CN111947901A - 一种新型弹簧钢索自由边界模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型弹簧钢索自由边界模拟系统，包括承力梁、与承力梁连接的长度调节单元、弹性元件一、弹性元件二、钢丝绳一、钢丝绳二，其特征在于，所述弹性元件一通过转接拉板一与长度调节单元连接，所述弹性元件二与钢丝绳二并联一端通过转接拉板二与弹性元件一连接，另一端连接在承力工装上；钢丝绳一与弹性元件二串联在承力工装上。本发明能够满足多质量范围试验件的状态模拟，对整个试验周期的影响较小，且具有较强的工程可操作性，满足现有约束条件下的自由悬吊。

Description

一种新型弹簧钢索自由边界模拟系统

技术领域

本发明属于结构动特性试验技术领域，具体涉及一种新型弹簧钢索自由边界模拟系统。

背景技术

结构动特性试验是产品研制过程中一项常规且重要的环节，试验的一般目的是考核产品真实状态下结构的动特性参数；对于运载航天器、导弹武器来说，可以为其提供姿态控制稳定系统重要的设计参数，同时也可提供重要参数用于理论预示模型修正；也可用于结构健康检测，发现结构设计缺陷等。而产品状态是决定结构动特性参数的一个决定性因素。因此如何安全高效低成本的在试验场地保证试验产品状态是结构动特性试验实施前期策划和试验实施过程中的一个重要环节。

结构动特性试验为保证试验产品边界条件一般需要一套复杂的边界模拟系统，通常是在专用的试验场地内进行，例如运载火箭和导弹全尺寸试验的振动塔。技术成熟的弹簧钢索式自由边界模拟系统得到工程广泛应用，为国家航天和国防发展做出了突出贡献。但随着新型运载火箭和武器型号的尺寸和重量的增大，目前的弹簧钢索式自由边界模拟系统存在诸多不足。

目前的弹簧钢索式自由边界模拟系统由长度调节单元、弹性元件和钢丝绳串联构成，如图1所示。系统的设计按照标准的要求既要满足强度要求也要满足刚度要求，强度满足安全系数要求，刚度标准要求钢丝绳的重量要小于试验件质量的1％。这导致同一套悬吊组件满足的试验件质量范围有限。

为满足标准要求，弹簧钢索自由边界模拟系统需根据试验件状态的变化而变化，更换相应的弹性元件和钢丝绳。对于运载火箭，试验状态的变化对应的模拟液的加注量都需要对自由边界模拟系统进行调整或是更换。

工程上运载火箭的状态模拟是变更模拟液的加注量，同一种构型状态往往质量变化范围特别大，这导致适应于质量最重状态的弹簧钢索式自由边界模拟系统，在质量轻的状态时，弹性元件的刚度也存在不适用的情况，弹簧钢索的附加质量占比将增大，往往伴随有钢索弦振动耦合振动，造成多组耦合模态及数据采集偏差增大；此种状态下更换悬吊系统状态，需要将试验件模拟液排泄空，吊装出塔后对悬吊系统进行更换后，试验件进塔恢复试验状态，这将大幅增加试验周期和无效的工作量。并往往不被试验进度计划所允许。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种新型弹簧钢索自由边界模拟系统，满足试验产品总装和试验的需求。

一种新型弹簧钢索自由边界模拟系统，包括承力梁、与承力梁连接的长度调节单元、弹性元件一、弹性元件二、钢丝绳一、钢丝绳二，所述弹性元件一通过转接拉板一与长度调节单元连接，所述弹性元件二与钢丝绳二并联一端通过转接拉板二与弹性元件一连接，另一端连接在承力工装上；钢丝绳一与弹性元件二串联在承力工装上。

所述弹性元件一适应在同一构型状态下大质量的试验状态的承载，弹性元件一的组合方式可以根据试验件质量和刚度要求进行串联和并联调整。

所述弹性元件二适应在同一构型状态下小质量的试验状态的承载。

所述钢丝绳一和钢丝绳二的质量要求上限根据试验件各试验状态的质量参数1％的比例得到，质量要求下限根据各试验状态钢丝绳的强度要求得到。

所述长度调节单元包括液压作动筒、液压油缸、倒链。

所述弹性元件一和弹性元件二包括弹簧筒、橡皮绳。

本发明的有益效果如下：

本发明能够满足多质量范围试验件的状态模拟，对整个试验周期的影响较小，且具有较强的工程可操作性，满足现有约束条件下的自由悬吊。

附图说明

图1是现有弹簧钢索自由边界模拟系统示意图；

图2是本发明新型弹簧钢索自由边界模拟系统安装状态示意图；

图3是本发明新型弹簧钢索自由边界模拟系统使用状态示意图；

图4是试验件安装状态示意图；

其中；

1-承力梁；2-长度调节单元；3-转接拉板一；4-弹性元件一；5-转接拉板二；6-弹性元件二；7-钢丝绳一；8-钢丝绳二；9-承力工装；10-试验件

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求保护的范围。

如图2所示，本发明提出的一种新型弹簧钢索自由边界模拟系统自上而下连接而成，各部件之间的连接关系为承力梁1与长度调节单元2通过连接件连接，承力梁1承载悬吊系统和试验件的重量，转接拉板一3将长度调整单元2和弹性元件一4串联。长度调节单元2用于在一定范围内调节弹簧钢索自由边界模拟系统长度，进而实现试验件的高度和倾斜角度调整。弹性元件一4通过转接拉板二5与钢丝绳二8连接。弹性元件一4用于试验件大质量状态的承载和刚度模拟。弹性元件一4的组合方式可根据试验件质量和刚度要求进行串联和并联调整。在转接拉板二5上通过连接件连接弹性元件二6，弹性元件二6与钢丝绳一7连接。弹性元件二6用于试验件小质量状态的承载和刚度模拟。在弹性元件一4和弹性元件二6下方分别连接有钢丝绳二8和钢丝绳一7。钢丝绳一7和钢丝绳二8与承力工装9根据使用状态进行连接。承力工装9可根据试验件状态变化进行更换。承力工装9与试验件连接用于承载试验件的质量。

试验件安装具体实施方式如下：

1)根据试验状态质量设计弹性元件一4的刚度，弹性元件一4适应在同一构型状态下大质量的试验状态的承载，如运载火箭起飞秒/开机秒，此状态试验件质量大，加注的模拟液较多，通过弹性元件一4的串并联调节支撑刚度；

2)根据试验状态质量设计弹性元件二6的刚度，弹性元件二6适应在同一构型状态下小质量的试验状态的承载，如运载火箭关机秒/空箱，此状态试验件质量小，加注的模拟液较少，通过弹性元件二6的串并联调节支撑刚度；

3)根据弹性元件一4和弹性元件二6的设计状态，设计钢丝绳一7和钢丝绳二8的设计状态。根据试验件各试验状态的质量参数，按照1％的比例，得到所有状态钢丝绳的质量要求上限。根据各状态钢丝绳强度要求，得到钢丝绳的质量要求下限。形成每个试验状态对应钢丝绳设计要求的质量范围，相邻试验状态，钢丝绳设计要求的质量范围具有一定的重叠区域；根据所有试验状态对应钢丝绳设计要求的质量范围及重叠区域分布，对钢丝绳设计状态进行分类，以满足在重叠区域内试验状态钢丝绳设计要求。如起飞秒、飞行20秒、飞行50秒可由同一规格钢索绳满足要求，飞行70秒、飞行120秒可由另一规格钢索绳满足要求，飞行150秒、飞行180秒可由其他规格钢索绳满足要求。质量轻钢丝绳线密度降低。

4)对于同一弹性元件一4或弹性元件二6，对应的试验状态质量范围大的情况，设计多根钢丝绳一7或钢丝绳二8并列的方式；

5)使用时将试验状态对应的钢丝绳一7或钢丝绳二8与承力工装9连接，未使用的钢丝绳二8或钢丝绳一7与承力工装9断开连接，弹性元件不需更换，并与试验场地操作平台捆绑上，防止其晃动影响试验测量；

6)更换悬吊状态时，将长度调节单元2伸长，承力工装9放置在支撑面上，根据试验状态的要求改变钢丝绳一7或钢丝绳二8的连接状态。完成后，长度调节单元2缩短，实现新状态的自由悬吊；

7)同一结构状态的所有试验状态均可在此技术状态的悬吊系统内完成自由悬吊，且满足相关标准要求；

8)不同的结构状态，对应的悬吊系统进行相应的更换即可，对整个试验周期的影响较小，且具有较强的工程可操作性，满足现有约束条件下的自由悬吊。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专利技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (6)

1.一种新型弹簧钢索自由边界模拟系统，包括承力梁、与承力梁连接的长度调节单元、弹性元件一、弹性元件二、钢丝绳一、钢丝绳二，其特征在于，所述弹性元件一通过转接拉板一与长度调节单元连接，所述弹性元件二与钢丝绳二并联一端通过转接拉板二与弹性元件一连接，另一端连接在承力工装上；钢丝绳一与弹性元件二串联在承力工装上。

2.根据权利要求1所述的新型弹簧钢索自由边界模拟系统，其特征在于，所述弹性元件一适应在同一构型状态下大质量的试验状态的承载，弹性元件一的组合方式可以根据试验件质量和刚度要求进行串联和并联调整。

3.根据权利要求2所述的新型弹簧钢索自由边界模拟系统，其特征在于，所述弹性元件二适应在同一构型状态下小质量的试验状态的承载。

4.根据权利要求1所述的新型弹簧钢索自由边界模拟系统，其特征在于，所述钢丝绳一和钢丝绳二的质量要求上限根据试验件各试验状态的质量参数1％的比例得到，质量要求下限根据各试验状态钢丝绳的强度要求得到。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的新型弹簧钢索自由边界模拟系统，其特征在于，所述长度调节单元包括液压作动筒、液压油缸、倒链。

6.根据权利要求5所述的新型弹簧钢索自由边界模拟系统，其特征在于，所述弹性元件一和弹性元件二包括弹簧筒、橡皮绳。

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