CN110361187A - 一种柔性结构试验气动载荷试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性结构试验气动载荷试验装置，包括主体支架，所述主体支架顶部和底部相对立的一侧中部均竖直连接有伺服电缸，所述主体支架的底部两侧均连接有伺服电缸，且底部两侧的伺服电缸顶部向内侧呈倾斜设置。将浮空器艇体沿环向切块，并将切块纳入试验装置进行加载试验，通过对试验装置内伺服电缸进行控制，进而模拟出浮空器艇体所在空中所处的复杂环境，满足试验要求，使加载结果更加贴近气动载荷分布实际情况。将浮空器艇体缩比并切块，对代表性切块进行加载试验，大幅节约空间，简化试验台结构。使用人字条与柔性托板用作试验夹具，使载荷均匀分布在试验件表面，符合实际情况中气动载荷分布形式，试验精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验装置，具体涉及一种柔性结构试验气动载荷试验装置，属于浮空气囊检漏应用领域。
背景技术
浮空器一般是指比重轻于空气的、依靠大气浮力升空的飞行器。在电子和军事民用领域，一般不将热气球划在浮空器范围内。此外，空间飞艇不一定依靠浮力。除了军用外，大型民用浮空器还可以用于交通、运输、娱乐、赈灾、影视拍摄、科学实验等等。浮空器一般可以分为系留气球和飞艇。系留气球一般没有动力***，依靠系留缆绳与地面设备或站点相连接；飞艇有动力，可在遥控或自动控制下自主飞行。按照结构，飞艇可分为软式飞艇、硬式飞艇和混合结构飞艇。按照飞行高度，飞艇可分为一般飞艇、平流层飞艇、近空间飞艇和空间飞艇。
浮空气囊在制造时需要对其进行检测，使其质量达到使用的标准，不会在使用中发生泄漏，常用气动载荷加载对其进行检测。目前，常用的气动载荷加载试验主要是全机静力试验，对被加载对象整体同步进行加载。但是这种加载方法占用空间很大，加载步骤繁琐，加载结构复杂，而且对于柔性结构浮空器加载效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性结构试验气动载荷试验装置，可以解决现有的气动载荷加载试验主要是全机静力试验，对被加载对象整体同步进行加载。但是这种加载方法占用空间很大，加载步骤繁琐，加载结构复杂，而且对于柔性结构浮空器加载效果不佳的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种柔性结构试验气动载荷试验装置，包括主体支架，所述主体支架顶部和底部相对立的一侧中部均竖直连接有伺服电缸，所述主体支架的底部两侧均连接有伺服电缸，且底部两侧的伺服电缸顶部向内侧呈倾斜设置。
所述主体支架的内部安装有试验件，所述试验件的底部连接有三组柔性托板，底部的伺服电缸以及两侧伺服电缸的顶部均与柔性托板连接，且所述柔性托板与伺服电缸之间安装有拉应力传感器，所述试验件的外部安装有若干个应变片。
所述试验件的顶部连接有若干个人字条，顶端伺服电缸的底部通过绳索连接第二均质棒的中部，且第二均质棒的两端底部均通过绳索连接有第一均质棒，且绳索连接在第一均质棒的中部，所述第一均质棒和第二均质棒的底部均通过绳索连接其下方的人字条。
优选的，所述主体支架的底部两侧均焊接有框架，两侧的伺服电缸底部通过螺栓连接框架的顶部。
优选的，所述试验件的底部连接有三块柔性托板，且三块柔性托板与试验件的底部胶结固定，并以相距60°的方式排布在试验件的下半部。
优选的，所述拉应力传感器的两端均通过螺纹与柔性托板和伺服电缸连接，且上下两端伺服电缸的底部均通过螺栓连接主体支架。
优选的，所述拉应力传感器电性连接数据采集模块，应变片电性连接静态电阻应变仪。
优选的，所述试验件的上半部胶结有五组人字条，人字条由两条长260mm，宽5mm的厚布条相对粘和而成，人字条在上部粘和在一起的区域设置有三枚半径为5mm的固定孔，五组人字条以相隔25°的方式均匀固定在试验件上。
优选的，所述试验件顶部中端的人字条，通过三根绳索连接第二均质棒的底部，两侧的人字条均通过三根绳索连接第一均质棒，绳索的底部连接在固定孔的内部，且绳索呈垂直设置。
该气动载荷试验装置使用的具体步骤包括：
步骤一：将浮空器艇体按比例缩小，并将缩小的模型沿环向进行切块，切成的环状成为试验件，将试验件放在主体支架的内部，并在试验件的外部安装100个应变片，在试验件的上半部连接5组人字条，人字条通过绳索连接上部的均质棒；且在试验件的下半部安装三组柔性托板，并将柔性托板与下方的伺服电缸连接；
步骤二：通过控制伺服电缸的伸缩行程，使顶端的拉应力传感器采集的数据为0，抵消试验件的质量影响；再控制顶部的伺服电缸向上收缩，拉动试验件向上移动，进而向外变形，此时试验件上半部处于拉伸状态，完成对其的拉伸载荷加载试验；
步骤三：控制伺服电缸的伸缩行程，使底部的拉应力传感器采集的数据为0，抵消重力对试验件下半部的影响；控制底部的伺服电缸向上运动，推动试验件的下半部向内变形，此时试验件的下半部处于压缩状态，完成对其的压缩载荷加载试验；再控制底部的伺服电缸向下收缩，拉动试验件下半部向外变形，此时试验件下半部处于拉伸状态，完成对其的拉伸载荷加载试验；
步骤四：柔性结构气动载荷加载得出的柔性结构应变数据通过信息采集***收集；应变量通过应变片采集，汇总至静态电阻应变仪后，经由串口导入计算机；载荷量通过拉应力传感器采集汇总至数字采集模块，经由串口导入计算机。
本发明的有益效果：
1、通过在伺服电缸伸缩往复运动，带动试验件拉伸与压缩，达到加载拉伸载荷与压缩载荷的目的。试验中可以分别控制各个伺服电缸的行程，对试验件施加不同的载荷，真实模拟浮空器各个工况下环向气动载荷的分布。通过绳索与均质棒连接人字条与拉应力传感器，利用伺服电缸对试验件上半部施加载荷。通过拉应力传感器测量所施加的载荷，根据测量的载荷调整伺服电缸的行程，从而达到模拟气动载荷加载的目的。
2、柔性结构气动载荷加载得出的柔性结构应变数据通过信息采集***收集。应变量通过应变片采集，汇总至静态电阻应变仪后，经由串口导入计算机。载荷量通过拉应力传感器采集汇总至数字采集模块，经由串口导入计算机。通过计算机完成数据的处理。拉应力传感器和应变片采集的数据汇总导入计算机，计算机首先对数据进行汇总记录，方便后续数据整理。再以数据为依据反馈调节伺服电缸的往复行程，提高试验数据的精度和试验操作的自动化程度。
3、将浮空器艇体沿环向切块，并将切块纳入试验装置进行加载试验，通过对试验装置内伺服电缸进行控制，进而模拟出浮空器艇体所在空中所处的复杂环境，满足试验要求，使加载结果更加贴近气动载荷分布实际情况。将浮空器艇体缩比并切块，对代表性切块进行加载试验，大幅节约空间，简化试验台结构。使用人字条与柔性托板用作试验夹具，使载荷均匀分布在试验件表面，符合实际情况中气动载荷分布形式，试验精度高。使用伺服电缸往复运动提供动力，操作简单，成本低廉，容易安装，结构简洁。在试验件表面设置应变片，在伺服电缸与夹具连接处设置拉压力传感器，根据传感器信号进一步控制伺服电缸行程，以控制施加在试验件上的载荷，实现试验步骤自动化，进一步提高试验精度。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明整体结构示意图。
图2为发明图1的等轴结构示意图。
图3为发明伺服电缸与框架安装结构示意图。
图4为发明图3中A处细节放大结构示意图。
图5为发明图1的主视图。
图6为发明应变片与静态电阻应变仪连接结构示意图。
图中：1、主体支架；2、柔性托板；3、伺服电缸；4、试验件；5、人字条；6、绳索；7、第一均质棒；8、第二均质棒；9、拉应力传感器；10、应变片；11、静态电阻应变仪；12、数据采集模块；13、框架；14、固定孔。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6所示，一种柔性结构试验气动载荷试验装置，包括主体支架1，主体支架1顶部和底部相对立的一侧中部均竖直连接有伺服电缸3，主体支架1的底部两侧均连接有伺服电缸3，且底部两侧的伺服电缸3顶部向内侧呈倾斜设置；
主体支架1的内部安装有试验件4，试验件4的底部连接有三组柔性托板2，底部的伺服电缸3以及两侧伺服电缸3的顶部均与柔性托板2连接，且柔性托板2与伺服电缸3之间安装有拉应力传感器9，试验件4的外部安装有若干个应变片10；
试验件4的顶部连接有若干个人字条5，顶端伺服电缸3的底部通过绳索6连接第二均质棒8的中部，且第二均质棒8的两端底部均通过绳索6连接有第一均质棒7，且绳索6连接在第一均质棒7的中部，第一均质棒7和第二均质棒8的底部均通过绳索6连接其下方的人字条5。
主体支架1的底部两侧均焊接有框架13，两侧的伺服电缸3底部通过螺栓连接框架13的顶部，螺栓方便伺服电缸3与框架13连接固定。
试验件4的底部连接有三块柔性托板2，且三块柔性托板2与试验件4的底部胶结固定，并以相距60°的方式排布在试验件4的下半部，三块柔性托板2能对试验件4进行稳定的支撑，使得试验件4在测试中受力均匀。
拉应力传感器9的两端均通过螺纹与柔性托板2和伺服电缸3连接，且上下两端伺服电缸3的底部均通过螺栓连接主体支架1，拉应力传感器9能测量试验中的载荷。
拉应力传感器9电性连接数据采集模块12，应变片10电性连接静态电阻应变仪11，应变量通过应变片10采集，汇总至静态电阻应变仪11后，经由串口导入计算机。载荷量通过拉应力传感器9采集汇总至数字采集模块12，经由串口导入计算机。
试验件4的上半部胶结有五组人字条5，人字条5由两条长260mm，宽5mm的厚布条相对粘和而成，人字条5在上部粘和在一起的区域设置有三枚半径为5mm的固定孔14，五组人字条5以相隔25°的方式均匀固定在试验件4上，人字条5在上部既方便与试验件4固定连接，又能方便通过绳索6与上部的均质棒连接。
试验件4顶部中端的人字条5，通过三根绳索6连接第二均质棒8的底部，两侧的人字条5均通过三根绳索6连接第一均质棒7，绳索6的底部连接在固定孔14的内部，且绳索6呈垂直设置。使得上部的均质棒受力均匀，测量中更加准确。
该气动载荷试验装置使用的具体步骤包括：
步骤一：将浮空器艇体按比例缩小，并将缩小的模型沿环向进行切块，切成的环状成为试验件4，将试验件4放在主体支架1的内部，并在试验件4的外部安装100个应变片10，在试验件4的上半部连接5组人字条5，人字条5通过绳索6连接上部的均质棒；且在试验件4的下半部安装三组柔性托板2，并将柔性托板2与下方的伺服电缸3连接；
步骤二：通过控制伺服电缸3的伸缩行程，使顶端的拉应力传感器9采集的数据为0，抵消试验件4的质量影响；再控制顶部的伺服电缸3向上收缩，拉动试验件4向上移动，进而向外变形，此时试验件4上半部处于拉伸状态，完成对其的拉伸载荷加载试验；
步骤三：控制伺服电缸3的伸缩行程，使底部的拉应力传感器9采集的数据为0，抵消重力对试验件4下半部的影响；控制底部的伺服电缸3向上运动，推动试验件4的下半部向内变形，此时试验件4的下半部处于压缩状态，完成对其的压缩载荷加载试验；再控制底部的伺服电缸3向下收缩，拉动试验件4下半部向外变形，此时试验件4下半部处于拉伸状态，完成对其的拉伸载荷加载试验；
步骤四：柔性结构气动载荷加载得出的柔性结构应变数据通过信息采集***收集；应变量通过应变片10采集，汇总至静态电阻应变仪11后，经由串口导入计算机；载荷量通过拉应力传感器9采集汇总至数字采集模块12，经由串口导入计算机。
本发明在使用时，伺服电缸3伸缩往复运动，带动试验件4拉伸与压缩，达到加载拉伸载荷与压缩载荷的目的。试验中可以分别控制各个伺服电缸3的行程，对试验件4施加不同的载荷，真实模拟浮空器各个工况下环向气动载荷的分布。通过绳索6与均质棒连接人字条5与拉应力传感器9，利用伺服电缸3对试验件4上半部施加载荷。通过拉应力传感器9测量所施加的载荷，根据测量的载荷调整伺服电缸3的行程，从而达到模拟气动载荷加载的目的。
通过控制伺服电缸3的伸缩行程，使顶端的拉应力传感器9采集的数据为0，抵消试验件4的质量影响。再控制顶部的伺服电缸3向上收缩，拉动试验件4向上移动，进而向外变形，此时试验件4上半部处于拉伸状态，完成对其的拉伸载荷加载。
控制伺服电缸3的伸缩行程，使底部的拉应力传感器9采集的数据为0，抵消重力对试验件4下半部的影响。控制底部的伺服电缸3向上运动，推动试验件4的下半部向内变形，此时试验件4的下半部处于压缩状态，完成对其的压缩载荷加载。控制底部的伺服电缸3向下收缩，拉动试验件4下半部向外变形，此时试验件4下半部处于拉伸状态，完成对其的拉伸载荷加载。
柔性结构气动载荷加载得出的柔性结构应变数据通过信息采集***收集。应变片10粘接在试验件的外部，应变量通过型号为BX120-3AA电阻式应变片10采集，汇总至型号为AFT-CM-10的静态电阻应变仪11后，经由串口导入计算机。载荷量通过型号为DYMH-103的拉应力传感器9采集汇总至型号为I-7017的数字采集模块12，经由串口导入计算机。通过计算机完成数据的处理。拉应力传感器9和应变片10采集的数据汇总导入计算机，计算机首先对数据进行汇总记录，方便后续数据整理。再以数据为依据反馈调节伺服电缸3的往复行程，提高试验数据的精度和试验操作的自动化程度。计算机通过与数字采集模块12配套的控制***从串口采集汇总数据，记录在控制***内；根据拉应力传感器9反馈的数据调节伺服电缸2的行程，使拉应力传感器9反馈的值与实验要求施加的载荷相等。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种柔性结构试验气动载荷试验装置，其特征在于，包括主体支架(1)，所述主体支架(1)顶部和底部相对立的一侧中部均竖直连接有伺服电缸(3)，所述主体支架(1)的底部两侧均连接有伺服电缸(3)，且底部两侧的伺服电缸(3)顶部向内侧呈倾斜设置；
所述主体支架(1)的内部安装有试验件(4)，所述试验件(4)的底部连接有三组柔性托板(2)，底部的伺服电缸(3)以及两侧伺服电缸(3)的顶部均与柔性托板(2)连接，且所述柔性托板(2)与伺服电缸(3)之间安装有拉应力传感器(9)，所述试验件(4)的外部安装有若干个应变片(10)；
所述试验件(4)的顶部连接有若干个人字条(5)，顶端伺服电缸(3)的底部通过绳索(6)连接第二均质棒(8)的中部，且第二均质棒(8)的两端底部均通过绳索(6)连接有第一均质棒(7)，且绳索(6)连接在第一均质棒(7)的中部，所述第一均质棒(7)和第二均质棒(8)的底部均通过绳索(6)连接其下方的人字条(5)。
2.根据权利要求1所述的一种柔性结构试验气动载荷试验装置，其特征在于，所述主体支架(1)的底部两侧均焊接有框架(13)，两侧的伺服电缸(3)底部通过螺栓连接框架(13)的顶部。
3.根据权利要求1所述的一种柔性结构试验气动载荷试验装置，其特征在于，所述试验件(4)的底部连接有三块柔性托板(2)，且三块柔性托板(2)与试验件(4)的底部胶结固定，并以相距60°的方式排布在试验件(4)的下半部。
4.根据权利要求1所述的一种柔性结构试验气动载荷试验装置，其特征在于，所述拉应力传感器(9)的两端均通过螺纹与柔性托板(2)和伺服电缸(3)连接，且上下两端伺服电缸(3)的底部均通过螺栓连接主体支架(1)。
5.根据权利要求1所述的一种柔性结构试验气动载荷试验装置，其特征在于，所述拉应力传感器(9)电性连接数据采集模块(12)，应变片(10)电性连接静态电阻应变仪(11)。
6.根据权利要求1所述的一种柔性结构试验气动载荷试验装置，其特征在于，所述试验件(4)的上半部胶结有五组人字条(5)，人字条(5)由两条长260mm，宽5mm的厚布条相对粘和而成，人字条(5)在上部粘和在一起的区域设置有三枚半径为5mm的固定孔(14)，五组人字条(5)以相隔25°的方式均匀固定在试验件(4)上。
7.根据权利要求1所述的一种柔性结构试验气动载荷试验装置，其特征在于，所述试验件(4)顶部中端的人字条(5)，通过三根绳索(6)连接第二均质棒(8)的底部，两侧的人字条(5)均通过三根绳索(6)连接第一均质棒(7)，绳索(6)的底部连接在固定孔(14)的内部，且绳索(6)呈垂直设置。
8.根据权利要求1所述的一种柔性结构试验气动载荷试验装置，其特征在于，该气动载荷试验装置使用的具体步骤包括：
步骤一：将浮空器艇体按比例缩小，并将缩小的模型沿环向进行切块，切成的环状成为试验件(4)，将试验件(4)放在主体支架(1)的内部，并在试验件(4)的外部安装100个应变片(10)，在试验件(4)的上半部连接5组人字条(5)，人字条(5)通过绳索(6)连接上部的均质棒；且在试验件(4)的下半部安装三组柔性托板(2)，并将柔性托板(2)与下方的伺服电缸(3)连接；
步骤二：通过控制伺服电缸(3)的伸缩行程，使顶端的拉应力传感器(9)采集的数据为0，抵消试验件(4)的质量影响；再控制顶部的伺服电缸(3)向上收缩，拉动试验件(4)向上移动，进而向外变形，此时试验件(4)上半部处于拉伸状态，完成对其的拉伸载荷加载试验；
步骤三：控制伺服电缸(3)的伸缩行程，使底部的拉应力传感器(9)采集的数据为0，抵消重力对试验件(4)下半部的影响；控制底部的伺服电缸(3)向上运动，推动试验件(4)的下半部向内变形，此时试验件(4)的下半部处于压缩状态，完成对其的压缩载荷加载试验；再控制底部的伺服电缸(3)向下收缩，拉动试验件(4)下半部向外变形，此时试验件(4)下半部处于拉伸状态，完成对其的拉伸载荷加载试验；
步骤四：柔性结构气动载荷加载得出的柔性结构应变数据通过信息采集***收集；应变量通过应变片(10)采集，汇总至静态电阻应变仪(11)后，经由串口导入计算机；载荷量通过拉应力传感器(9)采集汇总至数字采集模块(12)，经由串口导入计算机。
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