CN113866024A - 一种材料抗固液混合物冲击试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种材料抗固液混合物冲击试验装置，包括固定板，固定板上依次设置发射组件、控制射频组件、快速冷却组件以及涂层板组件，发射组件固定设置有用于发射液流的射流管，控制射频组件与发射组件转动连接，控制射频组件开设有用于切割液流的切割孔，快速冷却组件开设有冷却通道，涂层板组件与快速冷却组件相对应；射流管、切割孔和冷却通道三者相互对应；在实验过程中，仅需数字控制气泵压力和步进电机转速，调节冷却通道长度和涂层板角度，即可完成各种工况下的试验；结构简单，成本低廉，适用范围广。

Description

一种材料抗固液混合物冲击试验装置

技术领域

本发明涉及性能检测试验装置技术领域，特别是涉及一种材料抗固液混合物冲击试验装置。

背景技术

军用飞机为了保证其隐身性能，在其机身机翼表面常会覆盖有隐身涂层，但是飞机的隐身涂层在服役过程中，难免会受到极端天气的影响，例如风沙的侵蚀或者雨、冰的冲击，涂层性能的损失会严重影响飞机的服役状态，因此涂层的抗冲击性能是检验涂层性能中的一项重要指标。而传统的检测装置基本仅考虑了液滴或者固体颗粒冲击的装置，没有考虑固液混合物的冲击，无法检测出涂层的抗极端环境下雨/冰雹的联合冲击性能，无法评判固液混合物对涂层带来的耦合冲击效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种材料抗固液混合冲击试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，使试验可以得出最真实的固液混合物的冲击效果，提高检测结果的真实性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种材料抗固液混合物冲击试验装置，包括固定板，所述固定板上依次设置发射组件、控制射频组件、快速冷却组件以及涂层板组件，所述发射组件固定设置有用于发射液流的射流管，所述控制射频组件与所述发射组件转动连接，所述控制射频组件开设有用于切割液流的切割孔，所述快速冷却组件开设有冷却通道，所述涂层板组件与所述快速冷却组件相对应；所述射流管、所述切割孔和所述冷却通道三者相互对应；高压数控气泵的压力、同步电机的转速、冷却通道的长度、涂层板与底座之间的夹角均可调节，有利于根据试验需求实现不同冲击速度、不同冲击角度、不同固液混合度、不同冲击频率下的抗冲击试验，使得试验机构更加真实，试验装置的测试范围更广，提高了装置的实用性。

优选的，所述发射组件包括发射箱，所述发射箱内部固定设置有高压数控气泵，所述高压数控气泵与所述射流管连通，所述射流管上连通有储液箱，所述储液箱通过所述射流管与所述高压数控气泵连通，所述射流管远离所述高压数控气泵的一端贯穿所述发射箱的侧壁；射流管的出口与圆盘之间设置有间隙，当圆盘上的切割孔没有与射流管的出口对齐时，防止射流管中的高压水流被挡住，防止高压水流对试验装置造成损害；例如，当圆盘与射流管的出口之间没有间隙，射流管中的高压水流会不能被及时的释放，会对圆盘造成极大的冲击，以至于圆盘不能在同一水平面内转动，进而导致切割孔不能与射流孔以及冷却通道同轴心，容易导致冲击试验结果误差偏大，影响试验精度；本装置在射流管与圆盘之间留有间隙，能够有效保证圆盘正常工作，提高试验精度。

优选的，所述储液箱连通有输液管，所述输液管远离所述储液箱的一端贯穿所述发射箱侧壁并连接有液体注入口；输液管便于试验人员将试验用的液体注入到储液箱中，不仅方便添加液体，而且由于液体注入口位于发射箱外侧，还便于封堵，为高压数控气泵提供密闭的环境，便于高压数控气泵对储液箱进行加压，保证试验的精确度。

优选的，所述发射箱内部固定设置有同步电机，所述同步电机的输出轴轴接有传动轴，所述传动轴贯穿所述发射箱的侧壁，所述传动轴远离所述同步电机的一端固定连接有圆盘，所述切割孔到所述圆盘中心的距离与所述射流管中心到所述传动轴中心的距离相等；所述射流管的出口与所述圆盘之间存在间隙；当圆盘上只开设有一个切割孔时，只有当切割孔转到与射流管对应的位置，液体才能通过切割孔进入到冷却通道，以此来控制液滴的发射频率，同步电机使圆盘旋转至一定转速，即可通过切割孔切割射流，得到间断不连续的液体射流。

优选的所述同步电机与所述传动轴螺纹连接，所述传动轴与所述圆盘通过定位螺栓连接；传动轴与圆盘依靠定位孔通过定位螺栓连接，定位孔设置有两组以上，避免出现一个定位孔不能限制圆盘位置的弊端，而且通过定位孔与定位螺栓相互配合，便于更换圆盘，并且方便维护，提高试验装置实用性。

优选的，所述快速冷却组件包括冷却箱，所述冷却箱与所述圆盘之间存在间隙，所述冷却箱内部填充有快速制冷剂，所述冷却通道的外壁与所述快速制冷剂充分接触，所述冷却通道靠近圆盘的一端开设有入口快门，所述冷却通道靠近所述涂层板的一端开设有出口快门；所述入口快门、所述出口快门与所述射流管的出口平齐；快速制冷剂采用液氮制冷，冷却通道水平设置在冷却箱的中部，冷却通道的管壁与冷却箱内部的液氮充分接触，有助于提高制冷效率，在气压一定的情况下，通过改变冷却通道的长度来控制固液混合度，进而控制冲击试验的效果。

优选的，所述切割孔比所述射流管的出口尺寸小，所述切割孔比所述入口快门与所述出口快门的尺寸小；保证宽幅射流速度下的适应性。

优选的，所述涂层板组件包括涂层板，所述涂层板的一端铰接有底座，所述底座上铰接有支撑板，所述支撑板与所述涂层板抵接或者螺纹连接；所述涂层板正对于所述出口快门；通过改变涂层板的角度，便于控制涂层板的入射方向，能够得到不同撞击角度下的数据。

优选的，所述固定板上固定设置有收集箱，所述收集箱上部与所述冷却箱和所述底座固定连接；所述收集箱在冷却箱与所述涂层板之间开设有通孔，所述通孔上固定连接有滤网；收集箱不仅能够起到固定支撑的作用，还有利于冷却箱中的冷却通道正对于射流管以及涂层板正对于冷却通道；而且对冲击涂层板后的固液混合物进行回收，起到节用水的效果。

优选的，发射箱顶部设置有箱盖，所述箱盖与所述发射箱铰接；有利于对发射箱内部进行维护。

本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明可以通过调整同步电机转速，改变圆盘上切割孔对水流的切割速率，并通过改变高压数控气泵的压力获取液体的不同初速度，通过改变圆盘转速得到不同的冲击频率，改变通道长度得到不同的固液混合度，还通过调整涂层板的倾斜角度，改固液混合物的冲击角度；有效地提高在不同冲击速度、不同冲击角度、不同固液混合度下获得涂层抗冲击性能的检测能力；

(2)本发明可以将发射出的固液混合物通过滤网收集到收集箱中，防止发射出的固液混合物出现堆积，影响后续的试验，有利于提高装置的实用性；

(3)本装置机构简单且所有配件加工没有特殊的工艺要求，方便维护、更换，成本低廉，适用范围广。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明发射箱内部示意图；

图2为本发明试验装置外部结构示意图；

图3为本发明试验装置俯视图；

图4为本发明冷却通道结构示意图；

图5为本发明圆盘结构示意图；

图6为本发明第一管道结构示意图；

其中：1、液体注入口；2、高压数控气泵；3、储液箱；4、射流管；5、同步电机；6、传动轴；7、圆盘；8、定位螺栓；9、切割孔；10、发射箱；11、固定板；12、冷却箱；13、涂层板；14、支撑板；15、底座；16、收集箱；17、滤网；18、出口快门；19、入口快门；20、液氮；21、冷却通道；22、输液管；23、箱盖；24、第一管道；25、定位孔；26、水泵。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

参照图1-5，本实施例提供一种材料抗固液混合物冲击试验装置，包括固定板11，固定板11上固定设置有发射箱10，发射箱10顶部设置有箱盖23，箱盖23与发射箱10铰接。发射箱10内部设置有相互连通的高压数控气泵2和射流管4，发射箱10固定设置有同步电机5，同步电机5轴接有带孔的圆盘7；固定板11上固定设置有带有冷却通道21的冷却箱12，固定板11上固定设置有涂层板组件，涂层板组件与冷却箱12一端相对应。

高压数控气泵2固定安装在发射箱10的侧壁上，射流管4上连通有储液箱3，储液箱3通过射流管4与高压数控气泵2连通，射流管4远离高压数控气泵2的一端贯穿发射箱10的侧壁，射流管4的出口与圆盘7之间存在间隙，储液箱3连通有输液管22，输液管22远离储液箱3的一端贯穿发射箱10侧壁并连接有液体注入口1；输液管22便于试验人员将试验用的液体注入到储液箱3中，不仅方便添加液体，而且由于液体注入口1位于发射箱10外侧，还便于封堵，为高压数控气泵2提供密闭的环境，便于高压数控气泵2对储液箱3进行加压，保证试验的精确度。同步电机5位于发射箱10内部，同步电机5的输出轴轴接有传动轴6，传动轴6贯穿发射箱10的侧壁，传动轴6远离同步电机5的一端与圆盘7固定连接，圆盘7上开设有切割孔9，切割孔9到圆盘7中心的距离与射流管4中心到传动轴6中心的距离相等；圆盘7上设置与一个切割孔9，只有当切割孔9转到与射流管4对应的位置，液体才能通过切割孔9进入到冷却通道21，以此来控制液滴的发射的频率；同步电机5使圆盘7旋转至一定转速，即可通过切割孔9切割射流，得到间断不连续的液体射流；切割孔9比射流管4的出口尺寸小，切割孔9比入口快门19与出口快门18的尺寸小，同步电机5与传动轴6螺纹连接，传动轴6与圆盘7通过定位螺栓8连接；定位孔25设置有两组以上，避免出现一个定位孔25不能限制圆盘7位置的弊端，而且通过定位孔25与定位螺栓8相互配合，便于更换圆盘7，并且方便维护，提高试验装置实用性。高压数控气泵2的压力、同步电机5的转速、冷却通道21的长度、涂层板13与底座15之间的夹角均可通调节，有利于根据试验需求实现不同冲击速度、不同冲击角度、不同固液混合度、不同冲击频率下的抗冲击试验，使得试验机构更加真实，试验装置的测试范围更广，提高了装置的实用性。

冷却箱12与圆盘7之间存在间隙，冷却箱12内部填充有快速制冷剂，冷却通道21的外壁与快速制冷剂充分接触，冷却通道21靠近圆盘7的一端开设有入口快门19，冷却通道21靠近涂层板13的一端开设有出口快门18；入口快门19、出口快门18与射流管4的出口平齐；涂层板组件包括涂层板13，涂层板13的一端铰接有底座15，底座15上铰接有支撑板14，支撑板14与涂层板13抵接或者螺纹连接；涂层板13正对于出口快门18。射流管4的出口与圆盘7之间设置有间隙，当圆盘7上的切割孔9没有与射流管4的出口对齐时，防止射流管4中的高压水流被挡住，防止对试验装置造成损坏；例如，当圆盘7与射流管4的出口之间没有间隙，射流管4中的高压水流会不能被及时的释放，会对圆盘7造成极大的冲击，以至于圆盘7不能在同一水平面内转动，进而导致切割孔9不能与射流孔以及冷却通道21同轴心，容易导致冲击试验结果误差偏大，影响试验精度；本装置在射流管4与圆盘7之间留有间隙，能够有效保证圆盘7正常工作，提高试验精度。入射流在冷却通道21内进行冷却凝固，凝固程度与冷却时间有关，冷却时间同时受到冷却通过21的总长度和速度有关，本发明可通过调节高压数控气泵2的压力来控制速度，并固定此压力，通过改变通道长度实现固液混合度的改变，达到冲击速度和固液混合度的范围工况控制。

固定板上固定设置有收集箱16，收集箱16上部与冷却箱12和底座15固定连接；收集箱16在冷却箱12与涂层板13之间开设有通孔，通孔上固定连接有滤网17；收集箱16不仅能够起到固定支撑的作用，便于冷却箱12中的冷却通道21正对于射流管4以及涂层板13正对于冷却通道21；而且对于冲击涂层板13后的固液混合物进行回收，起到节约用水的效果。

工作过程：在进行试验时，首先通过液体注入口1将水沿着输液管22注入到储液箱3中，启动高压数控气泵2，根据试验需求，调整高压数控气泵2的压力，储水箱的中的液体在经过气泵加压后形成高速射流，沿着射流管4向外流出，从射流管4的出口射向圆盘7，加压后的水流会持续不断的射出，当圆盘7上的切割孔9没有与射流管4的出口相对应时，射出的水流会被挡住，当切割孔9与射流管4的出口相对应时，液滴会通过直径较小的切割孔9，进而减小液滴的体积，随后液滴进入到冷却通道21中，此时，冷却箱12中的液氮20会将高速移动的液滴进行快速制冷，使液滴形成固液混合物，液滴从出口快门18射出，对涂层板13进行冲击；涂层板13可以根据试验需求，通过改变背部支撑板14的支撑角度，改变液滴与涂层板13的冲击角度。

实施例二：

本实施例提供一种材料抗固液混合物冲击试验装置，本实施例与实施例一的区别仅在于：圆盘7上的切割孔9设置有两组以上，切割孔9到与圆盘7中心的距离均相等，且每相邻两组切割孔9之间的夹角相等；在试验时，便于更换具有不同数量的切割孔9；具有多个切割孔9的圆盘7，便于提高液滴通过效率；在电机达到最大的转速时，一个切割孔9通过液滴的速率便到达极限，更换具有多个切割孔9的速率能够进一步增强试验冲击效果。

实施例三：

参照图6，本实施例提供一种材料抗固液混合物冲击试验装置，本实施例与实施例一的区别仅在于：本实施例的收集箱16通过第一管道24与液体注入口1连通，第一管道24上设置有小型的水泵26，便于将收集箱16中收集的液体再次被抽取到储液箱3中加压使用，由于通过第一管道24回流的液滴是刚用于冲击试验回收的液体，因此，该回收的液体还保持在一定的低温状态下，当该回收的液体被再次用于试验时，更容易形成偏固态的混合物，有利于模拟冰雹状态下对涂层板13的冲击效果，提高试验的多样性。

实施例四：

本实施例提供一种材料抗固液混合物冲击试验装置，本实施例与实施例一的区别仅在于：底座15下方为设置有转盘，转盘设置有卡位机构，当进行冲击试验时，涂层板13不仅可以依靠转动支撑板14进行冲击角度的调节，而且还可以通过底座15下方的转盘进行水平转动调节，以此来控制固液混合物的冲击角度，实现固液混合物的多角度冲击，有利于使试验数据更加全面。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“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，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的限制。

以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种材料抗固液混合物冲击试验装置，其特征在于：包括固定板(11)，所述固定板(11)上依次设置发射组件、控制射频组件、快速冷却组件以及涂层板组件，所述发射组件固定设置有用于发射液流的射流管(4)，所述控制射频组件与所述发射组件转动连接，所述控制射频组件开设有用于切割液流的切割孔(9)，所述快速冷却组件开设有冷却通道(21)，所述涂层板组件与所述快速冷却组件相对应；所述射流管(4)、所述切割孔(9)和所述冷却通道(21)三者相互对应。

2.根据权利要求1所述的一种材料抗固液混合物冲击试验装置，其特征在于：所述发射组件包括发射箱(10)，所述发射箱(10)内部固定设置有高压数控气泵(2)，所述高压数控气泵(2)与所述射流管(4)连通，所述射流管(4)上连通有储液箱(3)，所述储液箱(3)通过所述射流管(4)与所述高压数控气泵(2)连通，所述射流管(4)远离所述高压数控气泵(2)的一端贯穿所述发射箱(10)的侧壁。

3.根据权利要求2所述的一种材料抗固液混合物冲击试验装置，其特征在于：所述储液箱(3)连通有输液管(22)，所述输液管(22)远离所述储液箱(3)的一端贯穿所述发射箱(10)侧壁并连接有液体注入口(1)。

4.根据权利要求2所述的一种材料抗固液混合物冲击试验装置，其特征在于：所述发射箱(10)内部固定设置有同步电机(5)，所述同步电机(5)的输出轴轴接有传动轴(6)，所述传动轴(6)贯穿所述发射箱(10)的侧壁，所述传动轴(6)远离所述同步电机(5)的一端固定连接有圆盘(7)，所述切割孔(9)到所述圆盘(7)中心的距离与所述射流管(4)中心到所述传动轴(6)中心的距离相等；所述射流管(4)的出口与所述圆盘(7)之间存在间隙。

5.根据权利要求4所述的一种材料抗固液混合物冲击试验装置，其特征在于：所述同步电机(5)与所述传动轴(6)螺纹连接，所述传动轴(6)与所述圆盘(7)通过定位螺栓(8)连接。

6.根据权利要求4所述的一种材料抗固液混合物冲击试验装置，其特征在于：所述快速冷却组件包括冷却箱(12)，所述冷却箱(12)与所述圆盘(7)之间存在间隙，所述冷却箱(12)内部填充有快速制冷剂，所述冷却通道(21)的外壁与所述快速制冷剂充分接触，所述冷却通道(21)靠近圆盘(7)的一端开设有入口快门(19)，所述冷却通道(21)靠近所述涂层板(13)的一端开设有出口快门(18)；所述入口快门(19)、所述出口快门(18)与所述射流管(4)的出口平齐。

7.根据权利要求6所述的一种材料抗固液混合物冲击试验装置，其特征在于：所述切割孔(9)比所述射流管(4)的出口尺寸小，所述切割孔(9)比所述入口快门(19)与所述出口快门(18)的尺寸小。

8.根据权利要求6所述的一种材料抗固液混合物冲击试验装置，其特征在于：所述涂层板(13)组件包括涂层板(13)，所述涂层板(13)的一端铰接有底座(15)，所述底座(15)上铰接有支撑架，所述支撑架与所述涂层板(13)抵接或者螺纹连接；所述涂层板(13)正对于所述出口快门(18)。

9.根据权利要求8所述的一种材料抗固液混合物冲击试验装置，其特征在于：所述固定板(11)上固定设置有集液箱(16)，所述集液箱(16)上部与所述冷却箱(12)和所述底座(15)固定连接；所述集液箱(16)在冷却箱(12)与所述涂层板(13)之间开设有通孔，所述通孔上固定连接有滤网(17)。

10.根据权利要求1所述的一种材料抗固液混合物冲击试验装置，其特征在于：发射箱(10)顶部设置有箱盖(23)，所述箱盖(23)与所述发射箱(10)铰接。

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