CN117906892A - 燃气流冲击模拟试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气流冲击模拟试验装置及方法，模拟试验装置包括组舱平台、施力绳、传力绳、拉力传感器、加载工装架、拉力传导机构、标记贴片和激光定位仪，被试验方舱的舱体固定在组舱平台的顶部，施力绳的一端与组舱平台固定连接、另一端为拉力施加端，传力绳的一端为环状，施力绳的绳体活动连接在传力绳端部的环内，拉力传感器设置在传力绳上，拉力传导机构分别与加载工装架和传力绳的另一端连接，加载工装架固定在被试验方舱的舱盖内表面，被试验方舱的主要受力位置粘贴有标记贴片，激光定位仪用于标记每个标记贴片的初始位置。能模拟真实燃气流冲击工况下方舱受到的冲击力，且试验方法简单、结果准确。
Description
技术领域
本发明属于方舱检测技术领域，更加具体来说，本发明涉及一种燃气流冲击模拟试验装置及方法。
背景技术
由于方舱使用的便捷性和多功能性，方舱的应用越来越广泛，比如应用在航天发射等领域，在发射时会受到强大的燃气流冲击，要求方舱具有足够的抗冲击能力，为了保证安全性和成功率，方舱在投入使用前需进行试验来测试强度和抗冲击性能。
目前无法进行实际工况下的燃气流冲击试验测试，大多通过理论计算或者叠加仿真分析来验证方舱结构强度是否满足使用工况要求，不能真实地验证方舱的结构强度和刚度是否满足要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明创新地提供了一种燃气流冲击模拟试验装置及方法，将燃气流压强转换为拉力，能模拟真实燃气流冲击工况下方舱受到的冲击力，且试验方法简单、结果准确。
为实现上述的技术目的，本发明第一方面公开了一种燃气流冲击模拟试验装置，包括组舱平台、施力绳、传力绳、拉力传感器、加载工装架、拉力传导机构、标记贴片和激光定位仪，
所述组舱平台用于承载被试验方舱，被试验方舱的舱体固定在所述组舱平台其中一端的顶部；
所述施力绳的一端与所述组舱平台的另一端固定连接，所述施力绳的另一端为拉力施加端；
所述传力绳的一端为环状，所述施力绳的拉力施加端穿过所述传力绳端部的环、所述施力绳的绳体活动连接在所述传力绳端部的环内；
所述拉力传感器用于检测施加的拉力大小，设置在所述传力绳上；
所述拉力传导机构分别与所述加载工装架和所述传力绳的另一端连接，用于将拉力均匀的传导至加载工装架上；
所述加载工装架的形状与被试验方舱的舱盖形状匹配，所述加载工装架固定在被试验方舱的舱盖内表面，所述加载工装架的外表面与被试验方舱的舱盖内表面贴合，用于将拉力均匀地加载至被试验方舱的舱盖上；
所述标记贴片用于标记采集形变数据位置，至少在被试验方舱的舱盖、舱体底部、舱体上铰链安装处和舱体上开启机构安装处粘贴有所述标记贴片；
所述激光定位仪用于标记每个所述标记贴片的初始位置。
进一步地，所述拉力传导机构包括传力架、第一传力杆和传力带，所述加载工装架和被试验方舱舱盖的内外两侧均设有所述第一传力杆，所述第一传力杆平行于所述加载工装架的中轴线设置且与所述加载工装架的中轴线处于同一平面，两个所述第一传力杆的两端分别通过所述传力带连接，所述第一传力杆和所述传力带连接成的矩形结构包围所述加载工装架和被试验方舱的舱盖，所述加载工装架外侧的所述第一传力杆与所述传力绳连接，靠近所述加载工装架内表面一侧的第一传力杆通过所述传力架与所述加载工装架的内表面固定连接，多个所述传力架沿所述加载工装架的中轴线均匀排布。
进一步地，所述传力架包括第二传力杆、第三传力杆和第四传力杆，所述第二传力杆垂直于所述第一传力杆，多个所述第二传力杆沿垂直于所述加载工装架中轴线的方向均匀排布，所述第三传力杆和第四传力杆用于连接所有的第二传力杆，所述第三传力杆的形状与所述加载工装架的内表面形状匹配，所述第三传力杆的一侧与所述加载工装架的内表面固定连接，所述第三传力杆的另一侧与所有第二传力杆的端部固定连接，所述第四传力杆与所有第二传力杆的另一个端部固定连接，所述第三传力杆远离所述第二传力杆的一侧与所述第一传力杆固定连接，所述第三传力杆垂直于所述第一传力杆。
进一步地，所述传力绳还连接有吊绳，所述吊绳的另一端连接有吊装机构，用于调整舱盖的拉力方向为水平方向。
进一步地，还包括模拟车架，所述模拟车架固定在被试验方舱的舱体和所述组舱平台之间，用于支撑被试验方舱。
进一步地，所述加载工装架和被试验方舱的舱盖之间设有保护层。
进一步地，所述标记贴片为应力贴片。
进一步地，所述加载工装架和被试验方舱的舱盖的边缘通过C型夹夹紧。
为实现上述的技术目的，本发明第二方面公开了一种燃气流冲击模拟试验方法，包括以下步骤：
步骤一、将被试验方舱的舱体固定在组舱平台上；
步骤二、操作开盖机构打开被试验方舱的舱盖，至少在舱盖、舱体底部、舱体上铰链安装处和舱体上开启机构安装处粘贴标记贴片，在舱盖的内表面安装加载工装架，利用激光水平仪标定各标记贴片的初始位置并记录数据；
步骤三、在施力绳的拉力施加端施加拉力，逐渐增加拉力，且在每个预设拉力值保持预设时间，保力过程中测量并记录各标记贴片当前位置相对初始位置的位移变化数据；
步骤四、试验完成后撤去拉力，再次测量并记录各标记贴片的位移变化数据。
进一步地，还包括步骤五，被试验方舱通电进行开关盖，检验开盖机构功能是否完好。
本发明的有益效果为：
本发明的燃气流冲击模拟试验装置及方法，将燃气流压强转换为拉力，能模拟真实燃气流冲击工况下方舱受到的冲击力，且试验方法简单、结果准确。
附图说明
图1是本发明实施例的燃气流冲击模拟试验装置的结构示意图。
图2是本发明实施例的燃气流冲击模拟试验装置另一视角的结构示意图。
图3是本发明实施例的舱盖、加载工装架和传力架的结构示意图。
图中，
1、组舱平台；2、施力绳；21、拉力施加端；3、传力绳；4、拉力传感器；5、加载工装架；6、拉力传导机构；61、传力架；611、第二传力杆；612、第三传力杆；613、第四传力杆；62、第一传力杆；63、传力带；7、模拟车架；8、吊绳；9、舱盖；10、舱体。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明提供的燃气流冲击模拟试验装置及方法进行详细的解释和说明。
本实施例具体公开了一种燃气流冲击模拟试验装置，如图1和2所示，包括组舱平台1、施力绳2、传力绳3、拉力传感器4、加载工装架5、拉力传导机构6、标记贴片和激光定位仪，组舱平台1用于承载被试验方舱，被试验方舱的舱体10固定在组舱平台1其中一端的顶部，组舱平台1与地面通过地基连接。施力绳2的一端与组舱平台1的另一端固定连接，施力绳2的另一端为拉力施加端21，施力绳2的拉力施加端21可连接施加拉力的仪器。传力绳3的一端为环状，施力绳2的拉力施加端21穿过传力绳3端部的环、施力绳2的绳体活动连接在传力绳3端部的环内；由于施力绳2的一端与组舱平台1固定连接，此端为固定端，在施力绳2的拉力施加端21施加拉力时，如果被试验方舱发生形变，传力绳3会产生一定的位移，为了施加更大的拉力，施力绳2的中段穿入传力绳3的环内、在环内活动。拉力传感器4用于检测施加的拉力大小，设置在传力绳3上，如图1和2所示，拉力传感器4设置在传力绳3的中间段，拉力传感器4通过拉环与传力绳3连接。拉力传导机构6分别与加载工装架5和传力绳3的另一端连接，用于将拉力均匀的传导至加载工装架5上。加载工装架5的形状与被试验方舱的舱盖9形状匹配，加载工装架5固定在被试验方舱的舱盖9内表面，加载工装架5的外表面与被试验方舱的舱盖9内表面贴合，用于将拉力均匀地加载至被试验方舱的舱盖9上。标记贴片用于标记采集形变数据位置，至少在被试验方舱的舱盖9、舱体10底部、舱体10上铰链安装处和舱体10上开启机构安装处粘贴有标记贴片，即在被试验方舱的主要受力位置粘贴标记贴片；具体的，舱盖9上可在边缘和中部各粘贴多个标记贴片，粘贴的标记贴片越多，测得的数据越多，结果可信度越高，舱体10的底部前端、后端均粘贴标记贴片，舱体10上铰链安装位置的前端、后端和终端均粘贴标记贴片，舱盖9开启机构在电缸下支座处粘贴标记贴片。激光定位仪用于标记每个标记贴片的初始位置，施力后测试施力后与初始位置的相对位移，便能获得每个标记贴片处的形变量。
具体的，如图1-3所示，拉力传导机构6包括传力架61、第一传力杆62和传力带63，加载工装架5和被试验方舱舱盖9的内外两侧均设有第一传力杆62，第一传力杆62平行于加载工装架5的中轴线设置且与加载工装架5的中轴线处于同一平面，本实施例的被试验方舱舱盖9和加载工装架5的中轴线指沿被试验方舱舱盖9的长度方向的中轴线，两个第一传力杆62的两端分别通过传力带63连接，第一传力杆62和传力带63连接成的矩形结构包围加载工装架5和被试验方舱的舱盖9，加载工装架5外侧的第一传力杆62与传力绳3连接，靠近加载工装架5内表面一侧的第一传力杆62通过传力架61与加载工装架5的内表面固定连接，多个传力架61沿加载工装架5的中轴线均匀排布，进而将拉力均匀地传导至加载工装架5上，再加载至被试验方舱的舱盖9上。
如图2和3所示，传力架61包括第二传力杆611、第三传力杆612和第四传力杆613，第二传力杆611垂直于第一传力杆62，多个第二传力杆611沿垂直于加载工装架5中轴线的方向均匀排布，第三传力杆612和第四传力杆613用于连接所有的第二传力杆611，第三传力杆612的形状与加载工装架5的内表面形状匹配，第三传力杆612可为直线型也可为与方舱舱盖9的内表面形状匹配的弯折状，第三传力杆612的一侧与加载工装架5的内表面固定连接，第三传力杆612的另一侧与所有第二传力杆611的端部固定连接，第四传力杆613与所有第二传力杆611的另一个端部固定连接，第三传力杆612远离第二传力杆611的一侧与第一传力杆62固定连接，第三传力杆612垂直于第一传力杆62。方舱的舱盖9都是关于中轴线对称的形状，多个第二传力杆611的排布也关于加载工装架5的中轴线对称，能将拉力均匀且对称的传递至舱盖9上。
在可选的实施例中，燃气流冲击模拟试验装置还包括模拟车架7，模拟车架7固定在被试验方舱的舱体10和组舱平台1之间，用于支撑被试验方舱。模拟车架7包括底座和底座顶部固定的四个弯折状顶杆，底座呈立体梯形状，四个顶杆呈矩形排布，顶杆包括从下到上依次连接的竖直段、倾斜段和水平段，倾斜段向外倾斜使得水平段位于竖直段的斜上方，水平段支撑在被试验方舱的舱体10底部、与舱体10固定连接。模拟车架7的设置抬高被试验方舱，使得第一传力杆62和传力带63接近水平状态，即使舱盖9受到的拉力接近水平状态。
在可选的实施例中，传力绳3还连接有吊绳8，吊绳8的另一端连接有吊装机构，吊装机构可以为吊车，用于调整舱盖9的拉力方向为水平方向。吊绳8与传力绳3的连接位置位于拉力传感器4更靠近施力绳2的一侧，使得拉力传感器4直接测得的是被试验方舱受到的实际拉力，如图1和2所示，吊绳8连接在拉力传感器4和传力绳3连接用的拉环上。吊装机构施力向上拉动传力绳3，使得传力绳3与吊绳8的连接处到传力绳3与拉力传导机构6的连接处之间的传力绳3绳体处于水平状态，拉力传感器4也保持水平状态，即舱盖9受到水平的拉力。
在可选的实施例中，加载工装架5和被试验方舱的舱盖9之间设有保护层，避免试验过程中磨损伤害被试验方舱的舱盖9。优选地，保护层为海绵橡胶板。
在可选的实施例中，标记贴片为应力贴片，应力贴片随着被试验方舱的应变一起伸缩，可从应力贴片的伸缩状态获知应力贴片所在处被试验方舱的形变情况。
在可选的实施例中，加载工装架5和被试验方舱的舱盖9的边缘通过C型夹夹紧，保证加载工装架5固定牢靠，保证模拟试验的顺利进行。
本发明实施例公开了一种燃气流冲击模拟试验方法，包括以下步骤：
步骤一、将被试验方舱的舱体10固定在组舱平台1上；在本实施例中，被试验方舱的舱体10固定在组舱平台1上的模拟车架7上。
步骤二、操作开盖机构打开被试验方舱的舱盖9，舱盖9开启到位，至少在舱盖9边缘、舱盖9中部、舱盖9与舱体10之间的铰链以及舱盖9开启电缸支座处粘贴标记贴片，本实施例在舱盖9前端最高点、舱盖9后端最高点、舱体10铰链安装位置前端、舱体10铰链安装位置中端、舱体10铰链安装位置后端、舱体10底部前端、舱体10底部电缸安装位置和舱体10底部后端粘贴标记贴片，在舱盖9的内表面安装加载工装架5，安装时先在舱盖9内表面衬垫5mm厚黑色海绵橡胶板，舱盖9上海绵橡胶板对应标记贴片位置开设躲避孔，然后调整加载工装架5与舱盖9内面海绵橡胶板接触，加载工装架5与舱盖9边缘区域使用C型夹夹紧，通过传力带63将两个第一传力杆62连接，通过在施力绳2的拉力施加端21用行车以及在吊绳8处用吊装机构通过拉力传感器4将加载工装架5进行预拉载，调整加载工装架5位置，保证加载工装架5合拉力方向与舱盖9近似水平；然后，利用激光水平仪标定各标记贴片的初始位置并记录数据。
步骤三、在施力绳2的拉力施加端21施加拉力，逐渐增加拉力，且在每个预设拉力值保持预设时间，各预设拉力值根据实际工况进行设置，保力过程中测量并记录各标记贴片当前位置相对初始位置的位移变化数据。
步骤四、试验完成后撤去拉力，再次测量并记录各标记贴片的位移变化数据。
还包括步骤五，被试验方舱通电进行开关盖，检验开盖机构功能是否完好。
如果标记贴片为应力贴片，也可直接观察和测量应力贴片自身的伸缩变化情况，来反映粘贴处的变形情况。
经计算，舱盖9开启到位后，燃气流冲击工况下内外压差为1261Pa，图1和2所示方舱结构的舱盖9各内侧面受到1261Pa(等同于1038kg负载受力)燃气流压强作用下，因此采用上述试验方法对舱盖9依次施加0.1t、0.3t、0.5t、0.6t、0.8t、1.038t(1261Pa)的负载，每个负载值保力1min；保力过程中测量并记录各标记贴片当前位置相对初始位置的位移变化数据。
上述8个标记贴片的位移测量数据如下表所示：
对数据分析可知，最大变形位置在舱盖后端最高点，最大变形为478mm，最大点与仿真变形趋势一致，且试验完成后舱盖正常恢复，开启机构结构及功能正常，且试验完成后对铰链进行探伤，铰链状态良好。证明本试验方法贴近真实燃气流冲击工况，能模拟真实燃气流的冲击力。
本申请将燃气流冲击作用力通过计算转化为拉力进行施加试验，通过制作专用燃气流冲击模拟试验装置，将加载工装架贴合固定在被试验方舱的舱盖的内侧，能够将加载的拉力均布分布在舱盖的内侧，贴近真实燃气流冲击的工况；在主要受力位置处粘贴标记贴片，采集受力大小，同时记录燃气流冲击前后发生的位移变化，计算位移值是否在被试验方舱结构承受的变形范围内，来反映出被试验方舱结构强度和刚度是否满足使用工况要求，方法简单可行，且具有安全性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任至少一个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃气流冲击模拟试验装置，其特征在于，包括组舱平台(1)、施力绳(2)、传力绳(3)、拉力传感器(4)、加载工装架(5)、拉力传导机构(6)、标记贴片和激光定位仪，
所述组舱平台(1)用于承载被试验方舱，被试验方舱的舱体(10)固定在所述组舱平台(1)其中一端的顶部；
所述施力绳(2)的一端与所述组舱平台(1)的另一端固定连接，所述施力绳(2)的另一端为拉力施加端(21)；
所述传力绳(3)的一端为环状，所述施力绳(2)的拉力施加端(21)穿过所述传力绳(3)端部的环、所述施力绳(2)的绳体活动连接在所述传力绳(3)端部的环内；
所述拉力传感器(4)用于检测施加的拉力大小，设置在所述传力绳(3)上；
所述拉力传导机构(6)分别与所述加载工装架(5)和所述传力绳(3)的另一端连接，用于将拉力均匀的传导至加载工装架(5)上；
所述加载工装架(5)的形状与被试验方舱的舱盖(9)形状匹配，所述加载工装架(5)固定在被试验方舱的舱盖(9)内表面，所述加载工装架(5)的外表面与被试验方舱的舱盖(9)内表面贴合，用于将拉力均匀地加载至被试验方舱的舱盖(9)上；
所述标记贴片用于标记采集形变数据位置，至少在被试验方舱的舱盖、舱体底部、舱体上铰链安装处和舱体上开启机构安装处粘贴有所述标记贴片；
所述激光定位仪用于标记每个所述标记贴片的初始位置。
2.根据权利要求1所述的燃气流冲击模拟试验装置，其特征在于，所述拉力传导机构(6)包括传力架(61)、第一传力杆(62)和传力带(63)，所述加载工装架(5)和被试验方舱舱盖(9)的内外两侧均设有所述第一传力杆(62)，所述第一传力杆(62)平行于所述加载工装架(5)的中轴线设置且与所述加载工装架(5)的中轴线处于同一平面，两个所述第一传力杆(62)的两端分别通过所述传力带(63)连接，所述第一传力杆(62)和所述传力带(63)连接成的矩形结构包围所述加载工装架(5)和被试验方舱的舱盖(9)，所述加载工装架(5)外侧的所述第一传力杆(62)与所述传力绳(3)连接，靠近所述加载工装架(5)内表面一侧的第一传力杆(62)通过所述传力架(61)与所述加载工装架(5)的内表面固定连接，多个所述传力架(61)沿所述加载工装架(5)的中轴线均匀排布。
3.根据权利要求2所述的燃气流冲击模拟试验装置，其特征在于，所述传力架(61)包括第二传力杆(611)、第三传力杆(612)和第四传力杆(613)，所述第二传力杆(611)垂直于所述第一传力杆(62)，多个所述第二传力杆(611)沿垂直于所述加载工装架(5)中轴线的方向均匀排布，所述第三传力杆(612)和第四传力杆(613)用于连接所有的第二传力杆(611)，所述第三传力杆(612)的形状与所述加载工装架(5)的内表面形状匹配，所述第三传力杆(612)的一侧与所述加载工装架(5)的内表面固定连接，所述第三传力杆(612)的另一侧与所有第二传力杆(611)的端部固定连接，所述第四传力杆(613)与所有第二传力杆(611)的另一个端部固定连接，所述第三传力杆(612)远离所述第二传力杆(611)的一侧与所述第一传力杆(62)固定连接，所述第三传力杆(612)垂直于所述第一传力杆(62)。
4.根据权利要求1所述的燃气流冲击模拟试验装置，其特征在于，所述传力绳(3)还连接有吊绳(8)，所述吊绳(8)的另一端连接有吊装机构，用于调整舱盖(9)的拉力方向为水平方向。
5.根据权利要求1所述的燃气流冲击模拟试验装置，其特征在于，还包括模拟车架(7)，所述模拟车架(7)固定在被试验方舱的舱体(10)和所述组舱平台(1)之间，用于支撑被试验方舱。
6.根据权利要求1所述的燃气流冲击模拟试验装置，其特征在于，所述加载工装架(5)和被试验方舱的舱盖(9)之间设有保护层。
7.根据权利要求1所述的燃气流冲击模拟试验装置，其特征在于，所述标记贴片为应力贴片。
8.根据权利要求1所述的燃气流冲击模拟试验装置，其特征在于，所述加载工装架(5)和被试验方舱的舱盖(9)的边缘通过C型夹夹紧。
9.一种燃气流冲击模拟试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将被试验方舱的舱体(10)固定在组舱平台(1)上；
步骤二、操作开盖机构打开被试验方舱的舱盖，至少在舱盖、舱体底部、舱体上铰链安装处和舱体上开启机构安装处粘贴标记贴片，在舱盖(9)的内表面安装加载工装架(5)，利用激光水平仪标定各标记贴片的初始位置并记录数据；
步骤三、在施力绳(2)的拉力施加端(21)施加拉力，逐渐增加拉力，且在每个预设拉力值保持预设时间，保力过程中测量并记录各标记贴片当前位置相对初始位置的位移变化数据；
步骤四、试验完成后撤去拉力，再次测量并记录各标记贴片的位移变化数据。
10.根据权利要求9所述的燃气流冲击模拟试验方法，其特征在于，还包括步骤五，被试验方舱通电进行开关盖，检验开盖机构功能是否完好。
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| CN202311831146.6A CN117906892A (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 燃气流冲击模拟试验装置及方法 |
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| CN (1) | CN117906892A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118464362A (zh) * | 2024-05-10 | 2024-08-09 | 佛光装备制造(洛阳)有限公司 | 一种开盖方舱风载荷试验装置及方法 |
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2023
- 2023-12-28 CN CN202311831146.6A patent/CN117906892A/zh active Pending
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