CN110030778B - 多层冰球的制作装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多层冰球的制作装置及方法，包括多个不同尺寸的子模具，每个子模具均包括上模具、下模具、定位线；多层冰球的制作方法包括制备内部冰球和制备外部冰球。本发明的多层冰球的制作装置及方法；其中多层冰球的制作装置结构设计简单，制作简易，且制作的冰球尺寸标准；多层冰球的制作方法，主要为多种不同尺寸子模具的配合使用，冰球制作的步骤较为简单，且能够实现多层冰球的同心，不容易出现瑕疵品。

Description

多层冰球的制作装置及方法

技术领域

本发明属于飞行器抗冰雹冲击防护技术领域，具体涉及多层冰球的制作装置及方法。

背景技术

近年来，飞行器遭受冰雹撞击而损伤的事故呈增多趋势。冰雹撞击可使飞行器结构发生损伤，最终可能引起机体破坏，对飞行器的危害较大。因此，在飞行器结构设计中需要准确评估其在冰雹撞击条件下的可靠性和安全性。

针对冰雹撞击飞行器问题，可利用压力投射器、空气炮或轻气炮等加载手段发射等效冰雹撞击待考核目标，以评估结构可靠性和安全性。其中，冰雹作为毁伤元，其毁伤效应受自身结构的影响较大。自然界中的冰雹形成过程是固态降水物雹胚在云中反复升降，多次通过0℃层高度，经历凝结、融化，再凝结后形成的多层结冰体，尤其大冰雹一般有4层或更多层。已有研究表明，冰在高速撞击下的破坏模式在一定程度能够影响其对目标靶板的损伤程度。而层间界面的存在将影响冰试件内裂纹的演化过程，进而对其宏观破碎模式产生影响。

目前的研究主要通过模具制备单层实心冰球来开展撞击试验，尚未有符合冰雹真实特性的层状冰制备装置及方法。因此，为能够准确评估冰雹对飞行器的撞击损伤效应，有必要开展符合冰雹结构特性的层状冰球制备装置和方法研究。

为了解决以上问题我方研发出了多层冰球的制作装置及方法。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供多层冰球的制作装置及方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

多层冰球的制作装置，包括多个不同尺寸的子模具，每个子模具均包括：

上模具；上模具上形成有半球形的上凹槽；上凹槽的底部设置有贯穿上模具的上孔；

下模具；下模具上形成有半球形的下凹槽；下凹槽的底部设置有贯穿下模具的下孔；上模具和下模具连接，上凹槽和下凹槽组合形成球形凹槽；

定位线；定位线穿过上孔和下孔设置；制作冰球时，密封下孔，从上孔注入水。

多层冰球的制作方法，包括以下步骤：

S1；制备内部冰球；

选取一小尺寸子模具，将定位线做好定位标记后从上模具的上孔和下模具的下孔中穿出并用纸胶带固定，通过限位销保证上凹槽和下凹槽组合形成球形凹槽，利用螺栓将上模具和下模具紧固；上模具和下模具结合面抹胶密封，将下孔用胶密封，从上孔注水，完成后将模具置于冷冻箱内，冷冻箱选择一冷冻温度；待水完全凝结成冰后，将冰球取出即可；

S2；制备外部冰球；

选取一大尺寸子模具，根据定位线预设位置，将带定位线的冰球置入大尺寸子模具中，将带定位线的两端分别从上模具的上孔和下模具的下孔中穿出并用纸胶带固定，通过限位销保证上凹槽和下凹槽组合形成球形凹槽，利用螺栓将上模具和下模具紧固；上模具和下模具结合面抹胶密封，将下孔用胶密封，从上孔注水，完成后将模具置于冷冻箱内，冷冻箱选择另一冷冻温度；待水完全凝结成冰后，将多层冰球取出即可。

本发明的有益效果在于：

本发明的多层冰球的制作装置及方法；

1、其中多层冰球的制作装置结构设计简单，制作简易，且制作的冰球尺寸标准；

2、多层冰球的制作方法，主要为多种不同尺寸子模具的配合使用，冰球制作的步骤较为简单，且能够实现多层冰球的同心，不容易出现瑕疵品。

附图说明

图1为本发明中子模具的立体图；

图2为本发明中子模具的纵向剖视图；

图3为本发明中多层冰球制备示意图；

图4为本发明的结构示意图。

图中：1-上模具；11-上孔；12-上凹槽；2-下模具；21-下孔；22-下凹槽；3-定位销；4-定位线；5-小冰球；6-大冰球。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1，如图1-图4所示；

多层冰球的制作装置，包括多个不同尺寸的子模具，同一尺寸的多个子模具排列组合在一起构成了本装置，一次可同时制备多个冰球，兼顾了效率；每个子模具均包括：

上模具1；上模具1上形成有半球形的上凹槽12；上凹槽12的底部设置有贯穿上模具1的上孔11；

下模具2；下模具2上形成有半球形的下凹槽22；下凹槽22的底部设置有贯穿下模具2的下孔21；上模具1和下模具2连接，上凹槽12和下凹槽22组合形成球形凹槽(不同尺寸的子模具主要体现在球形凹槽的尺寸不同)；

定位线4；定位线4穿过上孔11和下孔21设置；制作冰球时，密封下孔21，从上孔11注入水。

实施例2，如图1-图4所示；

本实施例与实施例1的区别在于：在上模具1和下模具2上均设置有对应地销孔、通孔，上模具1和下模具2之间通过定位销3***销孔定位，并通过螺栓穿过上模具1和下模具2上的通孔后紧固。

实施例3；

本实施例与实施例1的区别在于：上模具1和下模具2的结合面通过抹胶密封。

实施例4；如图3所示；

多层冰球的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1；制备内部冰球；

选取一小尺寸子模具，将定位线4做好定位标记后从上模具1的上孔11和下模具2的下孔21中穿出并用纸胶带固定，通过限位销保证上凹槽12和下凹槽22组合形成球形凹槽，利用螺栓将上模具1和下模具2紧固；上模具1和下模具2结合面抹胶密封，将下孔21用胶密封，从上孔11注水，完成后将模具置于冷冻箱内，冷冻箱选择一冷冻温度；待水完全凝结成冰后，将冰球取出即可；

S2；制备外部冰球；

选取一大尺寸子模具，根据定位线4预设位置，将带定位线4的冰球置入大尺寸子模具中，将带定位线4的两端分别从上模具1的上孔11和下模具2的下孔21中穿出并用纸胶带固定，通过限位销保证上凹槽12和下凹槽22组合形成球形凹槽，利用螺栓将上模具1和下模具2紧固；上模具1和下模具2结合面抹胶密封，将下孔21用胶密封，从上孔11注水，完成后将模具置于冷冻箱内，冷冻箱选择另一冷冻温度；待水完全凝结成冰后，将多层冰球取出即可。

本申请是根据水在零度以下发生相变转换为冰的物性特点，设计不同直径的冰球子模具；首先冷冻最小直径冰球，制备完成通过定位技术将其固定于大直径冰球模具的中心，进而往大直径冰球模具中注水，随后冷冻成层状结构冰球。以此方法，可获得不同层数的冰球。

实施例5；

本实施例中，为兼顾效率和可操作性，选择四个同尺寸的子模具组合成本申请，本申请优选一次可同时制备四个冰球。大冰球模具整体尺寸为：170mm×170mm×80mm(长×宽×高)，小冰球模具整体尺寸为：130mm×130mm×60mm(长×宽×高)。小冰球5直径选取30mm，大冰球6直径选取60mm。制备装置包括一套Φ30mm冰球制备子模具、一套Φ60mm冰球制备子模具、密封胶、用于定位的定位线4、冷冻箱以及蒸馏水。制作装置采用铝合金作为制备材料。上模具1和下模具2结合面通过密封胶进行密封。通过在细线上做标记并冷冻在冰球内来实现小球在大球模具中定位。

通过该方法能够制备出明显的分层冰球，内部小冰球5的位置通过定位细线能够保证其在大冰球6的中心，并且在制备过程中没有发生明显的融化，层间界面比较清晰，能够反映真实冰雹的分层结构特性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (4)

1.多层冰球的制作装置，其特征在于，包括多个不同尺寸的子模具，每个子模具均包括：

上模具；上模具上形成有半球形的上凹槽；上凹槽的底部设置有贯穿上模具的上孔；

下模具；下模具上形成有半球形的下凹槽；下凹槽的底部设置有贯穿下模具的下孔；上模具和下模具连接，上凹槽和下凹槽组合形成球形凹槽；

定位线；定位线穿过上孔和下孔设置；制作冰球时，密封下孔，从上孔注入水。

2.根据权利要求1所述的多层冰球的制作装置，其特征在于，上模具和下模具之间通过定位销定位，并通过螺栓紧固。

3.根据权利要求1所述的多层冰球的制作装置，其特征在于，上模具和下模具的结合面通过抹胶密封。

4.多层冰球的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1；制备内部冰球；

选取一小尺寸子模具，将定位线做好定位标记后从上模具的上孔和下模具的下孔中穿出并用纸胶带固定，通过限位销保证上凹槽和下凹槽组合形成球形凹槽，利用螺栓将上模具和下模具紧固；上模具和下模具结合面抹胶密封，将下孔用胶密封，从上孔注水，完成后将模具置于冷冻箱内，冷冻箱选择一冷冻温度；待水完全凝结成冰后，将冰球取出即可；

S2；制备外部冰球；

选取一大尺寸子模具，根据定位线预设位置，将带定位线的冰球置入大尺寸子模具中，将带定位线的两端分别从上模具的上孔和下模具的下孔中穿出并用纸胶带固定，通过限位销保证上凹槽和下凹槽组合形成球形凹槽，利用螺栓将上模具和下模具紧固；上模具和下模具结合面抹胶密封，将下孔用胶密封，从上孔注水，完成后将模具置于冷冻箱内，冷冻箱选择另一冷冻温度；待水完全凝结成冰后，将多层冰球取出即可。