая характеристика многоканальной виброизмерительной аппаратуры для решения целевой задачи изобретения, минуя трудоемкие работы по установке раздельных АЧХ и ФЧХ каналов виброаппаратуры.

Измерение когерентных спектров многомерных вибронагрузок.

Многомерные вибронагрузки представляются в виде совокупности случайных функций, отображающих реальные вибропроцессы, действующие на бортовых конструкциях летательного аппарата.

Например, набор случайных функций
Y(t), ζ₁(t), ζ₂(t), ζ₃(t). (9) может рассматриваться в качестве динамики применительно к сложным вибрационным системам, при этом ζ₁,ζ₂,ζ₃ входные вибровоздействия, а Y(t) реакция на эти воздействия.

Конкретный спектр выходной вибронагрузки определяется как
S_YY(f)˙Coh(f) (10)
Функция множественной когерентности Coh(f) находится путем формирования соотношения, состоящего из взаимных спектров попарно сочетающихся вибропроцессов (9)
1 Coh(f) (11)
Так как взаимные спектры в (11) находятся с помощью соответствующих спектральных оценок, то для получения состоятельной по точности оценки функции множественной когерентности следует использовать корректирующие поправки по (8).

Исследование спектральной динамики вибрационной системы при совместном воздействии вибрационных и акустических нагрузок.

В этом случае спектральная динамика системы, представленная спектральной характеристикой S_YY(f), слагается из реакции от вибрационной и акустических нагрузок.

На долю вибрационной нагрузки
S_YY(f)˙Coh²_Y/ζ(f) (12) а на долю акустической нагрузки
S_YY(f)[1-Coh²_Y/ζ(f)] (13) Точность представления когерентных спектров (12) и (13) решается аналогичным путем по предыдущему примеру.

Измерение интенсивности звука. Интенсивность звука вычисляется по формуле, учитывающей мнимую часть взаимного спектра S(f)до и после переключения каналов. Таким образом, в этом примере точность представления оценки взаимного спектра играет определяющую роль, соответствующее решение находится по (8).

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОКАНАЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЗАИМНЫХ СПЕКТРОВ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ, заключающийся в том, что на вход каждого из каналов контролируемой аппаратуры воздействуют измерительным сигналом, регистрируют выходные сигналы каждого из каналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения погрешности влияния фазочастотных и амплитудно-частотных рассогласований смежных каналов, воздействие измерительным сигналом осуществляют одновременно на вход каждого из попарно сочетаемых каналов контролируемой аппаратуры и на вход образцового канала многоканальной аппаратуры, определяют взаимные энергетические спектры зарегистрированных выходных сигналов каждых из попарно сочетаемых каналов и автономный спектр выходного сигнала образцового канала, определяют погрешность влияния фазово- и амплитудно-частотных рассогласований попарно сочетаемых каналов по соотношению

где -автономный спектр вибронагрузок образцового канала;
H₀=H₀(x) амплитудно-частотная характеристика образцового канала;
взаимный спектр вибрационных нагрузок, измеренных по выходным сигналам X_i, X_v смежных каналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4