CN104181038A - 一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及飞行器结构力热联合试验技术领域，具体公开了一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统。该试验系统中伺服油缸倒置固定，其活塞杆与测力计固定连接，舵面置于由反射板与石英灯组成的加热器中，其中，在靠近两个相互平行的反射板内壁上分布有若干根石英灯，可以对置于两反射板中的舵面加热；压杆一端穿过上端的反射板与测力计固定连接，另一端放置于舵面上表面的压块中，其中，压块内部开有球面凹槽，使置于压块球面凹槽中的压杆头部相对于压块具有一定角度的自由活动。该系统可以避免对试验件舵面加工，保护试验件结构的完整性，提高试验品质。伺服油缸的保护套筒可有效避免压块损坏加热器，提高了力热联合试验的安全性。

Description

一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统
技术领域
本发明属于飞行器结构力热联合试验技术领域，具体涉及一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统。
背景技术
飞行器在大气中高速飞行时，其舵部位表面会产生气动热，同时结构承受各种类型的载荷作用。为了考核舵面所承受的气动热和力载荷能力，需要进行舵面的力热联合试验。通过本试验系统，同时模拟飞行器飞行过程中舵部位所承受的的热环境和载荷环境。通常采用石英灯等辐射加热手段施加热载荷，通过伺服油缸施加力载荷。一般的加载方式是在试验件表面打孔并通过连杆与伺服油缸连接施加拉向力进行加载，但由于现今越来越多的新型高速飞行器舵面出于某种需求采用C/C或C/SiC材料制作，此类材料不宜打孔，否则容易伤害其内部结构，这造成了加载方式的困难。
由于新型高速飞行器的材料通常为C/C或C/SiC，不能按照以往的加载方式在试验件表面打孔施加拉向载荷，故通过改变加载方式，使伺服油缸通过压杆及其末端的压块，对试验件施加压向力，使舵面试验件在达到试验载荷要求的同时不损伤其结构，并且随着载荷的施加，舵面试验件绕轴偏转一定角度，压块能随其角度变化，始终紧贴舵面平面。另外，当试验中遇到突发情况伺服油缸控制不稳定，油缸活塞杆向上回缩距离过长则会导致压块损坏加热器，危及试验安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统，其可以对舵面类试验件进行力热联合试验以考察其所承受的气动热和载荷的能力，并采用石英灯加热器对舵面的两侧面进行加热的同时，顶压加载方式不对舵面试验件有任何加工破坏，保护了试验件的完整性，试验效果更好。。
本发明的技术方案如下：一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统，该试验系统包括伺服油缸、压杆、压块以及测力计，其中，伺服油缸倒置固定，其活塞杆与测力计固定连接，舵面置于由反射板与石英灯组成的加热器中，其中，在靠近两个相互平行的反射板内壁上分布有若干根石英灯，可以对置于两反射板中的舵面加热；压杆一端穿过上端的反射板与测力计固定连接，另一端放置于舵面上表面的压块中，其中，压块内部开有球面凹槽，使置于压块球面凹槽中的压杆头部相对于压块具有一定角度的自由活动。
在所述的活塞杆上套有保护套筒，可防止活塞杆回缩过度。
所述的保护套筒由圆柱筒状的上部分和下部分组成，其中，通过调节上部分和下部分之间的螺纹结构以及保护套筒在活塞杆上的位置，调节保护套筒的保护长度，当伺服油缸的活塞杆向上收缩时，保护套筒顶住伺服油缸缸体，阻止活塞杆回缩过度。
所述的活塞杆和测力计之间夹装有位移计挡板，可以使位移计的量杆穿过并将位移计固定在位移计挡板上。
所述的压杆一端为与测力计接口相匹配的螺纹结构，另一端为球头结构，所述压块内部开有球面凹槽，其直径大于压杆的球头结构，可以使压杆旋入压块后，压块可以相对于压杆进行一定角度的自由活动。
所述的压杆靠近球头结构处的螺纹尺寸与所述的压块凹槽口的颈部螺纹尺寸相匹配，可以使压杆旋入压块。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统，通过与伺服油缸连接的压杆以及压块，给试验件施加压向载荷，可以避免对试验件舵面加工，进而保护了试验件结构的完整性，提高试验品质。伺服油缸的保护套筒可以有效避免因活塞杆回缩而导致压块损坏加热器的意外，提高了力热联合试验的安全性。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统示意图；
图2为图1中压杆和压块连接示意图；
图3为图1中保护套筒结构示意图；
图中：1、伺服油缸；2、保护套筒；3、位移计；4、位移计挡板；5、压杆；6、压块；7、活塞杆；8、测力计；9、反射板；10、石英灯；11、舵面。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1～3所示，一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统，包括伺服油缸1、压杆5、压块6以及测力计8，其中，伺服油缸1倒置固定，其活塞杆7与测力计8固定连接，并在活塞杆7和测力计8之间夹装有位移计挡板4，可以使位移计3的量杆穿过并将位移计3固定在位移计挡板4上，在活塞杆7上套有由圆柱筒状的上部分和下部分组成保护套筒2，其中，保护套筒2的上部分旋入下部分中，并一起套入活塞杆7上，通过调节上部分和下部分之间的螺纹结构，调节保护套筒2的保护长度，当伺服油缸1的活塞杆7向上收缩时，保护套筒2顶住伺服油缸1缸体，阻止活塞杆7回缩过度；舵面11置于由反射板9与石英灯10组成的加热器中，其中，在靠近两个相互平行的反射板9内壁上分布有若干根石英灯10，可以对置于两反射板9中的舵面11加热；压杆5一端穿过上端的反射板9与测力计8固定连接，另一端旋入放置于舵面11上表面的压块6中，其中，压杆5一端为与测力计8接口相匹配的螺纹结构，另一端为与压块6凹槽口的颈部螺纹结构相匹配的球头结构，用于旋入压块6；压块6内部开有球面凹槽，其直径大于压杆5的球头结构，压杆5旋入压块6后，压块6可以相对于压杆5进行一定角度的自由活动，同时，压块6底面紧贴舵面11，使加载点受力均匀。
本发明所述的一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统的具体工作过程为：在试验阶段，通过位移计3控制伺服油缸1活塞杆7伸出的位置，缓慢伸出活塞杆7，并通过测力计8推动压杆5，使旋入压杆5球头结构的压块6轻轻贴在舵面11表面，当测力计8有很小的载荷反应时（通常不超过200N），立即停止活塞杆7的伸出，并将伺服油缸1的控制模式由位移控制切换到力控制。此时，根据试验要求，通过伺服油缸1对舵面11施加力载荷，同时通过反射板9和石英灯10组成的加热器对舵面11进行加热。随着舵面11受到的压向力变大以及温度升高，舵平面绕其舵轴旋转，此时压杆5的球头与压块6内部的球面接触点位置发生变化，压杆5仍垂直于地面，与舵面11贴合的压块6下表面则随着舵面11角度变化而变化，使加载点受力均匀。试验结束后载荷回零并停止加热。如试验过程中伺服油缸1活塞杆7意外回缩，或由于试验结束后载荷回零，试验处于力控制模式而导致活塞杆回缩，保护套筒2可以限制活塞杆7回缩范围，防止压块6损坏加热器，保护试验装置，提高本力热联合试验系统的安全性。

Claims (6)

1.一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统，其特征在于：该试验系统包括伺服油缸（1）、压杆（5）、压块（6）以及测力计（8），其中，伺服油缸（1）倒置固定，其活塞杆（7）与测力计（8）固定连接，舵面（11）置于由反射板（9）与石英灯（10）组成的加热器中，其中，在靠近两个相互平行的反射板（9）内壁上分布有若干根石英灯（10），可以对置于两反射板（9）中的舵面（11）加热；压杆（5）一端穿过上端的反射板（9）与测力计（8）固定连接，另一端放置于舵面（11）上表面的压块（6）中，其中，压块（6）内部开有球面凹槽，使置于压块（6）球面凹槽中的压杆（5）头部相对于压块（6）具有一定角度的自由活动。
2.根据权利要求1所述的一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统，其特征在于：在所述的活塞杆（7）上套有保护套筒（2），可防止活塞杆（7）回缩过度。
3.根据权利要求2所述的一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统，其特征在于：所述的保护套筒（2）由圆柱筒状的上部分和下部分组成，其中，通过调节上部分和下部分之间的螺纹结构以及保护套筒（2）在活塞杆（7）上的位置，调节保护套筒（2）的保护长度，当伺服油缸（1）的活塞杆（7）向上收缩时，保护套筒（2）顶住伺服油缸（1）缸体，阻止活塞杆（7）回缩过度。
4.根据权利要求1所述的一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统，其特征在于：所述的活塞杆（7）和测力计（8）之间夹装有位移计挡板（4），可以使位移计（3）的量杆穿过并将位移计（3）固定在位移计挡板（4）上。
5.根据权利要求1所述的一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统，其特征在于：所述的压杆（5）一端为与测力计（8）接口相匹配的螺纹结构，另一端为球头结构，所述压块（6）内部开有球面凹槽，其直径大于压杆（5）的球头结构，可以使压杆（5）旋入压块（6）后，压块（6）可以相对于压杆（5）进行一定角度的自由活动。
6.根据权利要求5所述的一种基于C/SiC材料舵面的力热联合试验系统，其特征在于：所述的压杆（5）靠近球头结构处的螺纹尺寸与所述的压块（6）凹槽口的颈部螺纹尺寸相匹配，可以使压杆（5）旋入。
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