CN108082536B - 一种用于全机损伤试验的电磁式冲击装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于全机损伤试验的电磁式冲击装置，属于飞机疲劳试验技术领域。所述装置包括吸盘(1)、底座组件(2)、机械臂(3)以及冲击枪(4)，吸盘(1)吸附在飞机上，另一端固定底座组件(2)，底座组件(2)通过机械臂(3)连接冲击枪(4)，冲击枪(4)包括枪体(41)及设置在枪体(41)内的冲头(42)，所述冲头(42)能够由电磁驱动，伸出所述枪体(41)，从而实施损伤冲击。该装置具有牢靠的固定方式、较高的冲击定位和精确的能量控制，可进行大能量冲击，可进行任意角度实时冲击，重复性高，同时，冲击枪上具有防反感应器，具备自动防二次反弹功能。

Description

一种用于全机损伤试验的电磁式冲击装置

技术领域

本发明属于飞机疲劳试验技术领域，具体涉及一种用于全机损伤试验的电磁式冲击装置。

背景技术

随着国内复合材料技术的日趋成熟，复合材料在提高结构效率和整体化程度的同时，制造和运营维护成本在不断下降，复合材料以其优异的性能，已大量应用于军民用飞机结构设计中。目前我国C919飞机的复合材料用量已经达到12％，宽体客机未来的复合材料用量规划的更高，可以预见在未来军、民机型号研制中将大量应用先进复合材料。按现有军机规范和民机适航条例要求，研制含有复合材料结构的飞机时，均需要在部件及全机结构上通过冲击设备引入损伤以便验证其损伤容限。

目前，国内全机试验的损伤引入装置为便携式落锤冲击设备和弹簧枪冲击设备。经研究验证发现，这两类便携式设备在进行全机低速冲击损伤引入时，存在以下问题：

1)进行全机试验时，因飞机安装姿态固定，有些部位无法使用落锤冲击设备实施大能量冲击，必须使用现有弹簧枪冲击设备。但现有弹簧枪因其动力原理，无法实施大能量冲击，满足不了现有规范要求的能量截止值冲击要求；

2)现有落锤冲击、弹簧枪两种便携式冲击设备，固定方式无法提供足够的支撑刚度，造成设备稳定性差；

3)现有设备重复性较差，离高精度冲击要求还有一定的差距；

4)没有防止二次反弹的装置，主要依靠人员在冲击后迅速插入垫板来防止二次冲击，存在一定的质量安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于全机损伤试验的电磁式冲击装置，用于在飞机全机静力和疲劳/损伤容限试验中引入冲击损伤，该试验装置可以通过吸盘固定于飞机上需要引入损伤的位置，其机械臂具有六自由度，可以按照任意角度调整冲击枪的方向，冲击枪采用电磁驱动冲头的方式实施冲击，通过调整电能来控制冲击能量。

所述装置主要包括：

吸盘；

底座组件，一端与吸盘连接，另一端延伸有筒体；

机械臂，由多段相互铰接的支臂相互连接而成，机械臂的一端转动设置在所述底座组件的筒体内，另一端固定有冲击枪；

冲击枪，包括枪体及设置在枪体内的冲头，所述冲头能够由电磁驱动，伸出所述枪体。

优选的是，所述底座组件包括底盘，所述底盘的一侧延伸有多个支座，分别连接多个吸盘，底盘的另一侧中心延伸有筒体，所述筒体内设置有轴承，用于与机械臂的端部转动连接。

优选的是，支座上设置有通孔，所述吸盘上设置有耳片，支座与所述吸盘通过销轴连接。

优选的是，所述机械臂包括机械臂一段组、机械臂二段组以及机械臂三段组，所述机械臂一段组一端转动设置在所述底座组件的筒体内，另一端铰接机械臂二段组的一个端部，机械臂二段组的另一端铰接在机械臂三段组上，其中，机械臂一段组通过第一伸缩机构连接机械臂二段组，机械臂二段组通过第二伸缩机构连接机械臂三段组。

优选的是，所述机械臂三段组设置为可伸缩结构。

优选的是，所述冲击枪的枪体内设置有连接电源正极的第一导体、连接电源负极的第二导体以及设置在第一导体及第二导体之间的螺旋管，所述螺旋管中设置有沿螺旋管轴线运动的带磁性撞针，所述撞针通过连接杆连接设置在螺旋管之外的冲头。

优选的是，所述冲击枪上设置有激光瞄准器。

优选的是，所述冲击枪上设置有测速器，用于测量冲头的运动速度。

优选的是，所述冲击枪上设置有防反感应器，所述防反感应器通过控制器连接所述电源，用于切断电源开关。

优选的是，所述电源采用电压和电流可调节的电容储能脉冲供电法，通过调节电容储存的电能开控制冲击的能量。

本发明的优点在于：

该装置具有牢靠的固定方式、较高的冲击定位和精确的能量控制，可进行大能量冲击，可进行任意角度实时冲击，重复性高，具备自动防二次反弹功能。

附图说明

图1为按照本发明用于全机损伤试验的电磁式冲击装置的一优选实施例的结构示意图。

图2为本发明图1所示实施例的吸盘结构示意图。

图3为本发明图1所示实施例的底座结构示意图。

图4为本发明图1所示实施例的机械臂结构示意图。

图5为本发明图1所示实施例的冲击枪结构示意图。

其中，1为吸盘，11为手柄，12为连接件，2为底座组件，21为底盘，22为支座，23为筒体，3为机械臂，31为机械臂一段组，32为机械臂二段组,33为机械臂三段组，34为第一伸缩机构，35为第二伸缩机构，36为第三伸缩机构，4为冲击枪，41为枪体，42为冲头，43为第一导体，44为第二导体，45为螺旋管，46为撞针，47为激光瞄准器，48为测速器，49为防反感应器。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明提供了一种用于全机损伤试验的电磁式冲击装置，用于在飞机全机静力和疲劳/损伤容限试验中引入冲击损伤，该试验装置可以通过吸盘固定于飞机上需要引入损伤的位置，其机械臂具有六自由度，可以按照任意角度调整冲击枪的方向，冲击枪采用电磁驱动冲头的方式实施冲击，通过调整电能来控制冲击能量。

如图1所示，为本发明用于全机损伤试验的电磁式冲击装置的结构示意图，参考图1，所述装置要包括吸盘1、底座组件2、机械臂3以及冲击枪4，具体的，

吸盘1结构如图2所示，用于将装置吸附在机身上。本实施例中，吸盘共四个，为工业标准产品。4个吸盘通过吸力将整个冲击装置固定在飞机表面。吸盘上带有手柄11，按下手柄11可以将吸盘吸附在飞机表面，松开手柄可使吸盘与飞机表面分离；另外，吸盘在碗底处设置有连接件12，用于与底座组件2连接。

底座组件2的一端与吸盘1连接，另一端延伸有筒体，用于连接机械臂3，如图3所示，底座组件包括支座22、底盘21和含轴承的筒体23三大部分构成。支座22用于和吸盘上相应的位置固定，支座22上设置有通孔，所述吸盘1上设置有耳片(连接件12)，支座22与所述吸盘1通过销轴连接。筒体23用于机械臂组件与底座组件的连接，其中含有轴承，底座组件的机械臂一段可以插入轴承中。由于轴承的作用，机械臂可以绕着底盘转动。

机械臂3结构如图4所示，由多段相互铰接的支臂相互连接而成，机械臂3的一端转动设置在所述底座组件2的筒体内，另一端固定有冲击枪4，机械臂下部设置有锁止装置，当机械臂转动到所需要的方向时，可以通过锁止装置将机械臂锁住，使其不能绕底座转动。具体的所述机械臂3包括机械臂一段组31、机械臂二段组32以及机械臂三段组33，所述机械臂一段组31一端转动设置在所述底座组件2的筒体内，另一端铰接机械臂二段组32的一个端部，机械臂二段组32的另一端铰接在机械臂三段组33上，其中，机械臂一段组31通过第一伸缩机构34连接机械臂二段组32，机械臂二段组32通过第二伸缩机构35连接机械臂三段组33。

可以理解的是，伸缩机构例如可以是作动筒，驱动第一伸缩机构34，使机械臂二段组32绕其铰接机械臂一段组31的铰接点转动，驱动第二伸缩机构35，使机械臂三段组33绕其铰接械臂二段组32的铰接点转动，备选实施方式中，还包括第三伸缩机构36，一端铰接在机械臂三段组33上，另一端铰接在冲击枪4上，机械臂三段组33与冲击枪4铰接，驱动第三伸缩机构36，使冲击枪4绕其铰接机械臂三段组33的铰接点转动。

可以理解的是，所述机械臂三段组33可以设置为可伸缩结构，例如同轴的两个筒体，第二筒体可以自第一筒体内伸出或收回。

冲击枪4的结构如图5所示，包括枪体41及设置在枪体41内的冲头42，所述冲头42能够由电磁驱动，伸出所述枪体41。

参考图5，所述冲击枪4的枪体内设置有连接电源正极的第一导体43、连接电源负极的第二导体44以及设置在第一导体43及第二导体44之间的螺旋管45，所述螺旋管45中设置有沿螺旋管轴线运动的带磁性撞针46，所述撞针46通过连接杆连接设置在螺旋管45之外的冲头42。撞针为导体，电源系统提供整个冲击枪的能量。当螺旋管中通过电流时，变化的电流在带磁性撞针中产生涡流，涡流产生磁场，线圈场和撞针磁场相互作用，产生电磁力发射撞针，撞针推动冲头实施冲击。电源为采用电压和电流可调节的电容储能脉冲供电法。通过调节电容储存的电能开控制冲击的能量。

本实施例中，所述冲击枪4上设置有激光瞄准器47。电磁冲击枪外部，沿枪口处带有两个90°布置的激光发射器，激光发射器可以发射直线光，两条直线在飞机表面交叉，形成一个十字，十字的中心即为冲击枪实施冲击时的冲击位置。

本实施例中，所述冲击枪4上设置有测速器48，用于测量冲头42的运动速度。

本实施例中，所述冲击枪4上设置有防反感应器49，所述防反感应器通过控制器连接所述电源，用于切断电源开关。实施冲击时，防反弹装置可以感应到冲头，当冲头实施冲击后，防反弹装置马上锁止，防止二次冲击。

使用本装置实施冲击时，先将整个装置移动到飞机表面上待冲击位置附近，锁止四个吸盘上的手柄，使得吸盘将整个装置吸附在飞机表面不能移动。然后开启电磁冲击枪上的激光发射器，调整机械臂的位置和方向，使得冲击枪的角度满足试验要求，且激光发射器发射出的十字光线的中心与待冲击点完全重合。按照要求的能量向电磁冲击枪的电容储能器充入所需的电能。为了保证冲击的能量无偏差，可以实施预冲击，在冲击位置上放置一块很厚的吸能板，预先冲击一次，检验冲击速度和能量是否为预定的速度和能量，如果有偏差则调整电容充入的电量，直到速度或者能量满足试验要求。正式冲击时，开启防反弹感应器，移去吸能板，并按照调试时的电量向电容中充入所需的电量并正式实施冲击。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用于全机损伤试验的电磁式冲击装置，其特征在于，包括：

吸盘(1)，吸盘上带有手柄(11)，按下手柄(11)用于将吸盘吸附在飞机表面，松开手柄用于使吸盘与飞机表面分离；

底座组件(2)，一端与吸盘(1)连接，另一端延伸有筒体；

机械臂(3)，由多段相互铰接的支臂相互连接而成，机械臂(3)的一端转动设置在所述底座组件(2)的筒体内，另一端固定有冲击枪(4)；

冲击枪(4)，包括枪体(41)及设置在枪体(41)内的冲头(42)，所述冲头(42)能够由电磁驱动，伸出所述枪体(41)；

所述底座组件(2)包括底盘(21)，所述底盘(21)的一侧延伸有多个支座(22)，分别连接多个吸盘(1)，底盘(21)的另一侧中心延伸有筒体(23)，所述筒体(23)内设置有轴承，用于与机械臂(3)的端部转动连接；

所述冲击枪(4)的枪体内设置有连接电源正极的第一导体(43)、连接电源负极的第二导体(44)以及设置在第一导体(43)及第二导体(44)之间的螺旋管(45)，所述螺旋管(45)中设置有沿螺旋管轴线运动的带磁性撞针(46)，所述撞针(46)通过连接杆连接设置在螺旋管(45)之外的冲头(42)；

所述冲击枪(4)上设置有激光瞄准器(47)。

2.如权利要求1所述的用于全机损伤试验的电磁式冲击装置，其特征在于，支座(22)上设置有通孔，所述吸盘(1)上设置有耳片，支座(22)与所述吸盘(1)通过销轴连接。

3.如权利要求1所述的用于全机损伤试验的电磁式冲击装置，其特征在于，所述机械臂(3)包括机械臂一段组(31)、机械臂二段组(32)以及机械臂三段组(33)，所述机械臂一段组(31)一端转动设置在所述底座组件(2)的筒体内，另一端铰接机械臂二段组(32)的一个端部，机械臂二段组(32)的另一端铰接在机械臂三段组(33)上，其中，机械臂一段组(31)通过第一伸缩机构(34)连接机械臂二段组(32)，机械臂二段组(32)通过第二伸缩机构(35)连接机械臂三段组(33)。

4.如权利要求3所述的用于全机损伤试验的电磁式冲击装置，其特征在于，所述机械臂三段组(33)设置为可伸缩结构。

5.如权利要求1所述的用于全机损伤试验的电磁式冲击装置，其特征在于，所述冲击枪(4)上设置有测速器(48)，用于测量冲头(42)的运动速度。

6.如权利要求1所述的用于全机损伤试验的电磁式冲击装置，其特征在于，所述冲击枪(4)上设置有防反感应器(49)，所述防反感应器通过控制器连接所述电源，用于切断电源开关。

7.如权利要求1所述的用于全机损伤试验的电磁式冲击装置，其特征在于，所述电源采用电压和电流可调节的电容储能脉冲供电法，通过调节电容储存的电能开控制冲击的能量。

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