CN114858398A - 冲击试验防护装置和外物冲击试验装置 - Google Patents

冲击试验防护装置和外物冲击试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种冲击试验防护装置和外物冲击试验装置，具有较好的降噪和防护效果。该外物冲击试验装置包括试验件、发射装置和该冲击试验防护装置。该冲击试验防护装置包括底座、侧壁、顶壁和观察窗，其中：该底座、该侧壁、该观察窗与该顶壁围合成第一箱体结构，该第一箱体结构包围该试验件；该侧壁设置有通孔，该通孔的尺寸和位置设置为能够允许该发射装置发射的外物通过，该第一箱体结构的内部仅通过该通孔与外部连通；该侧壁和该顶壁均包括双层结构，该双层结构包括防护层和降噪层，该防护层设置于该降噪层的内侧，用于阻挡该冲击试验产生的碎片；该观察窗设置于该侧壁，该观察窗包括双层防弹玻璃和真空层，该真空层设置在该双层防弹玻璃之间。

Description

冲击试验防护装置和外物冲击试验装置
技术领域
本发明涉及航空结构部件的冲击测试技术领域，具体涉及一种冲击试验防护装置和外物冲击试验装置。
背景技术
冰雹冲击、鸟撞、弹片、轮胎碎片等外来物冲击是飞机飞行的重要安全威胁，也是飞机研制和运营服役中需要解决的难题之一。一般通过高速气炮装置向试验件发射外物炮弹进行相应的外物冲击试验，对飞机结构冲击安全性进行验证和评估。
高速气炮外物冲击试验具有冲击速度高、冲击能量大、冲击时间短、破坏性强等特点，这些特点决定了外物冲击试验进行时具有严重的噪声等安全性问题，长期的噪声影响会对现场试验人员身体产生严重的伤害。同时高速气炮外物冲击试验破坏性强，会产生较多的试验件碎片，试验件碎片的速度较快，危害较强。因此，设计一种应用于高速气炮的降噪防护箱体具有重要的意义。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种冲击试验防护装置，具有较好的降噪和防护效果。
为实现所述目的的冲击试验防护装置，用于外物冲击试验装置，所述外物冲击试验装置包括试验件和发射装置，所述冲击试验防护装置包括底座、侧壁、顶壁和观察窗，其中：所述底座、所述侧壁、所述观察窗与所述顶壁围合成第一箱体结构，所述第一箱体结构包围所述试验件；所述侧壁设置有通孔，所述通孔的尺寸和位置设置为能够允许所述发射装置发射的外物通过，所述第一箱体结构的内部仅通过所述通孔与外部连通；所述侧壁和所述顶壁均包括双层结构，所述双层结构包括防护层和降噪层，所述防护层设置于所述降噪层的内侧，用于阻挡所述冲击试验产生的碎片；所述观察窗设置于所述侧壁，所述观察窗包括双层防弹玻璃和真空层，所述真空层设置在所述双层防弹玻璃之间。
在所述的冲击试验防护装置的一个或多个实施方式中，所述冲击试验防护装置还包括第二箱体结构，所述第二箱体结构包围所述发射装置的发射口，所述第二箱体结构包括第一开口和第二开口，所述第一开口套设于所述发射装置的炮筒的径向外侧，所述第二开口用于允许所述外物通过，所述第二箱体结构的内部仅通过所述第一开口和所述第二开口与外部连通，所述第二箱体结构包括降噪结构。
在所述的冲击试验防护装置的一个或多个实施方式中，所述发射装置发射的炮弹包括所述外物和弹壳，所述外物冲击试验装置还包括脱壳装置，所述脱壳装置用于脱除所述弹壳，所述第二箱体结构包围所述脱壳装置，所述第二箱体结构包括可开关或/和可拆卸的面板。
在所述的冲击试验防护装置的一个或多个实施方式中，所述冲击试验防护装置还包括隔音罩，所述隔音罩包围所述发射装置的至少部分炮筒并与所述第二箱体结构相连接。
在所述的冲击试验防护装置的一个或多个实施方式中，所述底座包括减振机构。
在所述的冲击试验防护装置的一个或多个实施方式中，所述侧壁包括可开关的防护门。
在所述的冲击试验防护装置的一个或多个实施方式中，所述底座与所述侧壁可拆卸地连接。
该冲击试验防护装置通过设置闭合的第一箱体结构包围试验件，且第一箱体结构的侧壁和顶壁包括由防护层和降噪层组成的双层结构，第一箱体结构的观察窗包括双层防弹玻璃和真空层，从而可以通过第一箱体结构有效地阻挡高速冲击试验产生的碎片，以避免碎片飞出对试验人员造成伤害，或损坏周围的设备等，且便于收集和清理碎片，还可以有效地降低外物与试验件高速碰撞过程中产生的噪声，避免噪声对试验人员的身体产生伤害；通过将防护层设置在降噪层的内侧，可以避免冲击试验产生的碎片损伤降噪层；通过设置观察窗既能起到良好的安全防护和降噪效果，又能满足观察和记录试验过程的需求。该冲击试验防护装置的结构简单，易于制造和装配，成本较低，具有广阔的应用前景，可以应用于各类高速外物冲击试验。
本发明的另一个目的是提供一种外物冲击试验装置，具有较好的降噪和防护效果。
为实现所述目的的外物冲击试验装置，包括前述的冲击试验防护装置。
在所述的外物冲击试验装置的一个或多个实施方式中，所述外物冲击试验装置还包括试验件安装装置，所述试验件安装装置用于安装所述试验件并调节所述试验件的位置。
在所述的外物冲击试验装置的一个或多个实施方式中，所述外物冲击试验装置还包括脱壳装置和测速装置，所述发射装置发射的炮弹包括所述外物和弹壳，所述脱壳装置用于脱除所述弹壳，所述测速装置用于测量所述外物的速度，所述脱壳装置和所述测速装置分别设置在所述发射装置的发射口或设置在所述发射口与所述第一箱体结构之间。
该外物冲击试验装置通过采用该冲击试验防护装置，可以提供良好的安全防护和降噪效果，有效地避免冲击试验产生的高速碎片和噪声对试验人员的身体造成伤害，且能满足观察和记录试验过程的需求。该外物冲击试验装置的结构简单，易于制造和装配，成本较低，具有广阔的应用前景，可以应用于各类高速外物冲击试验。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显。需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此对本发明实际要求的保护范围构成限制，此外，具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了根据一个实施方式的外物冲击试验装置的局部示意图。
图2示出了根据一个实施方式的第一箱体结构的示意图。
具体实施方式
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。此外，本申请的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
参照图1和图2，根据本发明的一个实施方式的外物冲击试验装置1用于航空结构部件的外物冲击试验。该外物冲击试验装置1包括试验件（未图示）、发射装置2、冲击试验防护装置3、脱壳装置（未图示）、测速装置5、安装座6、试验件安装装置（未图示）和摄影设备（未图示）。
试验件例如为飞机的发动机叶片或其他零部件。发射装置2用于向试验件发射外物炮弹（未图示）。例如发射装置2为高速气炮发射装置，包括炮筒21、高压气罐（未图示）和阀门（未图示）。高压气罐用于提供发射外物炮弹的推力，高压气罐中的气体压力可以根据试验所需的外物的质量和速度等参数进行调节。阀门连接炮筒21的入口与高压气罐的出口，当打开阀门后，装在炮筒21中的外物炮弹在高压气罐中的高压气体的推动下，沿炮筒21发射而出。
外物炮弹包括外物和弹壳。外物例如为鸟、或冰、或雹、或弹片、或轮胎碎片、或以上外物的模拟物。弹壳用于包裹该外物，以避免外物在发射过程中因受到高压气体的较大的推力而发生损坏。
脱壳装置设置在炮筒21的发射口（未图示）处或设置在发射口与试验件之间，用于脱除外物炮弹的弹壳，仅留外物冲击到试验件。测速装置5设置在发射口处或设置在发射口与试验件之间，用于测量外物的速度。
安装座6固定于试验室的地面，安装座6包括导轨61和固定螺栓62。导轨61的延伸方向沿第一方向D。第一方向D平行于地面且垂直于发射装置2的发射方向。发射装置2、冲击试验防护装置3、测速装置5等分别可沿第一方向D调节地连接到导轨61，并可通过固定螺栓62固定在调节后的位置，以便于安装固定和调节对中。
冲击试验防护装置3包括第一箱体结构8、第二箱体结构9和隔音罩7。在本发明的描述中，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，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位置或数量，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本发明保护范围的限制。
继续参照图1和图2，第一箱体结构8设置在试验件的外侧并包围试验件。第一箱体结构8包括底座81、侧壁82、顶壁83和观察窗84。底座81用于连接安装座6和侧壁82。侧壁82和顶壁83均包括双层结构，该双层结构包括防护层85和降噪层86。
防护层85用于阻挡高速冲击试验产生的碎片，以避免碎片飞出对试验人员造成伤害，或损坏周围的设备等。例如防护层85由厚度为30mm的高强度钢板制成，以具有足够的强度，且结构简单，易于制造，成本较低。防护层85设置于降噪层86的内侧，即防护层85设置在双层结构的朝向第一箱体结构8的内部的一侧，以避免冲击试验产生的碎片损伤降噪层86。
降噪层86设置在双层结构的朝向第一箱体结构8的外部的一侧。降噪层86用于降低外物与试验件高速碰撞过程中产生的噪声。例如降噪层86采用隔音板制成，或降噪层86包括与防护层85间隔设置的外壁以及填充在外壁与防护层85之间的隔音材料或吸音材料。
为满足观察试验过程和通过高速摄影记录试验过程的需要，侧壁82的合适位置设置有透明的观察窗84，摄影设备设置在观察窗84的外侧。观察窗84包括双层防弹玻璃，以及通过抽取双层防弹玻璃之间的空气形成的接近于真空的真空层，从而使观察窗84既能起到良好的安全防护和降噪的效果，又能满足观察和记录试验过程的需求。
可选地，第一箱体结构8为立方体结构或长方体结构，以便于制造。侧壁82包括第一侧壁821、第二侧壁822、第三侧壁823和第四侧壁824。第一侧壁821和第二侧壁822分别平行于第一方向D。第一侧壁821与发射装置2相对。第三侧壁823和第四侧壁824分别垂直于第一方向D。第三侧壁823和第四侧壁824均设置有观察窗84。
第一侧壁821设置有与发射装置2相对的通孔87，以允许发射装置2发射的外物通过通孔87进入第一箱体结构8的内部。底座81、侧壁82、观察窗84与顶壁83围合成闭合的第一箱体结构8，第一箱体结构8的内部仅通过通孔87与外部连通，从而可以起到良好的安全防护和降噪的效果，且便于收集和清理碎片。
通孔87例如为圆孔，以便于加工制造。通孔87的尺寸在外物的最大尺寸的基础上留有一定的余量，例如通孔87的直径为500mm，以容许外物飞到侧壁82处的位置可以在一定范围内波动，且该余量不会过大，对侧壁82的防护效果的影响较小。
可选地，前述的脱壳装置和测速装置5设置在第一箱体结构8的外部，即设置在发射装置2的发射口或设置在发射口与第一箱体结构8的第一侧壁821之间，以便于安装，并可以减小第一箱体结构8的体积，降低第一箱体结构8的制造成本。
可选地，底座81包括减振机构，用于隔离高速外物冲击试验过程中试验件产生的振动，以避免振动对操作人员的身体造成伤害。例如底座81包括第一板811、第二板812和弹簧减震器813。第一板811与第二板812平行设置并位于第二板812的下方，用于连接到安装座6。第二板812用于连接到侧壁82。第一板811与第二板812之间均匀布置16个弹簧减震器813。第一板811与第二板812均采用高强度轻质铝合金板制成，具有较高的强度和较轻的质量，从而能够提供良好的减振效果，且成本较低。该减振机构的结构简单，易于安装，成本较低，减振可靠。
侧壁82和顶壁83组成上箱体，例如顶壁83的防护层85与至少部分侧壁82的防护层85由同一块钢板弯折形成，或通过其他方式连接侧壁82和顶壁83。底座81与侧壁82可拆卸地连接，例如通过连接螺栓88连接，以便于安装。顶壁83的四角分别设置有吊环831，以便于吊装。
试验件安装装置设置在第一箱体结构8的内部，例如连接在底座81，以便于安装。试验件安装装置用于安装试验件，并根据试验件的类型和规格调节试验件的位置，以使外物冲击在试验件的预定位置，从而可以提高外物冲击试验装置1的通用性。
例如，试验件安装装置包括位置调节机构；或试验件安装装置可调节地连接在第一箱体结构8；或外物冲击试验装置1包括多种不同规格的试验件安装装置，根据试验件的类型和规格选择其中一个试验件安装装置安装在第一箱体结构8的内部。
下面结合一个实施方式介绍该冲击试验防护装置3的安装方法，该安装方法包括以下步骤：
1、通过固定螺栓62将底座81固定在安装座6的导轨61上；
2、将试验件通过试验件安装装置连接在底座81；
3、将起吊装置连接到吊环831，通过起吊装置将侧壁82和顶壁83组成的上箱体移动至底座81的上方；
4、通过连接螺栓88将上箱体与底座81连接和固定。
可选地，第一箱体结构8的侧壁82包括可开关的防护门825，以便于在完成第一箱体结构8的组装后进入第一箱体结构8的内部进行操作。防护门825包括前述双层结构，即包括位于内侧的防护层85和位于外侧的降噪层86。例如第一侧壁821整体设置为可开关的防护门825，以简化结构，便于制造。
由此，该冲击试验防护装置3通过设置闭合的第一箱体结构8包围试验件，且第一箱体结构8的侧壁82和顶壁83包括由防护层85和降噪层86组成的双层结构，第一箱体结构8的观察窗84包括双层防弹玻璃和真空层，从而可以通过第一箱体结构8有效地阻挡高速冲击试验产生的碎片，以避免碎片飞出对试验人员造成伤害，或损坏周围的设备等，且便于收集和清理碎片，还可以有效地降低外物与试验件高速碰撞过程中产生的噪声，避免噪声对试验人员的身体产生伤害；通过将防护层85设置在降噪层86的内侧，可以避免冲击试验产生的碎片损伤降噪层86；通过设置观察窗84既能起到良好的安全防护和降噪效果，又能满足观察和记录试验过程的需求。该冲击试验防护装置3的结构简单，易于制造和装配，成本较低，具有广阔的应用前景，可以应用于各类高速外物冲击试验。
参照图1，冲击试验防护装置3的第二箱体结构9包围发射装置2的发射口。例如第二箱体结构9包括第一面板91、第二面板92和围板93。第一面板91和第二面板92分别位于第二箱体结构9的相对的两侧，围板93连接第一面板91和第二面板92。第一面板91设有第一开口911，第一开口911套设于发射装置2的炮筒21的径向外侧，即炮筒21通过第一开口911伸入第二箱体结构9的内部。第二面板92设有第二开口（未图示），以允许发射装置2发射的外物通过。
第一面板91、第二面板92和围板93围合成闭合的第二箱体结构9，第二箱体结构9的内部仅通过第一开口911和第二开口与外部连通。第二箱体结构9包括降噪结构，例如第一面板91、第二面板92和围板93的板壁分别包括隔音材料或吸音材料，从而可以有效地降低发射装置2产生的噪声，进一步提高冲击试验防护装置3的降噪效果。
可选地，脱壳装置设置在第二箱体结构9内，以通过第二箱体结构9起到收集弹壳的作用。第一面板91、第二面板92和围板93包括与第一箱体结构8相似的双层结构，即包括用于防护的第一层（未图示）和用于降噪的第二层90。第一层位于第二层90的内侧，以避免弹壳损伤第二层90。第一层的强度要求低于第一箱体结构8的防护层85的强度要求，可以采用成本更低或厚度更薄的材料制作。第二层90的结构与第一箱体结构8的降噪层86相似。
在一个实施方式中，第二面板92可拆卸地连接到围板93，以便于安装，并可以方便地通过拆卸第二面板92将弹壳取出，而不必拆卸整个第二箱体结构9。在另一些实施方式中，第二面板92与围板93通过铰接或滑动连接，以便于将第二面板92打开。在又一些实施方式中，第一面板91可开关或/和可拆卸地连接到围板93，或者围板93设置有可开关或/和可拆卸的面板。
继续参照图1，隔音罩7包围发射装置2的至少部分炮筒21，例如隔音罩7通过将柔性的隔音材料或吸音材料包裹在炮筒21的径向外侧制成，隔音罩7的一端与第二箱体结构9相连接，从而可以进一步提高冲击试验防护装置3的降噪效果，结构简单，成本较低，易于安装。
该外物冲击试验装置1通过采用该冲击试验防护装置3，可以提供良好的安全防护和降噪效果，有效地避免冲击试验产生的高速碎片和噪声对试验人员的身体造成伤害，且能满足观察和记录试验过程的需求。该外物冲击试验装置1的结构简单，易于制造和装配，成本较低，具有广阔的应用前景，可以应用于各类高速外物冲击试验。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.冲击试验防护装置，用于外物冲击试验装置，所述外物冲击试验装置包括试验件和发射装置，其特征在于，所述冲击试验防护装置包括底座、侧壁、顶壁和观察窗，其中：
所述底座、所述侧壁、所述观察窗与所述顶壁围合成第一箱体结构，所述第一箱体结构包围所述试验件；
所述侧壁设置有通孔，所述通孔的尺寸和位置设置为能够允许所述发射装置发射的外物通过，所述第一箱体结构的内部仅通过所述通孔与外部连通；
所述侧壁和所述顶壁均包括双层结构，所述双层结构包括防护层和降噪层，所述防护层设置于所述降噪层的内侧，用于阻挡所述冲击试验产生的碎片；
所述观察窗设置于所述侧壁，所述观察窗包括双层防弹玻璃和真空层，所述真空层设置在所述双层防弹玻璃之间。
2.如权利要求1所述的冲击试验防护装置，其特征在于，所述冲击试验防护装置还包括第二箱体结构，所述第二箱体结构包围所述发射装置的发射口，所述第二箱体结构包括第一开口和第二开口，所述第一开口套设于所述发射装置的炮筒的径向外侧，所述第二开口用于允许所述外物通过，所述第二箱体结构的内部仅通过所述第一开口和所述第二开口与外部连通，所述第二箱体结构包括降噪结构。
3.如权利要求2所述的冲击试验防护装置，其特征在于，所述发射装置发射的炮弹包括所述外物和弹壳，所述外物冲击试验装置还包括脱壳装置，所述脱壳装置用于脱除所述弹壳，所述第二箱体结构包围所述脱壳装置，所述第二箱体结构包括可开关或/和可拆卸的面板。
4.如权利要求2所述的冲击试验防护装置，其特征在于，所述冲击试验防护装置还包括隔音罩，所述隔音罩包围所述发射装置的至少部分炮筒并与所述第二箱体结构相连接。
5.如权利要求1至4中任一项所述的冲击试验防护装置，其特征在于，所述底座包括减振机构。
6.如权利要求1至4中任一项所述的冲击试验防护装置，其特征在于，所述侧壁包括可开关的防护门。
7.如权利要求1至4中任一项所述的冲击试验防护装置，其特征在于，所述底座与所述侧壁可拆卸地连接。
8.外物冲击试验装置，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的冲击试验防护装置。
9.如权利要求8所述的外物冲击试验装置，其特征在于，所述外物冲击试验装置还包括试验件安装装置，所述试验件安装装置用于安装所述试验件并调节所述试验件的位置。
10.如权利要求8所述的外物冲击试验装置，其特征在于，所述外物冲击试验装置还包括脱壳装置和测速装置，所述发射装置发射的炮弹包括所述外物和弹壳，所述脱壳装置用于脱除所述弹壳，所述测速装置用于测量所述外物的速度，所述脱壳装置和所述测速装置分别设置在所述发射装置的发射口或设置在所述发射口与所述第一箱体结构之间。
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