CN102826234A - 钝碰撞测试设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钝碰撞测试设备，其包括具有靠近测试结构放置的导轨的设备框架；导轨角度定位机构，其接合导轨从而控制导轨的斜度；以及碰撞车，其适于在导轨上滚动。

Description

钝碰撞测试设备和方法

技术领域

本公开大体涉及复合材料上钝碰撞力的测试。更特别地，本公开涉及钝碰撞测试设备和方法，其可用于测试具有一定测量大小的钝碰撞对复合材料的影响。

背景技术

在没有对于碰撞的任何外部指示的情况下，由复合材料制造的飞机和其他结构会意外地被维修车辆或其他物体碰撞。对复合材料结构钝碰撞的评估可以是必需的或期望的，从而确定修复结构的必要性或可行性。因此，人们设计了用于评估钝碰撞对复合材料结构的影响的各种方法。

已经用于评估钝碰撞对复合材料结构影响的某些技术包括使用落管（drop tube）、弹簧致动“枪”和摆动体。落管包括相对小的质量（通常<100磅），其从一定高度通过管子竖直地落到水平表面上，该高度在碰撞时产生期望的能量水平。弹簧致动枪使用弹簧对着表面加速小质量并可用于任何取向。然而，这两种技术都局限于小碰撞面积（通常<约12平方英寸）。摆动体使用较大质量并用于执行对竖直表面的碰撞。

传统落管和枪式碰撞装置的缺点是其相对小质量，且相对高速度不能复制大质量在相对低速度产生的损坏。此外，使用这类装置导致难以在碰撞期间采集数据。摆动体通常质量比引起碰撞的交通工具小得多，摆动体试图复制碰撞，且通常不能用于可靠地模拟飞机机身下部上的碰撞（特别当试图模拟交通工具在机身腹部下或飞机货舱门下的刮蹭时）。摆动体也可要求大或高的支撑结构；因此，这类结构引起的二次碰撞即使不是不能防止，也是难以防止的。

以飞机质量和惯性力矩可用/有效的方式在完整飞机上使用任何这些传统碰撞模拟方法也是有困难的。作为替换，实际维修交通工具（或具有附接到其上的适当缓冲器形状的其他驱动的交通工具）可用来碰撞该结构，但这样的解决方案要求人类操作员控制交通工具的碰撞速度、方向和角度，这将是不安全的并且具有较差的可重复性。这样的情形中，消除人类操作员因素将需要复杂且昂贵的电子控制系统或额外推进系统。

因此需要可用于测试具有一定测量大小的钝碰撞在复合材料上的效果的钝碰撞测试设备和方法。

发明内容

本公开通常针对钝碰撞测试设备，其用于测试对测试结构的钝碰撞。该设备的示例性实施例包括设备框架，其具有用于靠近测试结构定位的导轨；与导轨远端接合从而控制导轨斜度的导轨角定位机构；以及适于在导轨上滚动的碰撞车。

本公开进一步针对碰撞后耐受性（survivability）测试结构的方法。该方法的示例性实施例包括提供测试结构用于测试；提供倾斜坡道（inclined ramp），其被置于在接近测试结构的水平坡道（level ramp）的远端并与该水平坡道联接；在坡道上放置碰撞车，该碰撞车经配置在坡道上滚动；且使得该碰撞车对着测试结构从坡道滚下。

本公开进一步针对预测维修交通工具在复合飞机结构上的碰撞效果的方法。该方法的示例性实施例包括提供测试结构以用于测试；提供靠近测试结构放置的水平坡道，其联接到被放置在水平坡道远端且与水平坡道联接的倾斜坡道；在坡道上设置碰撞车，碰撞车经配置在坡道上滚动；以及使得该碰撞车对着测试结构从坡道滚下。

进一步的优选实施例可包括：

A．预测维修交通工具在复合飞机结构上的碰撞效果的方法，其包括：

提供测试结构以用于测试；

提供倾斜坡道，其被放置成靠近所述测试结构；

在所述坡道上放置碰撞车，所述碰撞车经配置在所述坡道上滚动；以及

使得所述碰撞车对着所述测试结构从所述坡道滚下。

B．A段中方法进一步包括将所述碰撞车抬升到所述坡道上的预定高度。

C．A段中方法进一步包括在所述碰撞车上放置至少一个配重板。

D．A段中方法进一步包括在所述碰撞车上提供碰撞缓冲器并以所述碰撞缓冲器碰撞所述测试结构。

附图说明

图1是钝碰撞测试设备的示例性实施例的侧视图。

图1A是钝碰撞测试设备的示例性实施例的导轨的横截面图，其中碰撞车车轮与导轨接合。

图2是钝碰撞测试设备的示例性实施例的侧视图，其中导轨角定位机构被布置成抬升构型从而增加轨的角度。

图3是钝碰撞测试设备的示例性实施例的侧视图，其中碰撞车从碰撞车释放机构被释放，且碰撞车上碰撞缓冲器碰撞用于测试的测试结构。

图4是针对碰撞后耐受性测试结构的方法的示例性实施例的流程图。

图5是预测维修车辆在复合飞机结构上的碰撞影响的方法的示例性实施例的流程图。

图6是飞机生产和服役方法的流程图。

图7是飞机方框图。

具体实施方式

下面的详细说明本质上仅是示例性的，而不是为了限制描述的实施例或应用以及所述实施例的使用。如这里所用，单词“说明性的”或“示例性的”意味着“用作例子、事例或例示”。任何这里描述为“示例性的”或“说明性的”实施不必解读为相对其他实施是优选的或有利的。下面所述的所有实施都是示例性的实施，其被提供来使本领域技术人员能够实践公开内容，并不是为了限制权利要求限定的保护范围。而且，无意受前面技术领域、背景技术或下面的描述中任何表达或暗示的理论束缚。

从参考图1-3开始，钝碰撞测试设备（即以下被称为设备）的示例性实施例通常由附图标记1表示。设备1可包括设备框架2。在某些实施例中，设备框架2可包括框架基座3和提供在框架基座3上的一对导轨4。导轨4可调节相对框架基座3的角度。因此，导轨角定位机构（track angle positioning mechanism）14可为此接合导轨4。在某些实施例中，导轨角定位机构14可包括在框架基座3上的导轨角定位汽缸15和导轨角定位活塞16，该导轨角定位活塞16可从导轨角定位汽缸15延伸出并接合导轨4。因此，导轨4相对框架基座3的角度可由活塞16相对汽缸15的延伸或收缩来控制。在其他实施例中，导轨角定位机构14可以是能够用于选择性改变导轨4相对框架基座3的角度的任何其他类型机构。

在某些实施例中，第二对导轨（未示出）可在导轨4的下端分别附接到导轨4。第二对导轨通常可以是水平或地平线的并被置于邻近测试结构26。

在某些实施例中，框架提升机构8可接合设备框架2的框架基座3。在某些实施例中，框架提升机构8可包括至少一个框架提升汽缸9，和可从框架提升汽缸9延伸出并接合框架基座3的框架提升活塞10。因此，设备框架2的高度或竖直位置能够选择性由活塞10相对相应汽缸9的延伸或收缩控制。在其他实施例中，框架提升机构8可以是能够用于选择性提升和降低设备框架2的任何其他机构。在其他实施例中，框架本身能够被放置在副框架（未示出）的顶上，副框架可具有固定高度从而实现所需的轨高度。

碰撞车20可被提供在设备框架2的导轨4上。碰撞车20可包括多个车轮21，其接合导轨4。如图1A所示，在某些实施例中，每个导轨4均可以具有大体圆形横截面。碰撞车20的每个车轮21均可以具有凹槽状或凹入轮廓从而与每个导轨4的圆柱形互补。因此，碰撞车20可适于在设备框架2的导轨4上从图2所示的预释放位置滚动到图3所示的碰撞位置，这将在下文中被描述。

释放机构32可适于在图2所示的预释放位置接合碰撞车20并保持或固定碰撞车20。释放机构32可具有适合该目的的任何设计。在某些实施例中，释放机构32可以是液压致动的释放机构。

如图1-3进一步示出，碰撞车20可适于接收一个或更多个配重板30。配重板30可被加到碰撞车20上从而选择用于碰撞测试的碰撞车20重量，如下面进一步说明。在某些实施例中，足够数目的配重板30可被加到碰撞车20上，从而实现高达11000磅或更重的碰撞车20重量。

碰撞缓冲器22可被附接到碰撞车20的前部。碰撞缓冲器22可具有允许以下变化的任何设计：（1）缓冲器宽度（能够大于质量块和导轨的宽度）；（2）相对测试结构26（如飞机）的纵轴线的碰撞角度（能够正交于表面或倾斜地碰撞）；以及（3）相对测试结构26（如飞机）的周边的取向（相对要被碰撞的结构能够是水平的、垂直的或任何给定角度）。

应用中，设备1被置于邻近要被测试的测试结构26。在某些应用中，测试结构26可以是飞机。碰撞车20被抬升到设备框架2的导轨4上的选定高度或位置。碰撞车20在导轨4上的预释放位置（图2）可以根据碰撞车20对着测试结构26的期望速度被选择。框架提升机构8能够被操作成调节设备框架2的竖直位置，且因此调节碰撞车20对着测试结构26的碰撞点的竖直位置。导轨角定位机构14能够操作成调节导轨4的角度或斜度，以便实现碰撞车20在导轨4上的理想碰撞速率。可安装防止多次碰撞的机构（未示出），其限制碰撞车从与被测试结构的初始碰撞后回弹。

碰撞车20被抬升到导轨4上的预释放位置，并附接到释放机构32。选定数目的配重板30可被放置在碰撞车20上从而实现碰撞车20的期望重量。具有选定构型和设计的碰撞缓冲器22能够被附接到碰撞车20的前面。在某些实施例中，设备1可用于确定将在飞机维修车辆意外撞击飞机时产生的碰撞。因此，设备空间2的高度、导轨4的斜度、碰撞车20在导轨4上的位置和碰撞车20的重量可被调节成以复制飞机维修车辆对飞机碰撞的动能水平的动能水平来撞击测试结构26。

释放机构32可被操作成释放碰撞车20，以便碰撞车20从图2中示出的预释放位置在重力影响沿导轨4滚落到图3中所示的碰撞位置。因此，在碰撞车20前面上的碰撞缓冲器22撞击测试结构26并可能损坏测试结构26。可用传统方法检查测试结构26从而确定测试结构26的损坏程度。测试结构26的损坏程度可关联到飞机维修车辆意外撞击飞机时对飞机施加的损坏程度。因此，设备1可使得能够电子数据采集在碰撞测试持续过程中碰撞车20的多轴碰撞负载、加速度、位移和速度。

下面参考图4，其示出针对碰撞后耐受性测试结构的方法的示例性实施例的流程图400。在方框402，提供了用于测试的复合测试结构。在方框404，倾斜坡道被置于靠近用于测试的复合结构。在方框406，经配置在坡道上滚动的碰撞车被放置在坡道上。在方框408，碰撞装置被附接到碰撞车。在方框410，碰撞车被抬升到坡道上的预定高度。在方框412，碰撞车被释放并被允许碰撞测试结构以便碰撞测试。

下面参考图5，其示出预测维修车辆对复合飞机结构的碰撞影响的方法的示例性实施例的流程图500。在方框502，提供用于测试的复合测试结构。在方框504，倾斜坡道被置于靠近用于测试的复合结构。在方框506，经配置在坡道上滚动的碰撞车被放置在坡道上。在某些实施例中，碰撞车的质量可具有飞机维修交通工具的数量级。在方框508，碰撞装置被附接到碰撞车。在方框510，碰撞车被抬升到坡道上的预定高度。在方框512，碰撞车被释放并被允许碰撞测试结构以便碰撞测试。

下面参考图6和图7，本公开的实施例可用于图6所示的飞机制造和服役方法78和图7所示的飞机94的背景下。在预生产过程中，示例性方法78可包括飞机94的规格和设计80以及材料采购82。在生产过程中，进行飞机94的部件和子组件制造84和系统整合86。然后，飞机94可经历认证和交付88，以便服役90。而在客户使用中，飞机94可被安排日常维护和维修92（这也可包括修改、重构、翻新等等）。

方法78的每个过程可通过系统集成商、第三方和/或操作者（如客户）执行或进行。为了说明的目的，系统集成商可包括但不限于任何数目的飞机制造商和主要系统分包商；第三方可包括但不限于任何数目的卖方、分包商和供应商；并且操作者可以是航空公司、租赁公司、军事单位、服务组织等等。

如图7所示，示例性方法78生产的飞机94可包括具有多个系统96的机身98和内部100。高级系统96的例子包括一个或更多推进系统102、电气系统104、液压系统106和环境系统108。也可包括任何数目的其他系统。虽然示出了航空航天的例子，但本发明的原理可应用于其他工业，如汽车工业。

这里实施的设备可在生产和服役方法78的任何一个或更多阶段中采用。例如，对应于生产过程84的部件或子组件可以以类似于飞机94服役时生产的部件或子组件的方式被生产或制造。而且一个或更多设备实施例可在生产阶段84和86中被利用，例如加快飞机94的组装或减少其成本。类似地，一个或更多设备实施例可被用于飞机94服役时，例如但不限于，维护和维修92。

虽然已经针对某些示例性实施例描述了本公开的实施例，但应该理解，具体实施例用于例示的目的，而非限制目的，本领域技术人员可想到其他变化。

Claims (14)

1.一种用于测试对测试结构钝碰撞的钝碰撞测试设备，其包括：

设备框架，其具有用于定位成靠近所述测试结构的导轨；

导轨角度定位机构，其接合所述导轨从而控制所述导轨的斜度；以及

碰撞车，其适于在所述导轨上滚动。

2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括在所述碰撞车上的碰撞缓冲器。

3.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括接合所述设备框架的框架提升机构。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述框架提升机构包括至少一个液压汽缸和从所述液压汽缸延伸的活塞。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述框架导轨是柱形的，且所述碰撞车包括接合所述框架导轨的凹槽状车轮。

6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括在所述碰撞车上的至少一个配重板。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述导轨角度定位机构包括至少一个液压汽缸和从所述液压汽缸延伸的活塞。

8.根据权利要求1所述的设备，进一步包括可拆卸地接合所述碰撞车的释放机构。

9.一种针对碰撞后耐受性来测试结构的方法，其包括：

提供用于测试的测试结构；

提供靠近所述测试结构放置的倾斜坡道；

在所述坡道上放置碰撞车，所述碰撞车经配置在所述坡道上滚动；以及

使得所述碰撞车对着所述测试结构从所述坡道滚下。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括抬升所述碰撞车到所述坡道上的预定高度。

11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括在所述碰撞车上放置至少一个配重板。

12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括在所述碰撞车上提供碰撞缓冲器并以所述碰撞缓冲器碰撞所述测试结构。

13.根据权利要求9所述的方法，提供测试结构包括提供飞机。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述在所述坡道上放置碰撞车包括放置质量为飞机维修交通工具量级的碰撞车。

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