CN106153229A - 常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热结构试验领域，具体涉及一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置，目的是解决现有技术在测量常温及高温环境下测量整流罩和发动机本体之间的摩擦力大小时，干扰因素较多，测量数据不准确的问题。其特征在于，它包括底座、斜立柱、平衡杆、加载装置和测量装置；发动机模拟件固定在底座上，整流罩固定在发动机模拟件的上方；平衡杆的右端固定在斜立柱上，下端与加载装置连接；加载装置的右端与斜立柱连接，左端与整流罩连接；测量装置固定在整流罩的外表面上。通过本发明的运用，可以实现试验对象加热温度1200℃以内，位移载荷50mm以内的各类连接结构的摩擦力的测量。
Description
技术领域
本发明属于热结构试验领域，具体涉及一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置。
背景技术
在弹体飞行过程中，发动机某些部位由于受到发动机高温工作的影响，其温度会上升很高，发动机结构受热变形较大。而和发动机外连接的整流罩结构，特别是采C/SiC复合材料的整流罩，由于温度相比发动机较低，其受热变形较小，所以在飞行过程中两种结构之间就存在热变形协调的问题。
目前解决两种结构之间的热变形问题的方法是在连接结构上加工一定长度的长条孔，用于补充发动机结构受热变形后相对整流罩结构的位移变化。而这种长条孔补偿结构中，连接螺钉的力矩大小直接关系到补充结构是否有效。连接螺钉的力矩如果过大，使得两种结构之间的静摩擦力过大，会阻碍结构的变形补偿，而力矩过小，连接可靠性会降低。而最直接的考核连接螺钉力矩是否何时的方法即为测量结构之间的摩擦力大小。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术在测量常温及高温环境下测量整流罩和发动机本体之间的摩擦力大小时，干扰因素较多，测量数据不准确的问题，提供了一种用于实现大范围、高精度测量的常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置。
本发明是这样实现的：
一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置，包括底座、斜立柱、平衡杆、加载装置和测量装置；发动机模拟件固定在底座上，整流罩固定在发动机模拟件的上方；平衡杆的右端固定在斜立柱上，下端与加载装置连接；加载装置的右端与斜立柱连接，左端与整流罩连接；测量装置固定在整流罩的外表面上。
如上所述的常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置还包括辐射加热器；辐射加热器固定在整流罩的上方。
如上所述的加载装置包括作动器、测力计、加载端和加载拉杆；作动器的右端与斜立柱固定连接；加载拉杆共有两根；第一根加载拉杆的右端与作动器的输出端连接，第一根加载拉杆左端与测力计的右端连接；第二根加载拉杆的右端与测力计的左端连接，第二根加载拉杆的左端与加载端的右端连接；加载端的左端固定在整流罩上。
如上所述的加载端包括扇形加载工装、纵向滑动加载杆和“U”形加载工装；扇形加载工装主体部分为扇形，主体部分的左端通过连接孔固定连接在整流罩上；扇形加载工装主体部分的右端设置有开口向右的“U”形连接板，“U”形连接板的上下两部分沿竖直方向分别设置有通孔；“U”形加载工装整体为开口向左的“U”形，开口长度大于扇形加载工装“U”形连接板的开口长度；“U”形加载工装的上下两部分分别设置有通孔，“U”形加载工装的通孔与扇形加载工装“U”形连接板的通孔处于同一轴线上，四个通孔共同构成纵向滑动腔；“U”形加载工装的左端与第二根加载拉杆的左端连接；纵向滑动加载杆位于纵向滑动腔内，与纵向滑动腔紧密配合。
如上所述的平衡杆包括滑轮、滑轨、调节拉杆和连接钩；滑轨的左端固定在斜立柱上；滑轮有多个，与滑轨滑动连接；滑轮的下端固定有调节拉杆，调节拉杆上设有高度标尺；调节拉杆下端固定有连接钩，连接钩钩起加载拉杆。
如上所述的测量装置包括横向位移传感器和纵向位移传感器；横向位移传感器连接在整流罩的左端，纵向位移传感器连接在整流罩的上端。
如上所述的辐射加热器采用1000W-3600W的高功率红外石英灯实现。
本发明的有益效果是：
本发明包括底座、斜立柱、平衡杆、加载装置和测量装置。本发明在某发动机C/SiC复合材料整流罩的原理性试验中，完成了且原理性样件在常温环境中，连接螺钉不同力矩条件下，以及连接螺钉采用不同工艺胶结固定的工况下的静摩擦力和滑动摩擦力的测量，同时完成了800℃高温环境下，连接螺钉不同力矩条件下，以及连接螺钉采用不同工艺胶结固定的工况下的静摩擦力和滑动摩擦力的测量。本发明还在某发动机C/SiC复合材料整流罩第三段热变形协调试验中，完成了且整流罩第三段试验件在常温环境中，连接螺钉不同力矩条件下，以及连接螺钉采用不同工艺胶结固定的工况下，石英压条和整流罩之间的静摩擦力和滑动摩擦力的测量，同时完成了整流罩结构三面均维持在800℃高温环境下，连接螺钉不同力矩条件下，以及连接螺钉采用不同工艺胶结固定的工况下，石英压条和整流罩之间的静摩擦力和滑动摩擦力的测量。
附图说明
图1是本发明的一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置的常温摩擦力测量装置结构示意图；
图2是本发明的一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置的加载端的结构示意图；
图3是本发明的一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置的扇形加载工装的俯视图；
图4是本发明的一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置的平衡杆的结构示意图；
图5是本发明的一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置的常温摩擦力测试结果图；
图6是本发明的一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置的高温摩擦力测量装置结构示意图；
图7是本发明的一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置的高温摩擦力测试结果图。
其中：1.底座，2.斜立柱，3.平衡杆，4.加载装置，5.测量装置，6.滑轮，7.滑轨，8.调节拉杆，9.连接钩，10.作动器，11.测力计，12.加载端，13.加载拉杆，14.扇形加载工装，15.纵向滑动腔，16.纵向滑动加载杆，17.“U”形加载工装，18.纵向位移传感器，19.横向位移传感器，20.辐射加热器，21.发动机模拟件，22.整流罩。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
实施例一：
如图1所示，一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置，包括底座1、斜立柱2、平衡杆3、加载装置4和测量装置5。发动机模拟件21固定在底座1上，整流罩22固定在发动机模拟件21的上方。平衡杆3的右端固定在斜立柱2上，下端与加载装置4连接。加载装置4的右端与斜立柱2连接，左端与整流罩22连接。测量装置5固定在整流罩22的外表面上。
加载装置4包括作动器10、测力计11、加载端12和加载拉杆13。作动器10的右端与斜立柱2固定连接。加载拉杆13共有两根。第一根加载拉杆13的右端与作动器10的输出端连接，第一根加载拉杆13左端与测力计11的右端连接。第二根加载拉杆13的右端与测力计11的左端连接，第二根加载拉杆13的左端与加载端12的右端连接。加载端12的左端固定在整流罩22上。
如图2所示，加载端12包括扇形加载工装14、纵向滑动加载杆16和“U”形加载工装17。如图3所示，扇形加载工装14主体部分为扇形，主体部分的左端通过连接孔固定连接在整流罩22上。扇形加载工装14主体部分的右端设置有开口向右的“U”形连接板，“U”形连接板的上下两部分沿竖直方向分别设置有通孔。扇形加载工装14使得作动器10在施加位移载荷时，力的加载更为均衡。“U”形加载工装17整体为开口向左的“U”形，开口长度大于扇形加载工装14“U”形连接板的开口长度。“U”形加载工装17的上下两部分分别设置有通孔，“U”形加载工装17的通孔与扇形加载工装14“U”形连接板的通孔处于同一轴线上，四个通孔共同构成纵向滑动腔15。“U”形加载工装17的左端与第二根加载拉杆13的左端连接。纵向滑动加载杆16位于纵向滑动腔15内，与纵向滑动腔15紧密配合。由于扇形加载工装14、“U”形加载工装17的运动方向与纵向滑动加载杆16之间的夹角为90度，避免了纵向滑动加载杆16和加载工装之间产生分力，影响作动器10施加位移载荷。
如图4所示，平衡杆3包括滑轮6、滑轨7、调节拉杆8和连接钩9。滑轨7的左端固定在斜立柱2上。滑轮6有多个，与滑轨7滑动连接。滑轮6的下端固定有调节拉杆8，调节拉杆8上设有高度标尺。调节拉杆8下端固定有连接钩9，连接钩9钩起加载拉杆13。平衡杆3用于将加载装置4固定，通过调节拉杆8使得加载装置4整体位于同一水平线上，排除了加载装置4自重对试验对象带来的弯矩影响，方便精确测量整流罩22与发动机模拟件21之间连接面的静摩擦力大小。
测量装置5包括横向位移传感器和纵向位移传感器。横向位移传感器连接在整流罩22的左端，纵向位移传感器连接在整流罩22的上端。
进行常温条件下测试时，采用作动器10施加10mm的位移载荷，同时测量侧力计11的测量值以及各个试验对象各个位置的位移值。测量结果由图5可知，在前38秒，力载荷迅速持续增大，此时的位移是由试验对象和加载装置4的间隙和变形引起的，对测量结果无影响。在38秒时，力载荷达到峰值，其后的载荷迅速下降，所以38秒时刻所测得的力载荷即为静摩擦力，其后所测得的力载荷为滑动摩擦力。
实施例二：
如图6所示，一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置，包括底座1、斜立柱2、平衡杆3、加载装置4、测量装置5和辐射加热器20。发动机模拟件21固定在底座1上，整流罩22固定在发动机模拟件21的上方。平衡杆3的右端固定在斜立柱2上，下端与加载装置4连接。加载装置4的右端与斜立柱2连接，左端与整流罩22连接。测量装置5固定在整流罩22的外表面上。辐射加热器20固定在整流罩22的上方。
加载装置4包括作动器10、测力计11、加载端12和加载拉杆13。作动器10的右端与斜立柱2固定连接。加载拉杆13共有两根。第一根加载拉杆13的右端与作动器10的输出端连接，第一根加载拉杆13左端与测力计11的右端连接。第二根加载拉杆13的右端与测力计11的左端连接，第二根加载拉杆13的左端与加载端12的右端连接。加载端12的左端固定在整流罩22上。
如图2所示，加载端12包括扇形加载工装14、纵向滑动加载杆16和“U”形加载工装17。如图3所示，扇形加载工装14主体部分为扇形，主体部分的左端通过连接孔固定连接在整流罩22上。扇形加载工装14主体部分的右端设置有开口向右的“U”形连接板，“U”形连接板的上下两部分沿竖直方向分别设置有通孔。扇形加载工装14使得作动器10在施加位移载荷时，力的加载更为均衡。“U”形加载工装17整体为开口向左的“U”形，开口长度大于扇形加载工装14“U”形连接板的开口长度。“U”形加载工装17的上下两部分分别设置有通孔，“U”形加载工装17的通孔与扇形加载工装14“U”形连接板的通孔处于同一轴线上，四个通孔共同构成纵向滑动腔15。“U”形加载工装17的左端与第二根加载拉杆13的左端连接。纵向滑动加载杆16位于纵向滑动腔15内，与纵向滑动腔15紧密配合。由于扇形加载工装14、“U”形加载工装17的运动方向与纵向滑动加载杆16之间的夹角为90度，避免了纵向滑动加载杆16和加载工装之间产生分力，影响作动器10施加位移载荷。
如图4所示，平衡杆3包括滑轮6、滑轨7、调节拉杆8和连接钩9。滑轨7的左端固定在斜立柱2上。滑轮6有多个，与滑轨7滑动连接。滑轮6的下端固定有调节拉杆8，调节拉杆8上设有高度标尺。调节拉杆8下端固定有连接钩9，连接钩9钩起加载拉杆13。平衡杆3用于将加载装置4固定，通过调节拉杆8使得加载装置4整体位于同一水平线上，排除了加载装置4自重对试验对象带来的弯矩影响，方便精确测量整流罩22与发动机模拟件21之间连接面的静摩擦力大小。
测量装置5包括横向位移传感器和纵向位移传感器。横向位移传感器连接在整流罩22的左端，纵向位移传感器连接在整流罩22的上端。
辐射加热器20采用1000W-3600W的高功率红外石英灯实现。
在加热环境中，试验测试结果由图7所示，在通过辐射加热器20对整流罩加热到800℃后保持，再通过作动器10对试验对象施加最大位移量为10mm的位移，实时测量所施加的力载荷。由图7可知，在前100秒，力载荷迅速持续增大，此时的位移是由试验件和加载装置4的间隙和变形引起的。在110秒时，力载荷达到峰值，其后的载荷迅速下降，所以110秒时刻所测得的力载荷即为静摩擦力，其后所测得的力载荷为滑动摩擦力。
通过本发明的运用，可以实现试验对象加热温度1200℃以内，位移载荷50mm以内的各类连接结构的摩擦力的测量。
Claims (7)
1.一种常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置，其特征在于：它包括底座(1)、斜立柱(2)、平衡杆(3)、加载装置(4)和测量装置(5)；发动机模拟件(21)固定在底座(1)上，整流罩(22)固定在发动机模拟件(21)的上方；平衡杆(3)的右端固定在斜立柱(2)上，下端与加载装置(4)连接；加载装置(4)的右端与斜立柱(2)连接，左端与整流罩(22)连接；测量装置(5)固定在整流罩(22)的外表面上。
2.根据权利要求1所述的常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置，其特征在于：它还包括辐射加热器(20)；辐射加热器(20)固定在整流罩(22)的上方。
3.根据权利要求1或2所述的常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置，其特征在于：所述的加载装置(4)包括作动器(10)、测力计(11)、加载端(12)和加载拉杆(13)；作动器(10)的右端与斜立柱(2)固定连接；加载拉杆(13)共有两根；第一根加载拉杆(13)的右端与作动器(10)的输出端连接，第一根加载拉杆(13)左端与测力计(11)的右端连接；第二根加载拉杆(13)的右端与测力计(11)的左端连接，第二根加载拉杆(13)的左端与加载端(12)的右端连接；加载端(12)的左端固定在整流罩(22)上。
4.根据权利要求3所述的常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置，其特征在于：所述的加载端(12)包括扇形加载工装(14)、纵向滑动加载杆(16)和“U”形加载工装(17)；扇形加载工装(14)主体部分为扇形，主体部分的左端通过连接孔固定连接在整流罩(22)上；扇形加载工装(14)主体部分的右端设置有开口向右的“U”形连接板，“U”形连接板的上下两部分沿竖直方向分别设置有通孔；“U”形加载工装(17)整体为开口向左的“U”形，开口长度大于扇形加载工装(14)“U”形连接板的开口长度；“U”形加载工装(17)的上下两部分分别设置有通孔，“U”形加载工装(17)的通孔与扇形加载工装(14)“U”形连接板的通孔处于同一轴线上，四个通孔共同构成纵向滑动腔(15)；“U”形加载工装(17)的左端与第二根加载拉杆(13)的左端连接；纵向滑动加载杆(16)位于纵向滑动腔(15)内，与纵向滑动腔(15)紧密配合。
5.根据权利要求1或2所述的常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置，其特征在于：所述的平衡杆(3)包括滑轮(6)、滑轨(7)、调节拉杆(8)和连接钩(9)；滑轨(7)的左端固定在斜立柱(2)上；滑轮(6)有多个，与滑轨(7)滑动连接；滑轮(6)的下端固定有调节拉杆(8)，调节拉杆(8)上设有高度标尺；调节拉杆(8)下端固定有连接钩(9)，连接钩(9)钩起加载拉杆(13)。
6.根据权利要求1或2所述的常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置，其特征在于：所述的测量装置(5)包括横向位移传感器和纵向位移传感器；横向位移传感器连接在整流罩(22)的左端，纵向位移传感器连接在整流罩(22)的上端。
7.根据权利要求2所述的常温及高温环境测量复合材料整流罩连接面摩擦力的装置，其特征在于：所述的辐射加热器(20)采用1000W-3600W的高功率红外石英灯实现。
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