CN111366481A - 一种模拟气流作用的高速冲击试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟气流作用的高速冲击试验装置及方法，该试验装置包括空气炮、靶体、弹体、挡板、顶部摄影仪、侧方摄影仪，挡板与靶体之间形成模拟气流通道，在该模拟气流通道的一端设置模拟气流气室，且该模拟气流气室的出口朝向为模拟气流通道的延伸方向。其中通过模拟气流气室能够向模拟气流通道内形成横向气流，从而能够模拟出弹体处于具有来自气流的作用力的环境下的气流影响，当弹体自空气炮中射出时，能够收到模拟气流的影响而在击打靶体时体现出模拟发动机内部轴向气流的影响的情况，从而更能准确地模拟发动机结构件在受到外物冲击之时的受力状态。

Description

一种模拟气流作用的高速冲击试验装置及方法
技术领域
本发明属于高速冲击试验领域，具体涉及一种可以模拟航空发动机中气流作用下飞断叶片运动轨迹及高速冲击试验的试验装置及方法。
背景技术
航空、航天、军事等领域的结构件很有可能会受到物体的高速冲击，可能为鸟、叶片丢失或者外物撞击等；为了研究这些冲击对材料的损伤以及材料的性能，设计并进行了大量的冲击及碰撞试验。不过，由于这些结构件在撞击、或受到外物的冲击之时，还会受到发动机内部轴向气流的影响；目前，常规冲击及碰撞试验所采用的空气炮实验装置并未考虑施加横向气动力。当飞机在全速飞行之时，来自气流的作用力并不是可以忽略不计的，所以现有的试验装置并不能满足实际的工况需求。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种可以模拟气流作用的高速冲击试验装置，其既能满足高速冲击及碰撞的试验要求，也可以模拟飞机在飞行之时的气流作用，可以更加准确的评估试验材料在受到高速冲击之后的性能。
本发明还提供了使用上述试验装置的试验方法，能够在高速冲击及碰撞的试验增加模拟飞机在飞行之时的气流作用。
技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：
一种模拟气流作用的高速冲击试验装置，包括空气炮、用于固定打靶材料的靶体、弹体；所述空气炮的炮口面对靶体，还包括挡板、顶部摄影仪、侧方摄影仪，该挡板位于空气炮炮口位置并分别向炮口外侧延伸，所述挡板与靶体之间形成模拟气流通道，在该模拟气流通道的一端设置模拟气流气室，且该模拟气流气室的出口朝向为模拟气流通道的延伸方向；所述顶部摄影仪位于模拟气流通道的上方且镜头向下面对炮口与靶体之间位置；侧方摄影仪位于模拟气流通道相对于模拟气流气室的另一端且镜头向内面对模拟气流气室。
有益效果：本发明在现有的空气炮击打靶体的试验装置基础上，进一步的提供了模拟气流通道及模拟气流气室，通过模拟气流气室能够向模拟气流通道内形成横向气流，从而能够模拟出弹体处于具有来自气流的作用力的环境下的气流影响，当弹体自空气炮中射出时，能够收到模拟气流的影响而在击打靶体时体现出模拟发动机内部轴向气流的影响的情况，进一步提高了该试验的真实性，从而更能准确地模拟发动机结构件在受到外物冲击之时的受力状态。
而使用上述试验装置的试验方法可以采用以下技术方案：
先通过模拟气流气室的出口释放稳定气流吹过模拟气流通道，在空气炮出口与靶体之间提供一个稳定的横向气流作用，再发射空气炮中的弹体射向靶体，并通过顶部摄影仪、侧方摄影仪分别拍摄弹体在横向气流作用下的轨迹
附图说明
图1是本发明高速冲击试验装置俯视结构图。
图2是本发明高速冲击试验装置主视结构图。
图3是本发明气罐出闭环控制系统示意图。
图4是本发明炮管与靶板之间连接处的三维示意图。
图5是本发明炮管与靶板之间连接处的另一个角度的三维示意图。
图6是弹体受模拟横向气流作用的大致流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
参阅图1至图5所示，本发明公开了一种模拟气流作用的高速冲击试验装置，包括空气炮、用于固定打靶材料的靶体7、弹体6。空气炮包括储气罐1、与储气罐1连接的气室3、炮管5。所述炮管5与气室3相连。储气罐1与气室3之间的管路设置第一阀门2。炮管5与气室3之间的管路设置第二阀门4。弹体6未发射时预设在炮管5内。所述空气炮的炮口面对靶体7。而为了能够在炮管出口与靶体7之间，即弹体6的飞行路线上模拟出横向气流作用，在该试验装置中另外设置了挡板15、顶部摄影仪11、侧方摄影仪12。该挡板15位于空气炮炮口位置并分别向炮口外侧延伸，所述挡板15与靶体7之间形成模拟气流通道。在该模拟气流通道的一端设置模拟气流气室14，且该模拟气流气室14的出口朝向为模拟气流通道的延伸方向。所述顶部摄影仪11位于模拟气流通道的上方且镜头向下面对炮口与靶体7之间位置；侧方摄影仪12位于模拟气流通道相对于模拟气流气室14的另一端且镜头向内面对模拟气流气室14。
结合图4及图5，而为了更加精确的模拟横向气流，本试验装置优选的将模拟气流通道设置在一个盒体中，从而避免受到外界气流的影响。该盒体包括所述挡板15。盒体还包括靶体固定板16、底板、透明材质(如有机玻璃)的顶板17、气室固定板18。挡板15及靶体固定板16作为盒体的两个侧板；气室固定板18位于挡板15及靶体固定板16的一端并与挡板15及靶体固定板16相连。底板位于挡板15、靶体固定板16、气室固定板18底部，顶板17覆盖于挡板15、靶体固定板16、气室固定板18顶部。所述气室固定板18上设有与模拟气流气室14的出口连通的开口19使该模拟气流气室14的出口与盒体内部连通。
结合图3所示，该试验装置中还设置了模拟气流气瓶9、压强流速表13、第三阀门10，所述模拟气流气室14与模拟气流气瓶9连通，第三阀门10位于模拟气流气室14与模拟气流气瓶9的管路之间。
在设计试验以及实施的时候，可以根据弹丸的不同，进行不同要求的高速冲击试验，弹丸6可以设计实施一下几种方案，①弹丸为真实鸟体、明胶弹体等时，可以模拟真实发动机吞鸟过程中受到的气动力作用，从而获得鸟体轨迹；②弹丸；是模拟叶片弹体，可以开展通用的碎片轨迹及机匣包容研究；③弹丸是真实叶片弹体，可以在考虑真实叶片三维几何构型的情况下，开展真实叶片轨迹研究及机匣包容性研究。
同时，在靶板7的使用上，设计了两种可行的方案。其一，靶板7为具有一定厚度的软物质，例如橡皮泥、明胶等。在使用这些靶板的时候，可以通过软物质的性质，保留叶片的撞击姿态，为后续的机匣研究设计提供一些实用数据。其二，靶板7便是正常的硬靶板，弹丸在通道处气流的作用下，偏置的撞击靶板，实现本发明模拟气流作用的高速冲击试验。
结合图6所示，本发明提供的上述试验装置的优选试验方法为：在开始高速冲击试验之前，开启LED灯光，打开顶部摄影仪11、侧方摄影仪12。所述储气罐1通过第一阀体2为气室3注气至设计压力后，关闭第一阀体2，打开第二阀体4释放高压空气作为弹体的初始推动力。在发射弹体之前，通过第三阀体10控制模拟气流气瓶9释放高压气体，气流通过管道流入模拟气流气室14，通过在模拟气流气室上设置的压强流速表13测量气压以及流速。待气压以及流达到要求值之后，通过闭环控制系统的反馈作用将第三阀体10关闭，并打开模拟气流气室出口释放稳定气流提供所述横向气流作用，即图6中速度为V2的气流。这样便可以通过高速摄影仪捕捉弹丸在以V1速度飞行而后受到速度为V2气流作用的飞行轨迹。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种模拟气流作用的高速冲击试验装置，包括空气炮、用于固定打靶材料的靶体、弹体；所述空气炮的炮口面对靶体，其特征在于：还包括挡板、顶部摄影仪、侧方摄影仪，该挡板位于空气炮炮口位置并分别向炮口外侧延伸，所述挡板与靶体之间形成模拟气流通道，在该模拟气流通道的一端设置模拟气流气室，且该模拟气流气室的出口朝向为模拟气流通道的延伸方向；所述顶部摄影仪位于模拟气流通道的上方且镜头向下面对炮口与靶体之间位置；侧方摄影仪位于模拟气流通道相对于模拟气流气室的另一端且镜头向内面对模拟气流气室。
2.根据权利要求1所述的高速冲击试验装置，其特征在于：还包括盒体，该盒体包括所述挡板，盒体还包括靶体固定板、底板、透明材质的顶板、气室固定板；挡板及靶体固定板作为盒体的两个侧板，气室固定板位于挡板及靶体固定板的一端并与挡板及靶体固定板相连，底板位于挡板、靶体固定板、气室固定板底部，顶板覆盖于挡板、靶体固定板、气室固定板顶部，所述气室固定板上设有与模拟气流气室的出口连通的开口使该模拟气流气室的出口与盒体内部连通。
3.根据权利要求1或2所述的高速冲击试验装置，其特征在于：所述空气炮包括储气罐、与储气罐连接的气室、炮管，所述炮管与气室相连；储气罐与气室之间的管路设置第一阀门，炮管与气室之间的管路设置第二阀门；弹体未发射时预设在炮管内。
4.根据权利要求3所述的高速冲击试验装置，其特征在于：还设有模拟气流气瓶、压强流速表、第三阀门，所述模拟气流气室与模拟气流气瓶连通，第三阀门位于模拟气流气室与模拟气流气瓶的管路之间。
5.根据权利要求3所述的高速冲击试验装置，其特征在于：弹丸为真实鸟体、明胶弹体、模拟叶片弹体、真实叶片弹体中的一种；靶板为软物质靶板或者硬靶板，靶板为软物质靶板时，为橡皮泥、明胶中的一种。
6.一种使用如权利要求1至5中任一项所述高速冲击试验装置的试验方法，其特征在于：先通过模拟气流气室的出口释放稳定气流吹过模拟气流通道，在空气炮出口与靶体之间提供一个稳定的横向气流作用，再发射空气炮中的弹体射向靶体，并通过顶部摄影仪、侧方摄影仪分别拍摄弹体在横向气流作用下的轨迹。
7.根据权利要求6所述的试验方法，，其特征在于：设置模拟气流气瓶模拟气流气室与模拟气流气瓶连通，设置第三阀门位于模拟气流气室与模拟气流气瓶的管路之间；通过第三阀门控制模拟气流气瓶释放高压气体，气流通过管道流入模拟气流气室，通过在模拟气流气室上设置的压强流速表测量气压以及流速，待达到要求值之后，将第三阀门关闭，并打开模拟气流气室出口释放稳定气流提供所述横向气流作用。
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