CN110979730B - 一种可调高度与角度式矩形箱体水锤效应试验支架 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种可调高度与角度式矩形箱体水锤效应试验支架，包括支撑底座、升降作动器、连接板、水平高度支撑板、角度作动器、角度支撑架和连接合页。支撑底座的下表面置于地面，上表面与升降作动器的底端连接；升降作动器的顶端通过连接板与水平高度支撑板固连；角度支撑架通过连接合页与水平高度支撑板相连，角度作动器连接在水平高度支撑板与角度支撑架之间。本发明通过调节升降作动器和角度作动器，可实现试验箱体任意高度及0‑90°角度范围的调节，能够为实现高速破片不同角度冲击模拟箱体的水锤效应试验提供手段；通过角度控制器可实现对装置角度的精确控制，具有操作简单、控制精准的优点。

Description

一种可调高度与角度式矩形箱体水锤效应试验支架
技术领域
本发明属于毁伤评估测试技术领域，具体涉及一种可调高度与角度式矩形箱体水锤效应试验支架。
背景技术
燃油***是飞机暴露面积最大的***，油箱则是构成燃油***最重要的部件。水锤效应作为飞机油箱主要的损伤模式之一，指的是当高速破片穿透有油液填充的油箱时，破片受到燃油的阻力，将自身的动能通过燃油传递到油箱壁板，从而引起油箱结构灾难性的破坏。
由于油液的易燃易爆特性，直接进行高速冲击试验时不易控制且容易发生危险，因此在试验中多采用与油液具有相似密度的水来替代航空煤油。同时由于飞机燃油箱结构形式复杂，目前多用内部充水的矩形箱体对其进行替代模拟。对等效飞机燃油箱在高速破片冲击下的水锤效应的试验研究主要以国外为主，研究重点主要集中在水锤效应的毁伤机理及影响因素，如美国Ball等首先通过22mm口***和立方体充液箱体开展水锤效应的试验研究，指出破片的入射角度和质量是影响其能量损失的主要因素，破片形状和质量对其穿出速度及冲击波的影响较小；西班牙Varas等进行了充液率分别为50％、75％、100％的充液铝管水锤效应试验，对比不同破片速度(600、900m/s)对水锤效应的影响，并利用高速摄影机记录了水锤全过程；Nishida等完成了铝合金薄壁方管的打击试验，研究了壁板裂纹的扩展方式，指出最主要的影响因素为壁板材料的最高强度和子弹的直径等。但这些均是针对水平放置的模拟油箱开展，并未涉及带有入射角度所造成的破片不同油-气穿透路径对水锤效应的影响。事实上，在真实弹目交会条件下，高速破片通常是带有一定角度冲击入油箱内部，进而造成其水锤效应毁伤。为实现对这一实际工况的模拟试验，急需设计一种可调高度与角度式矩形箱体水锤效应试验支架。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种可调高度与角度式矩形箱体水锤效应试验支架，以解决如何实现高速破片对矩形箱体不同角度的入射，以模拟等效飞机油箱在破片冲击作用下的水锤效应，进而为飞机结构毁伤测试与评估提供支撑的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种可调高度与角度式矩形箱体水锤效应试验支架，该试验支架包括支撑底座、升降作动器、连接板、水平高度支撑板、角度作动器、角度支撑架和连接合页；其中，支撑底座的下表面置于地面，上表面与升降作动器的底端连接；升降作动器的顶端通过连接板与水平高度支撑板固连；角度支撑架通过连接合页与水平高度支撑板相连，角度作动器连接在水平高度支撑板与角度支撑架之间。
进一步地，试验支架包括多组支撑底座、升降作动器和连接板，每组支撑底座、升降作动器和连接板的中心线重合。
进一步地，升降作动器包括相连的中空液压筒和升降作动器液压杆，支撑底座的上表面与升降作动器液压杆底端连接，升降作动器液压筒顶端与连接板连接，并通过连接板与水平高度支撑板固连。
进一步地，试验支架还包括多个位移限制板，位移限制板焊接于角度支撑架内侧，用于限制矩形箱体的位移。
进一步地，试验支架还包括角度控制器，角度控制器包括铅垂指针和刻度盘，刻度盘固定在角度支撑架上，指针一端悬挂于刻度盘上，另一端自由垂落。
进一步地，刻度盘上设有0～90°的刻度。
进一步地，水平高度支撑板上表面开有矩形凹槽，矩形凹槽的位置与角度作动器相对应，每个矩形凹槽的内底面一端中心设置有U形水平高度支撑板连接耳片，水平高度支撑板连接耳片的平面端与矩形凹槽内侧底面连接，弧形端开设有螺纹通孔；
角度作动器包括角度作动器底端连接耳片、角度作动器作动杆、角度作动器中空液压作动筒及角度作动器顶端连接耳片；其中，角度作动器底端连接耳片为U形，平面端与角度作动器作动杆连接，弧形端开设有螺纹通孔，孔中心线与水平高度支撑板连接耳片的螺纹通孔中心线重合；角度作动器顶端连接耳片为U形，平面端与角度作动器中空液压作动筒连接，弧形端开设有螺纹通孔，孔中心线与角度支撑架连接耳片的螺纹通孔中心线重合；
角度支撑架的底面两侧连接有U形角度支撑架连接耳片，用于与角度作动器顶端连接耳片连接，弧形端开设有一个螺纹通孔。
进一步地，矩形凹槽的宽度和深度均为角度作动器最大直径的1.2倍。
进一步地，角度支撑架主体为中空架，四边为L形，尺寸与水平高度支撑板匹配，长边下侧与水平高度支撑板长边上侧共轴。
进一步地，连接合页共多个，每个连接合页以中心线为活动转轴，一半与水平高度支撑板的侧面连接，另一半与角度支撑架的侧面连接，多个连接合页转轴共线，且与水平高度支撑板和角度支撑架的连接线重合。
(三)有益效果
本发明提出一种可调高度与角度式矩形箱体水锤效应试验支架，包括支撑底座、升降作动器、连接板、水平高度支撑板、角度作动器、角度支撑架和连接合页。支撑底座的下表面置于地面，上表面与升降作动器的底端连接；升降作动器的顶端通过连接板与水平高度支撑板固连；角度支撑架通过连接合页与水平高度支撑板相连，角度作动器连接在水平高度支撑板与角度支撑架之间。
本发明的技术效果体现在以下几个方面：
1、通过调节升降作动器和角度作动器，可实现试验箱体任意高度及0-90°角度范围的调节，能够为实现高速破片不同角度冲击模拟箱体的水锤效应试验提供手段；
2、通过角度控制器可实现对装置角度的精确控制，具有操作简单、控制精准的优点。
附图说明
图1为本发明实施例的试验支架结构总体示意图；
图2是本发明实施例中连接板结构正视图；
图3是本发明实施例中水平高度支撑板主体结构俯视图；
图4是本发明实施例中角度作动器结构等轴侧视图；
图5是本发明实施例中角度支撑架结构等轴侧视图；
图6是本发明实施例中角度控制器结构正视图；
图7是本发明实施例的试验支架测试试验示意图。
图中，1.支撑底座，2.升降作动器，2-1.升降作动器中空液压筒，2-2.升降作动器液压杆，3.连接板，3-1.连接板螺纹孔，4.水平高度支撑板，4-1.水平高度支撑板螺纹孔，4-2.凹槽，4-3.水平高度支撑板连接耳片，5.角度作动器，5-1.角度作动器底端连接耳片，5-2.角度作动器液压杆，5-3.角度作动器中空液压筒，5-4.角度作动器顶端连接耳片，6.角度支撑架，6-1.角度支撑架连接耳片，7.连接合页，8.位移限制板，9.角度控制器，9-1.指针，9-2.刻度盘，10.矩形油箱，11.高速破片。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种可调高度与角度式矩形箱体水锤效应试验支架，其结构如1图所示，包括支撑底座1、升降作动器2、连接板3、水平高度支撑板4、角度作动器5、角度支撑架6、连接合页7、位移限制板8和角度控制器9。
支撑底座1为方形金属材料平板，共计4个，下表面与地面接触水平放置，上表面与升降作动器2的升降作动器液压杆底端焊接。
升降作动器2共计4个，尺寸依据试验所需高度而定，每个升降作动器2包括1个金属材料圆柱形中空液压筒2-1和1个圆柱形金属材料升降作动器液压杆2-2，升降作动器液压筒2-1顶端与连接板3焊接，通过连接板3与水平高度支撑板4螺栓固连。
如图2所示，连接板3为方形金属材料平板，共4个，按照2×2的矩阵排列，矩阵的任一边与水平高度支撑板4外边线平行，每个连接板3上开有4个螺纹通孔3-1，按照2×2的矩阵排列，通过螺栓连接升降作动器2与水平高度支撑板4连接。
每组支撑底座1、升降作动器2、连接板3的中心线重合。
水平高度支撑板4主体为金属材料厚板，板上开设有16个平高度支撑板螺纹通孔4-1，其中每4个为一组，位于水平高度支撑板4的四角，与连接片3螺纹孔大小、位置一一对应。
如图3所示，水平高度支撑板4上表面开有两个矩形凹槽4-2，分别位于水平高度支撑板4的短边附近，矩形凹槽4-2的长、短边分别与水平高度支撑板4的短、长边平行，矩形凹槽4-2的宽度和深度均为角度作动器2最大直径的1.2倍。每个矩形凹槽4-2的内底面一端中心设置有两个“U”形水平高度支撑板连接耳片4-3，互相平行，每个水平高度支撑板连接耳片4-3的平面端与矩形凹槽4-2内侧底面焊接，弧形端开设有一个螺纹通孔。
角度作动器5共计两个，如图4所示，每个角度作动器5包括一个角度作动器底端连接耳片5-1、一个角度作动器作动杆5-2、一个金属材料角度作动器中空液压作动筒5-3及两个角度作动器顶端连接耳片5-4。其中，角度作动器底端连接耳片5-1为“U”形，平面端与角度作动器作动杆5-2焊接，弧形端开设有1个螺纹通孔，孔中心线与水平高度支撑板连接耳片4-3的螺纹通孔中心线重合。角度作动器顶端连接耳片5-4为“U”形，平面端与角度作动器中空液压作动筒5-3焊接，弧形端开设有一个螺纹通孔，孔中心线与角度支撑架连接耳片6-1的螺纹通孔中心线重合。
如图5所示，角度支撑架6主体为金属材料中空架，四边为“L”形，尺寸与水平高度支撑板4匹配，长边下侧与水平高度支撑板4长边上侧共轴，通过连接合页7与水平高度支撑板4相连。角度支撑架6的底面两侧焊接有两个“U”形角度支撑架连接耳片6-1，用于与角度作动器顶端连接耳片5-4连接，弧形端开设有一个螺纹通孔。
连接合页7共计三个，每个以中心线为活动转轴，一半与水平高度支撑板4侧面焊接，另一半与角度支撑架6侧面焊接，三个连接合页7转轴共线，且与水平高度支撑板4和角度支撑架6的连接线重合。
位移限制板8共计四个，分别焊接于角度支撑架6的四角内侧，每个位移限制板8为“L”形，用于限制矩形箱体的位移。
如图6所示，角度控制器9包括一个铅垂指针9-1和一个半圆形有0～90°的刻度盘9-2，指针9-1一端通过钢钉悬挂于刻度盘9-2上，另一端自由垂落。刻度盘9-2平面端焊接在角度支撑架6的底面。
图7为本实施例的试验支架进行充水矩形箱体水锤效应试验的正视图，尺寸为1600mm×800mm×500mm的满水矩形模拟油箱10放置于本实施例的角度支撑架上，调整升降作动器至0.8m，调整角度作动器至角度控制器为30度，一枚φ5mm×6.5mm的高速破片11以1000m/s的速度对其进行冲击。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种可调高度与角度式矩形箱体水锤效应试验支架，包括支撑底座(1)、升降作动器(2)、连接板(3)、水平高度支撑板(4)、角度作动器(5)、角度支撑架(6)、连接合页(7)、位移限制板(8)和角度控制器(9)；其特征在于，
所述角度支撑架(6)上用于放置被试矩形油箱(10)，支撑底座固定放置于地面；
所述支撑底座(1)上表面与所述升降作动器(2)的底端固连；
所述升降作动器(2)的顶端通过所述连接板(3)与所述水平高度支撑板(4)固连；
所述的角度支撑架(6)主体为中空架，四边为L形，上焊接有角度支撑架连接耳片(6-1)；所述角度支撑架(6)通过所述连接合页(7)和通过角度作动器(5)与水平高度支撑板(4)相连，使得角度支撑架(6)可相对于水平高度支撑板(4)0-90度范围转动；
所述的水平高度支撑板(4)上表面设有水平高度支撑板螺纹孔(4-1)、矩形凹槽(4-2)和水平高度支撑板连接耳片(4-3)，矩形凹槽(4-2)位置与角度作动器(6)相对应，每个矩形凹槽(4-2)的内底面一端中心设置有U形水平高度支撑板连接耳片(4-3)，水平高度支撑板连接耳片(4-3)的平面端与矩形凹槽内侧底面连接，弧形端开设有螺纹通孔；
所述位移限制板(8)截面为L形，高度与矩形油箱(10)高度匹配，包括多个，固连于角度支撑架(6)内侧；
角度控制器(9)包括铅垂指针(9-1)和刻度盘(9-2)，刻度盘(9-2)上设有0～90°的刻度，并固定在角度支撑架(9)上，铅垂指针(9-1)一端悬挂于刻度盘上(9-2)，另一端自由垂落。
2.如权利要求1所述的一种可调高度与角度式矩形箱体水锤效应试验支架，其特征在于，所述水平高度支撑板(4)上的矩形凹槽(4-2)的宽度和深度均为角度作动器(6)最大直径的1.2倍。
3.如权利要求1所述的一种可调高度与角度式矩形箱体水锤效应试验支架，其特征在于，所述支撑底座(1)、升降作动器(2)和连接板(3)包括多组，每组支撑底座(1)、升降作动器(2)和连接板(3)的中心线重合；所述连接合页(7)共多个，每个连接合页(7)以中心线为活动转轴，一半与所述水平高度支撑板(4)的侧面连接，另一半与所述角度支撑架(6)的侧面连接，多个连接合页转轴共线，且与所述水平高度支撑板(4)和角度支撑架(6)的连接线重合。
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