CN105823614A - 一种真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置 - Google Patents

Abstract

一种真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置，脱弹器的一端套装在脱弹器导管的一端；另一端端面的密封垫圈与旋转取壳器的内端端面贴合。各弹簧导杆的两端分别安装在各固定螺母中和弹簧导杆的安装孔内。各弹簧分别套装在各弹簧导杆上。螺纹盘位于旋转取壳器内，与旋转取壳器的内螺纹配合。炮管的一端端面固定在螺纹盘的盘表面，另一端穿过旋转取壳器端板上的中心孔与气炮发射机构连接。本发明充分考虑了真空撞击问题的特点，解决了气炮发射时高压空气不进入真空箱及发射后真空箱密封问题，保证了真空箱的安全及真空旋转撞击试验的正常进行，为我国发动机抗鸟撞设计提供了有效的手段，对于提高我国发动机鸟撞试验技术和发动机设计水平有重要意义。

Description

一种真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置

技术领域

本发明涉及真空状态下外物冲击实验领域，具体是一种能够在真空状态下利用高压空气发射撞击物进入真空箱，在撞击被撞物的同时阻隔高压空气于真空箱外的真空阻隔装置。

背景技术

鸟撞事故是指空中飞行的飞机等飞行器与飞行的鸟类相撞所发生的事故。随着民用航空行业的飞速发展，民机鸟撞事故成为民用航空最严重的安全威胁之一。据美联航有关报告显示，1990年到2008年间，美国民航共报告89727起动物与民航飞机相撞事故，其中97.4％是由飞鸟造成的。有关数据显示，飞机的迎风面，包括飞机风挡、雷达罩、发动机、机翼前缘及尾翼前缘是最易受到鸟撞的部位。

发动机是飞行器的动力源，一旦受到鸟撞破坏，灾难性事故就难以避免。因此，解决发动机抗鸟撞问题关系重大。发动机鸟撞破坏主要集中在风扇叶片受损，静止状态下的鸟撞试验无法满足抗鸟撞设计过程中载荷状态，而旋转状态下的鸟撞由于叶片旋转试验器的功率限制，鸟撞试验必须在真空箱中进行，如果鸟体连同气炮的高压空气一起进入真空箱，会造成真空箱爆炸或者试验器由于空气阻力产生过载而损毁，因此必须采取措施保证尽量少的空气进入真空箱，本发明对于发动机抗鸟撞设计意义重大。

专利号103673756的发明专利中曾提出一种空气炮用真空舱连接装置，该装置通过在弹托分离器筒体和弹托分离器活塞篦齿间设置密封圈、弹托卡持实现空气炮与真空箱的密封连接。实验时，弹托与弹丸经分离装置分离时，弹托被卡在弹托分离器活塞上，分离时的冲击力由液压阻尼装置进行缓冲。该方法除整个装置过于复杂外，在工作时还存在以下一些缺点：由于缓冲装置采用的是液压阻尼器，因此在实验完成后不具备自动回位功能，且在分离时的高速撞击下液压阻尼器活塞与缸体间很容易出现卡死的情况；发射过程中，弹丸和弹托进入气流偏转筒体时驱动弹丸的高压气一部分会经过气流偏转筒体上的排气孔，并在弹托分离器活塞被弹托密封前进入真空舱，同时由于实验过程一般在若干毫秒内完成，真空泵无法实现快速抽走大量压缩空气的功能；另外，当弹托分离器活塞被弹托密封后，驱动弹丸的大量空气被阻挡在真空舱外，需要很长的时间才能被真空泵抽取。

发明内容

为克服现有技术中存在的装置复杂、操作不便的不足，本发明提出了一种真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置。

本发明包括炮管、螺纹盘、旋转取壳器、密封垫圈、脱弹器、弹簧导杆、弹簧、脱弹器导管和锁紧螺母。其中：所述脱弹器的一端套装在脱弹器导管的一端；脱弹器另一端端面的外缘处有密封垫圈，该密封垫圈与旋转取壳器的内端端面贴合；所述脱弹器导管的另一端固定有端板。在所述脱弹器与脱弹器导管配合一端的法兰上均布有4个弹簧导杆的安装孔；在所述脱弹器导管的端板上亦均布有4个固定螺母，并且所述固定螺母的中心线与所述弹簧导杆的安装孔的中心线重合；4个弹簧导杆的一端分别安装在所述各固定螺母中，并在该端的弹簧导杆上装有锁紧螺母；各弹簧导杆的另一端分别安装在所述弹簧导杆的安装孔内。4个弹簧分别套装在各弹簧导杆上，位于所述锁紧螺母与固定螺母之间。所述螺纹盘位于所述旋转取壳器内，所述螺纹盘的外螺纹与所述旋转取壳器的内螺纹配合。所述炮管的一端端面通过法兰固定在所述螺纹盘的盘表面；所述炮管的另一端穿过所述旋转取壳器一端端板上的中心孔，与气炮发射机构连接。

炮管、螺纹盘、旋转取壳器、脱弹器、脱弹器导管同轴安装。各弹簧导杆均匀分布在脱弹器导管的周围，并使该弹簧导管的轴线与脱弹器导管的轴线平行。

所述脱弹器的内径略大于脱弹器导管的外径，使二者之间滑动配合。所述脱弹器的一端为敞口端，位于该敞口端的法兰盘上均布有弹簧导杆的安装孔；所述脱弹器另一端有脱弹锥；在该脱弹锥与旋转取壳器配合的端面外缘有用于安装密封垫圈的凹面。

所述脱弹锥由锥盘和锥头组成；所述的锥盘是在该脱弹器端面圆周上径向凸出的圆盘，该锥盘的中心有轴向凸出的锥头；该锥头顶端的最小外径略小于弹壳的内径；该锥头的中心有通孔，该通孔的内径略大于弹体的外径。

所述螺纹盘的内径与炮管1的内径相同。该螺纹盘的外圆周表面为与旋转取壳器内壁配合梯形螺纹面。在所述螺纹盘一个表面均布有炮管的安装孔，在该表面的外缘处有密封圈的安装槽。

所述旋转取壳器的一端为敞口，另一端有端板。所述旋转取壳器敞口端的内径与脱弹器上的安装密封垫圈的凹面处的最小直径相同，所述旋转取壳器敞口端的外径与所述凹面处的最大直径相同。所述旋转取壳器的端板的中心有通孔，该通孔的孔径略大于炮管一端法兰盘的外径。

所述弹簧导杆均为两端带螺纹钢杆，其中一端通过螺纹固定在脱弹器导管的端板上，另一端穿入脱弹器法兰盘上的弹簧导杆安装孔内。

所述脱弹器导管的一端有端板，另一端为敞口端。所述脱弹器导管的外径与脱弹器内径相同，并使二者之间能够滑动配合；所述脱弹器导管的内径与弹壳内径相同。在该脱弹器导管靠近敞口端的圆周表面加工有两处环形密封槽，用于安装导管密封圈。

为了保证真空状态下外物撞击试验的顺利、高效进行，本发明提供一种结构简单、可靠性高的真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置。

本发明用于真空状态下利用高压空气发射撞击物，撞击真空箱内的被撞物时，阻隔驱动撞击物的高压空气于真空箱外，实现对真空箱的密封。

试验时，高压气体推动弹体和弹壳加速向前运动，当弹体和弹壳从炮管到达脱弹器时，弹壳推动脱弹器压缩弹簧继续运动，此时弹壳产生塑性变形，并封住脱弹器，高压气体从脱弹器与旋转取壳器之间直接泄出到大气中，从而避免炮管内的高压气体进入试验器真空箱，弹体则进入真空箱撞击试验件，完成真空旋转撞击试验。

本发明充分考虑了真空撞击问题的特点，解决了气炮发射时高压空气不进入真空箱及发射后真空箱密封问题，保证了真空箱的安全及真空旋转撞击试验的正常进行。

1.能够避免发射弹体的高压气体进入真空箱，从而避免真空箱爆炸或带动发动机转子的电机过载烧毁的危险；

2.利用弹壳的塑性变形和大气，将弹壳封在脱弹器上，保证其不脱落；

3.利用弹簧作为缓冲装置，能实现实验后的自动回位；

4.旋转取壳器操作简单、取壳方便。

在航空发动机服役过程中，外物吸入损伤是民用航空发动机设计中必须认真对待的问题。发动机吸入各种外来物，如飞鸟、石块、砂粒、螺栓或铆钉等时造成发动机的叶片可能因外来物撞击而受到损伤。其中，鸟撞击的危害最大。本发明使发动机风扇叶片旋转状态下鸟撞试验得以实现，为我国发动机抗鸟撞设计提供了有效的手段，对于提高我国发动机鸟撞试验技术和发动机设计水平有重要意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；其中图1a是主视图，图1b是俯视图。

图2为弹体发射后弹壳变形密封及驱动弹体高压空气泄出示意图。图中：

1.炮管；2.螺纹盘；3.旋转取壳器；4.密封垫圈；5.脱弹器；6.弹簧导杆；7.弹簧；8.脱弹器导管；9.锁紧螺母；10.导管密封圈；11.螺纹盘密封圈；12.弹体；13.弹壳；14.脱弹锥。

具体实施方式

本实施例是一种真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置，用于真空状态下利用高压空气发射撞击物，撞击真空箱内的被撞物时，阻隔驱动撞击物的高压空气于真空箱外，实现对真空箱的密封。

本实施例包括炮管1、螺纹盘2、旋转取壳器3、密封垫圈4、脱弹器5、弹簧导杆6、弹簧7、脱弹器导管8和锁紧螺母9。其中：所述脱弹器5的一端套装在脱弹器导管8的一端，并通过导管密封圈10密封；脱弹器5另一端端面的外缘处有密封垫圈4，该密封垫圈4与旋转取壳器3的内端端面贴合；所述脱弹器导管8的另一端固定有端板。在所述脱弹器5与脱弹器导管8配合一端的外圆周表面有径向凸出的法兰，在该法兰上均布有4个弹簧导杆的安装孔；在所述脱弹器导管的端板上亦均布有4个固定螺母，并且所述固定螺母的中心线与所述弹簧导杆的安装孔的中心线重合；4个弹簧导杆6的一端分别安装在所述各固定螺母中，并在该端的弹簧导杆上装有锁紧螺母9；各弹簧导杆的另一端分别安装在所述弹簧导杆的安装孔内，并通过螺母固紧。4个弹簧7分别套装在各弹簧导杆上，位于所述锁紧螺母9与固定螺母之间。所述螺纹盘2位于所述旋转取壳器3内，所述螺纹盘2的外螺纹与所述旋转取壳器3的内螺纹配合。所述炮管1的一端端面通过法兰固定在所述螺纹盘的盘表面；所述炮管1的另一端穿过所述旋转取壳器3一端端板上的中心孔，与气炮发射机构连接。。

所述脱弹器5为薄壁筒体；在该脱弹器一端是法兰盘，另一端为脱弹锥14。所述脱弹器的内径略大于脱弹器导管8的外径，使二者之间滑动配合。所述脱弹器的一端为敞口端，位于该敞口端的法兰盘上均布有弹簧导杆的安装孔。所述脱弹锥由锥盘和锥头组成；所述的锥盘是在该脱弹器端面圆周上径向凸出的圆盘，该锥盘的中心有轴向凸出的锥头；该锥头顶端的最小外径略小于弹壳的内径；该锥头的中心有通孔，该通孔的内径略大于弹体的外径。脱弹锥锥盘的外径略大于或等于旋转脱壳器的外径；在该端脱弹锥与旋转取壳器3配合的端面外缘有环状的凹面，用于安装密封垫4。在该端法兰盘的中心有轴向凸出的圆形凸台，所述圆形凸台的外圆周表面为锥面，形成了脱弹锥的锥头。

所述螺纹盘2为环形板。该螺纹盘的内径与炮管1的内径相同。该螺纹盘的外圆周表面为与旋转取壳器3内壁配合梯形螺纹面。在所述螺纹盘一个表面均布有炮管1的安装孔，在该表面的外缘处有密封圈的安装槽。

所述旋转取壳器3为圆筒形。该旋转取壳器的一端为敞口，另一端有端板。所述旋转取壳器敞口端的内径与脱弹器5上的安装密封垫圈的凹面处的最小直径相同，所述旋转取壳器敞口端的外径与所述凹面处的最大直径相同。所述旋转取壳器的端板的中心有通孔，该通孔的孔径略大于炮管一端法兰盘的外径。

所述密封垫圈4为圆环形大厚度橡胶垫圈，其外径不小于旋转取壳器3开口端薄壁筒的外径，内径不大于旋转取壳器3开口端的薄壁筒的内径。

所述弹簧导杆6有4根，均为两端带螺纹钢杆，其中一端通过螺纹固定在脱弹器导管的端板上，另一端穿入脱弹器5法兰盘上的弹簧导杆安装孔内。在各弹簧导杆上分别套装有弹簧7，通过该弹簧，在试验前为脱弹器5和旋转取壳器3之间的密封提供压力，试验时进一步压缩，使脱弹器5和旋转取壳器3之间产生间隙，泄出炮管内高压空气，并缓冲弹壳冲击力。

所述脱弹器导管8为薄壁筒状。在该脱弹器导管的一端有端板，另一端为敞口端。所述脱弹器导管的外径与脱弹器5内径相同，并使二者之间能够滑动配合；所述脱弹器导管的内径与弹壳13内径相同。在该脱弹器导管8靠近敞口端的圆周表面加工有两处环形密封槽，用于安装导管密封圈10。

所述锁紧螺母9装在弹簧导杆6上，用于调节脱弹器5和旋转取壳器3之间的密封压力。

弹壳13为塑性较好的底部密封薄壁铝合金桶形部件，试验时弹壳产生较大的塑性变形，在外加大气的作用下，可紧紧封住脱弹器，防止高压空气进入真空箱。

炮管1、螺纹盘2、旋转取壳器3、脱弹器5、脱弹器导管8同轴安装。四根弹簧导杆6均匀分布在脱弹器导管8的周围，并使该弹簧导管的轴线与脱弹器导管的轴向平行。

如图1所示。装配时，先将旋转脱壳器3套装在炮管法兰盘上，再将螺纹盘2通过螺栓同轴安装到所述的炮管法兰盘上。在螺纹盘2相应位置安装密封圈12。然后将脱弹器导管8通过螺栓安装至试验器真空箱上的对应位置，保证脱弹器导管8与炮管同心。将各锁紧螺母9分别安装至弹簧导杆上。再将四根弹簧导杆6均匀安装至脱弹器导管8上的对应位置，并将弹簧7安装到弹簧导杆6上。在脱弹器导管8上安装密封圈10。将脱弹器5套在脱弹器导管8上，并使各弹簧导杆7均装入该脱弹器上的弹簧导杆安装孔内并通过螺母固紧。将密封垫圈4安装至脱弹器5上。

试验前，旋转取壳器3，通过密封圈12与螺纹盘2密封，通过密封垫圈4与脱弹器5密封，通过锁紧螺母9和弹簧7调节密封压力，脱弹器5与脱弹器导管8通过密封圈10密封。此时，各部分位置关系如图2所示。抽真空时连同炮管1一起抽真空。

试验时，高压气体推动弹体12和弹壳12加速运动，当弹体12和弹壳12从炮管1到达脱弹器5时，弹壳推动脱弹器5压缩弹簧7运动，此时弹壳12产生塑性变形，并封住脱弹器5，高压气体从脱弹器5与旋转取壳器3之间直接泄漏到大气中，从而避免炮管1内的高压气体进入真空箱，弹体则进入真空箱撞击试验件，完成真空旋转撞击试验。此时，各部分位置关系如图2所示。

试验后向右旋转取壳器3，取出变形的弹壳12，然后准备下一次试验。

Claims (7)

1.一种真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置，其特征在于，包括炮管、螺纹盘、旋转取壳器、密封垫圈、脱弹器、弹簧导杆、弹簧、脱弹器导管和锁紧螺母；其中：所述脱弹器的一端套装在脱弹器导管的一端；脱弹器另一端端面的外缘处有密封垫圈，该密封垫圈与旋转取壳器的内端端面贴合；所述脱弹器导管的另一端固定有端板；在所述脱弹器与脱弹器导管配合一端的法兰上均布有4个弹簧导杆的安装孔；在所述脱弹器导管的端板上亦均布有4个固定螺母，并且所述固定螺母的中心线与所述弹簧导杆的安装孔的中心线重合；4个弹簧导杆的一端分别安装在所述各固定螺母中，并在该端的弹簧导杆上装有锁紧螺母；各弹簧导杆的另一端分别安装在所述弹簧导杆的安装孔内；4个弹簧分别套装在各弹簧导杆上，位于所述锁紧螺母与固定螺母之间；所述螺纹盘位于所述旋转取壳器内，所述螺纹盘的外螺纹与所述旋转取壳器的内螺纹配合；所述炮管的一端端面通过法兰固定在所述螺纹盘的盘表面；所述炮管的另一端穿过所述旋转取壳器一端端板上的中心孔，与气炮发射机构连接；

炮管、螺纹盘、旋转取壳器、脱弹器、脱弹器导管同轴安装；各弹簧导杆均匀分布在脱弹器导管的周围，并使该弹簧导管的轴线与脱弹器导管的轴线平行。

2.如权利要求1所述真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置，其特征在于，所述脱弹器的内径略大于脱弹器导管的外径，使二者之间滑动配合；所述脱弹器的一端为敞口端，位于该敞口端的法兰盘上均布有弹簧导杆的安装孔；所述脱弹器另一端有脱弹锥；在该脱弹锥与旋转取壳器配合的端面外缘有用于安装密封垫圈的凹面。

3.如权利要求2所述真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置，其特征在于，所述脱弹锥由锥盘和锥头组成；所述的锥盘是在该脱弹器端面圆周上径向凸出的圆盘，该锥盘的中心有轴向凸出的锥头；该锥头顶端的最小外径略小于弹壳的内径；该锥头的中心有通孔，该通孔的内径略大于弹体的外径。

4.如权利要求1所述真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置，其特征在于，所述螺纹盘的内径与炮管1的内径相同；该螺纹盘的外圆周表面为与旋转取壳器内壁配合梯形螺纹面；在所述螺纹盘一个表面均布有炮管的安装孔，在该表面的外缘处有密封圈的安装槽。

5.如权利要求1所述真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置，其特征在于，所述旋转取壳器的一端为敞口，另一端有端板；所述旋转取壳器敞口端的内径与脱弹器上的安装密封垫圈的凹面处的最小直径相同，所述旋转取壳器敞口端的外径与所述凹面处的最大直径相同；所述旋转取壳器的端板的中心有通孔，该通孔的孔径略大于炮管一端法兰盘的外径。

6.如权利要求1所述真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置，其特征在于，所述弹簧导杆均为两端带螺纹钢杆，其中一端通过螺纹固定在脱弹器导管的端板上，另一端穿入脱弹器法兰盘上的弹簧导杆安装孔内。

7.如权利要求1所述真空状态下外物冲击实验真空箱密封装置，其特征在于，所述脱弹器导管的一端有端板，另一端为敞口端；所述脱弹器导管的外径与脱弹器内径相同，并使二者之间能够滑动配合；所述脱弹器导管的内径与弹壳内径相同；在该脱弹器导管靠近敞口端的圆周表面加工有两处环形密封槽，用于安装导管密封圈。