CN112782062A - 一种浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，包括箱体、荧光紫外灯、辐照度检测器、臭氧发生器、臭氧浓度检测器、电加热器、温度传感器、上夹具、下夹具、砝码盘和重量传感器，荧光紫外灯设置于箱体内壁，臭氧发生器与箱体连通，辐照度检测器、臭氧浓度检测器、电加热器及温度传感器均设置于箱体内，上夹具设置于箱体内部顶端，重量传感器设置于上夹具上，砝码盘与下夹具连接，通过荧光紫外灯与辐照度检测器模拟紫外线辐照强度环境，臭氧发生器与臭氧浓度检测器模拟臭氧浓度环境，电加热器及温度传感器模拟温度环境，达到对浮空器囊体材料多环境因素影响试验要求，为囊体材料的结构设计提供依据，分析浮空器囊体材环境适应性能。
Description
技术领域
本发明涉及材料测试技术领域，特别涉及一种浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统。
背景技术
对流层空气具有强烈的对流、喘流运动，并对流层存在雨、雷点等自然现象，浮空器在对流层难以实现长期驻空和机动定点等优势，而平流层风向和温度相对稳定，是浮空器长期稳定工作的理想区域。
平流层浮空器飞行高度一般在20km附近，该区域与地表环境相比，具有更强的紫外线辐照强度、更高的臭氧浓度以及由于昼夜交替所产生的高低温交替变化，这些环境因素能够加速破坏浮空器囊体材料表面的防老化层，使材料表面出现失光、变黄、龟裂等现象，进而破坏囊体材料的内部结构，使囊体材料强度、阻隔性降低，降低浮空器的使用寿命，除平流层环境因素外，由于浮空器内外压差所产生的应力，会对囊体材料本体尤其是焊接结构产生形变甚至是破坏作用，在紫外光、臭氧、高低温交变等环境因素的共同作用下，更是极大程度上影响浮空器的安全性。目前，国内对浮空器囊体材料环境适应性的评价主要借鉴通用高分子材料的评价方式，且大多数为单一环境因素的试验，如紫外光老化试验、臭氧老化试验、高低温老化试验等，但是在紫外光、温度交变、臭氧、应力因素下的综合环境试验未被提及，且单一的环境因素试验即使进行叠加也很难真实反映各环境因素的协同效应。
因此，研究平流层环境的多个因素对浮空器囊体材料使用寿命的作用，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，通过模拟平流层环境中的综合环境，研究浮空器囊体材料在综合环境下的性能变化，为囊体材料的结构设计及工艺提供依据和指导，进一步提高囊体材料的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明提供一种浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，包括箱体、荧光紫外灯、辐照度检测器、臭氧发生器、臭氧浓度检测器、电加热器、温度传感器、上夹具、下夹具、砝码盘和重量传感器，所述荧光紫外灯设置于所述箱体内壁，所述臭氧发生器与所述箱体连通，所述辐照度检测器、所述臭氧浓度检测器、所述电加热器及所述温度传感器均设置于所述箱体内，所述上夹具设置于所述箱体内部顶端，所述重量传感器设置于所述上夹具上，所述砝码盘与所述下夹具连接，且所述下夹具位于所述上夹具下方。
优选地，还包括设置于所述箱体上的工控机。
优选地，还包括与所述荧光紫外灯连接的辐照度调节装置，所述辐照度调节装置分别与所述辐照度检测器和所述工控机连接。
优选地，所述臭氧发生器的排气口处设置有臭氧调节装置，所述臭氧调节装置分别与所述臭氧浓度检测器和所述工控机连接。
优选地，还包括设置于所述箱体内的风冷压缩机。
优选地，还包括设置于所述箱体内的循环风机及贯穿设置于所述箱体顶部的排风道。
优选地，所述砝码盘通过钢丝与所述下夹具连接。
优选地，所述荧光紫外灯为UVA-340或UVB-313型荧光紫外灯的一种或多种组合。
优选地，所述砝码盘的重量为1kg～80kg。
优选地，所述臭氧发生器的臭氧浓度为50pphm～5000pphm。
本发明所提供的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，包括箱体、荧光紫外灯、辐照度检测器、臭氧发生器、臭氧浓度检测器、电加热器、温度传感器、上夹具、下夹具、砝码盘和重量传感器，荧光紫外灯设置于箱体内壁，臭氧发生器与箱体连通，辐照度检测器、臭氧浓度检测器、电加热器及温度传感器均设置于箱体内，上夹具设置于箱体内部顶端，重量传感器设置于上夹具上，砝码盘与下夹具连接，且下夹具位于上夹具下方。本申请公开的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，将下夹具与砝码盘连接，将浮空器囊体材料放置于下夹具和上夹具之间，并保证下夹具和上夹具的中心轴线重合，可根据使用需求在砝码盘上添加不同重量的砝码，重量传感器通过检测以达到测试浮空器囊体材料试验的应力要求，通过荧光紫外灯与辐照度检测器配合模拟出箱体内平流层空气中紫外线辐照强度环境，臭氧发生器与臭氧浓度检测器模拟出箱体内平流层空气中臭氧浓度环境，电加热器及温度传感器模拟出箱体内平流层空气中的温度环境，设定输入并控制紫外光辐照强度、臭氧浓度、温度、试验时间、光照/黑暗交替等参数，对试验中紫外光辐照强度、臭氧浓度、温度、应力大小等试验条件进行实时显示，并通过改变箱体内紫外光辐照强度、臭氧浓度、温度，以表格或曲线形式显示、记录和保存试验的紫外光辐照强度、臭氧浓度、温度、应力大小等参数，显示系统的故障、保护状态等，达到对浮空器囊体材料的多环境因素影响试验要求，为囊体材料的结构设计及工艺提供依据和指导，来分析浮空器囊体材料本体或连接结构的环境适应性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
其中，图1中：
箱体—1，荧光紫外灯—2，辐照度检测器—3，臭氧发生器—4，臭氧浓度检测器—5，电加热器—6，温度传感器—7，上夹具—8，下夹具—9，砝码盘—10，重量传感器—11，工控机—12，辐照度调节装置—13，臭氧调节装置—14，风冷压缩机—15，循环风机—16，排风道—17，钢丝—18。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，主要包括箱体1、荧光紫外灯2、辐照度检测器3、臭氧发生器4、臭氧浓度检测器5、电加热器6、温度传感器7、上夹具8、下夹具9、砝码盘10和重量传感器11，荧光紫外灯2设置于箱体1内壁，臭氧发生器4与箱体1连通，辐照度检测器3、臭氧浓度检测器5、电加热器6及温度传感器7均设置于箱体1内，上夹具8设置于箱体1内部顶端，重量传感器11设置于上夹具8上，砝码盘10与下夹具9连接，且下夹具9位于上夹具8下方。
其中，荧光紫外灯2设置于箱体1内壁，荧光紫外灯2与辐照度检测器3配合用于模拟平流层空气中紫外线辐照强度环境，臭氧发生器4与箱体1连通，臭氧发生器4、臭氧浓度检测器5和臭氧浓度检测器5用于模拟平流层空气中臭氧浓度环境，电加热器6及温度传感器7均设置于箱体1内，电加热器6及温度传感器7用于模拟平流层空气中的温度环境，上夹具8设置于箱体1内部顶端，重量传感器11设置于上夹具8上，砝码盘10与下夹具9连接，且下夹具9位于上夹具8下方，下夹具9、上夹具8、砝码盘10以及重量传感器11用于模拟浮空器囊体材料在平流层所受到的应力。
具体的，在实际的应用过程当中，将下夹具9与砝码盘10连接，将浮空器囊体材料放置于下夹具9和上夹具8之间，并保证下夹具9和上夹具8的中心轴线重合，可根据使用需求在砝码盘10上添加不同重量的砝码，重量传感器11通过检测以达到测试浮空器囊体材料试验的应力要求，通过荧光紫外灯2与辐照度检测器3配合模拟出箱体1内平流层空气中紫外线辐照强度环境，臭氧发生器4和臭氧浓度检测器5模拟出箱体1内平流层空气中臭氧浓度环境，电加热器6及温度传感器7模拟出箱体1内平流层空气中的温度环境，设定输入并控制紫外光辐照强度、臭氧浓度、温度、试验时间、光照/黑暗交替等参数，对试验中紫外光辐照强度、臭氧浓度、温度、应力大小等试验条件进行实时显示，并通过改变箱体1内紫外光辐照强度、臭氧浓度、温度，以表格或曲线形式显示、记录和保存试验的紫外光辐照强度、臭氧浓度、温度、应力大小等参数，显示系统的故障、保护状态等，达到对浮空器囊体材料的多环境因素影响试验要求，为囊体材料的结构设计及工艺提供依据和指导。
浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统还包括设置于箱体1上的工控机12，与荧光紫外灯2连接的辐照度调节装置13，辐照度调节装置13分别与辐照度检测器3和工控机12连接，荧光紫外灯2排列在箱体1内的后壁上，在模拟平流层空气中紫外线辐照强度时，辐照度检测器3设置在箱体1内的侧壁上，监测紫外线辐照强度，荧光紫外灯2连接辐照度调节装置13，辐照度检测器3和辐照度调节装置13分别连接工控机12，当辐照度检测器3监测到紫外线辐照强度与设定值不一致时，工控机12通过辐照度调节装置13调节荧光紫外灯2的功率输出来调整紫外光的辐照强度。
需要说明的是，我们根据浮空器囊体材料的实际使用环境，荧光紫外灯2主要采用了UVA-340或UVB-313两种类型的一种或多种组合，UVA-340型灯管主要模拟295nm～365nm范围内的波段，光谱能量主要集中在340nm附近，与太阳光具有良好的相关性，而UVB-313型灯管主要模拟波长为290nm～315nm范围内波段，光谱能量主要集中在313nm附近，主要用于加速老化试验，UVA-340型灯管辐照强度调节范围为0.35W/m2～1.5W/m2，UVB-313型灯管辐照强度调节范围为0.35W/m2～1.2W/m2。
臭氧发生器4的排气口处设置有臭氧调节装置14，臭氧调节装置14分别与臭氧浓度检测器5和工控机12连接，臭氧浓度检测器5设置在箱体1内的侧壁上，用于实时检测箱体1内的臭氧浓度，当臭氧浓度检测器5监测到箱体1内的臭氧浓度与设定值不一致时，臭氧调节装置14通过对比臭氧浓度实际值与设定值，工控机12通过臭氧调节装置14调节臭氧发生器4的功率输出来调整臭氧发生器4的工作状态，从而达到实时控制箱体1内臭氧浓度的目的，需要说明的是，臭氧发生器4主要采用高压无声放电管的发生器，其功率满足箱体1内臭氧浓度范围50pphm～5000pphm。
浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统还包括设置于箱体1内的风冷压缩机15，浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统还包括设置于箱体1内的循环风机16及贯穿设置于箱体1顶部的排风道17。风冷压缩机15的冷风输出口与箱体1内连接，可使箱体1内的温度降低，而电加热器6可使箱体1内的温度升高，循环风机16可减少箱体1内的温度偏差，箱体1内部安装温度传感器7，风冷压缩机15、电加热器6、温度传感器7、循环风机16均通过控制线与工控机12连接，温度传感器7实时监测箱体1内部的温度，并将温度值输出至工控机12，工控机12通过对比箱体1内实际温度值与设定温度值的差异来控制风冷压缩机15和电加热器6的工作状态，通过风冷压缩机15与电加热器6的结合，可使试验箱体1内的温度实现自动调整，从而模拟不同温度下使用环境状态。
需要说明的是，箱体1顶部安装排风道17，排风道17可将多余的臭氧排到室外。
应力环境模拟结构中，箱体1内顶部有上连接头，用于连接上夹具9，同时上连接头内还连接温度传感器7，温度传感器7连接工控机12，用于实时反映浮空器囊体材料所受到的应力情况，箱体1内底部具有一个底座，主要用于固定下夹具9位置，保证下夹具9与上夹具8的中心轴线重合，下夹具8通过钢丝18与砝码盘10连接，砝码盘10上可根据使用需求添加不同重量的砝码，砝码的重量调节范围为1kg～80kg，用于模拟囊体材料所受到的应力，此应力模拟结构的优点在于施力装置为砝码，可按照使用要求增加或减少，试样始终在垂直方向受力，通过砝码、钢丝18和夹具施力于试件，是纯机械式结构，不受温度、湿度等环境影响，施力精准、持久恒定。
综上所述，本实施例所提供的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统主要包括箱体、荧光紫外灯、辐照度检测器、臭氧发生器、臭氧浓度检测器、电加热器、温度传感器、上夹具、下夹具、砝码盘和重量传感器，荧光紫外灯设置于箱体内壁，臭氧发生器与箱体连通，辐照度检测器、臭氧浓度检测器、电加热器及温度传感器均设置于箱体内，上夹具设置于箱体内部顶端，重量传感器设置于上夹具上，砝码盘与下夹具连接，且下夹具位于上夹具下方。本申请公开的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，将下夹具与砝码盘连接，将浮空器囊体材料放置于下夹具和上夹具之间，并保证下夹具和上夹具的中心轴线重合，可根据使用需求在砝码盘上添加不同重量的砝码，重量传感器通过检测以达到测试浮空器囊体材料试验的应力要求，通过荧光紫外灯与辐照度检测器配合模拟出箱体内平流层空气中紫外线辐照强度环境，臭氧发生器与臭氧浓度检测器模拟出箱体内平流层空气中臭氧浓度环境，电加热器及温度传感器模拟出箱体内平流层空气中的温度环境，设定输入并控制紫外光辐照强度、臭氧浓度、温度、试验时间、光照/黑暗交替等参数，对试验中紫外光辐照强度、臭氧浓度、温度、应力大小等试验条件进行实时显示，并通过改变箱体内紫外光辐照强度、臭氧浓度、温度，以表格或曲线形式显示、记录和保存试验的紫外光辐照强度、臭氧浓度、温度、应力大小等参数，显示系统的故障、保护状态等，达到对浮空器囊体材料的多环境因素影响试验要求，为囊体材料的结构设计及工艺提供依据和指导，来分析浮空器囊体材料本体或连接结构的环境适应性能。
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业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。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的范围。
Claims (10)
1.一种浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，其特征在于，包括箱体(1)、荧光紫外灯(2)、辐照度检测器(3)、臭氧发生器(4)、臭氧浓度检测器(5)、电加热器(6)、温度传感器(7)、上夹具(8)、下夹具(9)、砝码盘(10)和重量传感器(11)，所述荧光紫外灯(2)设置于所述箱体(1)内壁，所述臭氧发生器(4)与所述箱体(1)连通，所述辐照度检测器(3)、所述臭氧浓度检测器(5)、所述电加热器(6)及所述温度传感器(7)均设置于所述箱体(1)内，所述上夹具(8)设置于所述箱体(1)内部顶端，所述重量传感器(11)设置于所述上夹具(8)上，所述砝码盘(10)与所述下夹具(9)连接，且所述下夹具(9)位于所述上夹具(8)下方。
2.根据权利要求1所述的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，其特征在于，还包括设置于所述箱体(1)上的工控机(12)。
3.根据权利要求2所述的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，其特征在于，还包括与所述荧光紫外灯(2)连接的辐照度调节装置(13)，所述辐照度调节装置(13)分别与所述辐照度检测器(3)和所述工控机(12)连接。
4.根据权利要求3所述的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，其特征在于，所述臭氧发生器(4)的排气口处设置有臭氧调节装置(14)，所述臭氧调节装置(14)分别与所述臭氧浓度检测器(5)和所述工控机(12)连接。
5.根据权利要求1所述的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，其特征在于，还包括设置于所述箱体(1)内的风冷压缩机(15)。
6.根据权利要求5所述的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，其特征在于，还包括设置于所述箱体(1)内的循环风机(16)及贯穿设置于所述箱体(1)顶部的排风道(17)。
7.根据权利要求1所述的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，其特征在于，所述砝码盘(10)通过钢丝(18)与所述下夹具(9)连接。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，其特征在于，所述荧光紫外灯(2)为UVA-340或UVB-313型荧光紫外灯的一种或多种组合。
9.根据权利要求8所述的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，其特征在于，所述砝码盘(10)的重量为1kg～80kg。
10.根据权利要求8所述的浮空器囊体材料综合环境模拟测试系统，其特征在于，所述臭氧发生器(4)的臭氧浓度为50pphm～5000pphm。
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