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中国计量院成功解决高加速度振动量值溯源问题

发布时间:2017-02-16来源:阅读:

日前,由中国计量院承担的国家质检总局科技计划项目“谐振式高加速度振动标准装置建立”顺利通过专家验收。该项目成功建立了包括谐振式振动发生系统、控制系统和激光绝对法测量系统在内的高加速度振动标准装置,在国际上首次实现了最高10000 m/s2的振动加速度准确测量,测量不确定度突破了0.5%(k=2),整体技术水平优于国外同类装置,达到了国际领先水平。装置的建立满足了我国高端动力装备关键部件的性能测试、先进传感器制造等领域对高加速度振动量值的准确溯源需求,标志着我国高加速度振动参数测量不再受制国外。

共振导致的疲劳损伤是引起航空发动机、燃汽轮机等高端动力装备关键零部件失效的主要机制之一,而此类共振通常具有较大的振动加速度——用于航空发动机测试的加速度传感器测量范围需达到4900 m/s2,航空发动机高压级压气机叶片的工作加速度幅值更是高达10000 m/s2以上。然而,此类高加速度振动量值无法在国内进行溯源,导致飞机零部件疲劳试验和计量认证等长期受制于国外,严重制约了我国高技术含量、高国际竞争力的核心产品的开发与贸易。解决振动疲劳测试领域高加速度振动量值的传递问题迫在眉睫。

为此,中国计量院在国家质检总局科技计划项目支撑下,围绕高加速度振动量值的发生、控制和高精度测量技术展开了深入研究。经过多年努力,由中国计量院力声所振动与重力实验室蔡晨光副研究员领衔的项目组基于谐振放大原理,创新性地提出了“直推谐振梁固支端”的设计,解决了谐振梁附加阻尼的影响,成功研制了最大加速度10000 m/s2的谐振式高加速度振动发生装置;采用谐振频率迭代识别的方法,解决了谐振梁共振频率的实时跟踪问题,建立了谐振式高加速度振动控制系统,实现了高加速度振动的精确控制;采用带通采样和奈奎斯特采样结合的技术,解决了高加速度振动量值的绝对法测量问题,实现了17.9 Hz~2968 Hz频率范围内外差激光干涉信号的直接采集和解调,建立了绝对法高加速度振动测量和校准系统。

项目组研制的谐振式高加速度振动发生装置、控制系统、激光绝对法测量系统,实现了高加速度振动标准装置的全部配套,频率范围、最大加速度、测量不确定度等技术指标均优于国外同类装置,整体技术水平国际领先。该装置已经应用于新型航空发动机叶片测试设备和传感器的校准和测试,为我国航空发动机叶片测试中加速度高达10000 m/s2的振动量值提供了准确溯源。