CN114771848B - 飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及飞机测试技术领域，公开了飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统及方法，包括油箱外保护壳，设置在所述油箱外保护壳内的水锤抑制结构；所述水锤抑制结构包括设置在所述油箱外保护壳内的油箱内壳，夹设在所述油箱内壳与油箱外保护壳之间的缓冲组件，以及设置在所述油箱内壳上的油箱纵向隔断组件；所述油箱内壳内部具有燃油主储存室；所述油箱内壳与油箱外保护壳之间夹设形成燃油次储存室；抑制方法包括：S1、离散源冲击产生水锤效应；S2、水锤效应的第一抑制；S3、水锤效应的第二抑制；S4、水锤效应的第三抑制；本发明能够对射弹产生的水锤效应进行有效抑制，提升飞机燃油箱的抗冲击能力。
Description
技术领域
本发明涉及飞机测试技术领域，具体是涉及飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统及方法。
背景技术
在空战中，军用飞机的燃油箱通常面临着严重的射弹穿透风险；当燃油箱结构被高速离散源击穿时，高速离散源将动量和能量传递给燃油，在燃油中引起强烈的压力脉冲，并伴随有空腔、高压等现象，这种压力波作用于油箱壁可引起油箱结构的全面损伤，这种现象称为水锤效应。离散源冲击产生的水锤效应可以分为冲击、阻滞、空穴、穿出四个阶段。
在冲击阶段，射弹撞击、穿透油箱前壁板，并将冲击能传递给液体，产生高压半球形冲击波，使壁面在穿孔附近开裂或形成花瓣状翻边；在阻滞阶段，射弹从液体中穿过，在液体粘性阻尼的作用下减速，并将动能传递给液体；液体沿着射弹前进路径向外移动产生辐射压力场；与冲击阶段相比，阻滞阶段产生的冲击脉冲作用时间更长，压力逐渐增大；在空穴阶段，液体沿着射弹前进路径向外移动，形成空腔；一般认为，空腔中的气体主要是从入射孔中进入的空气和空腔表面蒸发的流体蒸汽。空腔会先膨胀再坍塌，并在坍塌过程中产生巨大的压力峰值，使得燃油箱结构全面毁损。
因此在飞机测试技术领域，通常需要对飞机油箱结构进行严格的抗冲击测试，确保飞机油箱结构在面临离散冲击时仍能够保留一定的功能，提高飞机油箱的抗冲击能力。
目前针对油箱结构抗冲击研究，主要集中于飞机燃油箱内燃油晃动问题，提出了采用挡板结构，降低燃油晃动对燃油箱结构的危害，但该方法并不适用于抑制射弹穿透燃油箱时产生的水锤效应，不能够降低水锤效应对油箱结构的损伤。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统与方法，能够对射弹产生的水锤效应进行有效抑制，提升飞机燃油箱的抗冲击能力，能够有效避免水锤效应对飞机燃油箱产生的全面损伤。
本发明的技术方案是：飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统，包括油箱外保护壳，设置在所述油箱外保护壳内的水锤抑制结构；
所述水锤抑制结构包括设置在所述油箱外保护壳内的油箱内壳，夹设在所述油箱内壳与油箱外保护壳之间的缓冲组件，以及设置在所述油箱内壳上的油箱纵向隔断组件；
所述油箱内壳内部具有燃油主储存室；所述油箱内壳与油箱外保护壳之间夹设形成燃油次储存室；
所述油箱内壳表面设置有连通所述燃油主储存室与燃油次储存室的侧向连通口；
所述油箱内壳为弹性材料；
所述缓冲组件包括均匀夹设在油箱内壳与油箱外保护壳之间的弹性结构；
所述油箱纵向隔断组件包括均匀设置在燃油主储存室、燃油次储存室内的第一纵向隔板和第二纵向隔板；
所述第一纵向隔板与第二纵向隔板交叉间隔设置且互相平行；
所述第一纵向隔板上设置有第一纵向连通口；
所述第二纵向隔板上设置有第二纵向连通口。
进一步地，所述第一纵向连通口包括设置在第一纵向隔板中部的第一中心圆形连通口，设置在所述第一纵向隔板上且沿第一中心圆形连通口周向均匀分布的侧边连通口；
所述侧边连通口为弧形锯齿状连通口；
所述第二纵向连通口包括设置在第二纵向隔板中部的第二中心圆形连通口，设置在第二纵向隔板上且沿第二中心圆形连通口周向均匀分布的条形锯齿连通口；
所述第一中心圆形连通口的直径大于第二中心圆形连通口的直径。
更优的，所述第一纵向隔板与第二纵向隔板隔断的油箱内壳的两侧设置有缓冲段；
所述第一纵向隔板与第二纵向隔板均通过设置在缓冲段的减震组件与油箱外保护壳连接；
所述减震组件包括设置在油箱外保护壳内且位于第一纵向隔板与第二纵向隔板两侧的固定连接件，设置在所述固定连接件之间且贯穿第一纵向隔板与第二纵向隔板的滑动杆，以及套设在所述滑动杆上且位于第一纵向隔板与第二纵向隔板两侧的减震气囊。
通过在第一纵向隔板与第二纵向隔板上设置减震组件能够对水锤造成的冲击力进行吸收，有效降低水锤在纵向上对燃油箱产生的冲击破坏力。
进一步地，所述油箱外保护壳有若干个，且均匀分布；
所述油箱外保护壳上包覆有柔性保护层；
所述柔性保护层包括由内向外依次层叠设置的防渗漏层、隔热层以及防穿刺层。
通过多个油箱外保护壳的设置能够实现分模块储放燃油液，通过分模块储放燃油液能够进一步对水锤破坏力进行抑制，并且可以有效提升燃油储放的安全性；通过柔性保护层的设置能够在外部提升油箱外保护壳的抗穿刺能力。
进一步地，所述第一纵向隔板与第二纵向隔板上均设有气管安装孔；
所述弹性结构为橡胶气管；
所述橡胶气管依次贯穿气管安装孔。
通过橡胶气管的设置能够有效吸燃油对油箱内壳的冲击力，有效降低油箱内壳与油箱外保护壳之间的压力峰值。
进一步地，所述弹性结构内设置有压力传感器。
通过压力传感器的设置能够对油箱内壳与油箱外保护壳之间的压力进行检测，便于了解冲击力的大小，从而便于对弹性结构进行调整。
进一步地，所述油箱内壳与油箱外保护壳的形状为矩形、圆形、六边形中的任意一种。
进一步地，所述第一纵向隔板与第二纵向隔板为直板、V型板、锥面板或曲面板中的任意一种；V型板、锥面板或曲面板的设置能够在一定程度上对水锤冲击波进行抑制，有利于降低水锤效应对油箱内部的破坏力。
飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统的抑制方法，包括以下步骤：
S1、离散源冲击产生水锤效应
从外部击穿油箱外保护壳的离散源进入油箱外保护壳内部后继续贯穿至油箱内壳；由于离散源具备高速动能，离散源在贯穿的过程中使得燃油主储存室与燃油次储存室内部的燃油产生高压冲击波，形成水锤效应；
S2、水锤效应的第一抑制
水锤效应产生后，高压冲击波会在燃油主储存室与燃油次储存室内部形成空腔；空腔膨胀，挤压燃油向外移动，通过油箱内壳的变形吸收一部分水锤冲击载荷；
S3、水锤效应的第二抑制
油箱内壳与油箱外保护壳之间的压力增大，通过弹性结构的变形再次缓解一部分的冲击载荷；
S4、水锤效应的第三抑制
第一纵向隔板上设置的第一纵向连通口与第二纵向隔板上设置的第二纵向连通口通过对水锤的破坏，完成在纵向上对水锤的抑制。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统及方法，通过在油箱外保护壳内部设置油箱内壳，在油箱外保护壳、油箱内壳之间设置缓冲组件，实现对水锤效应产生的空腔高压进行抑制缓解；通过油箱内壳与缓冲组件的变形吸收燃油的冲击动能，从而有效降低射弹对燃油箱的全面损毁；本发明通过多个油箱外保护壳的设置能够实现分模块储放燃油液，可以有效提升燃油储放的安全性；通过柔性保护层的设置能够在外部提升油箱外保护壳的抗穿刺能力。
附图说明
图1是本发明实施例1整体的结构示意图；
图2是本发明实施例1燃油主储存室、燃油次储存室的结构示意图；
图3是本发明实施例1第一纵向隔板、第二纵向隔板的结构示意图；
图4是本发明实施例2抑制方法的流程图；
图5是本发明实施例3柔性保护层的结构示意图；
图6是本发明实施例4减震组件、V型板的结构示意图；
图7是本发明实施例6锥面板的结构示意图；
图8是本发明实施例7曲面板的结构示意图；
其中，1-油箱外保护壳、10-隔热层、11-防渗漏层、12-防穿刺层、2-油箱内壳、20-侧向连通口、3-缓冲组件、30-弹性结构、4-油箱纵向隔断组件、40-第一纵向隔板、41-第二纵向隔板、42-第一纵向连通口、420-第一中心圆形连通口、421-侧边连通口、43-第二纵向连通口、430-第二中心圆形连通口、431-条形锯齿连通口、44-减震组件、440-固定连接件、441-滑动杆、442-减震气囊、45-气管安装孔、5-燃油主储存室、6-燃油次储存室。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统，包括1个油箱外保护壳1，设置在所述油箱外保护壳1内的水锤抑制结构；
所述水锤抑制结构包括设置在所述油箱外保护壳1内的油箱内壳2，夹设在所述油箱内壳2与油箱外保护壳1之间的缓冲组件3，以及设置在所述油箱内壳2上的油箱纵向隔断组件4；
如图2所示，所述油箱内壳2内部具有燃油主储存室5；所述油箱内壳2与油箱外保护壳1之间夹设形成燃油次储存室6；
所述油箱内壳2表面设置有连通所述燃油主储存室5与燃油次储存室6的侧向连通口20；
所述油箱内壳2为弹性橡胶板材组成；
所述缓冲组件3包括均匀夹设在油箱内壳2与油箱外保护壳1之间的弹性结构30；
所述油箱纵向隔断组件4包括均匀设置在燃油主储存室5、燃油次储存室6内的第一纵向隔板40和第二纵向隔板41；
所述第一纵向隔板40与第二纵向隔板41交叉间隔设置且互相平行；
如图3所示，所述第一纵向隔板40上设置有第一纵向连通口42；
如图3所示，所述第二纵向隔板41上设置有第二纵向连通口43。
所述第一纵向连通口42包括设置在第一纵向隔板40中部的第一中心圆形连通口420，设置在所述第一纵向隔板40上且沿第一中心圆形连通口420周向均匀分布的侧边连通口421；
所述侧边连通口421为弧形锯齿状连通口；
所述第二纵向连通口43包括设置在第二纵向隔板41中部的第二中心圆形连通口430，设置在第二纵向隔板41上且沿第二中心圆形连通口430周向均匀分布的条形锯齿连通口431；
所述第一中心圆形连通口420的直径大于第二中心圆形连通口430的直径300mm。
所述第一纵向隔板40与第二纵向隔板41上均设有气管安装孔45；
所述弹性结构30为橡胶气管；
所述弹性结构30内设置有压力传感器；
所述橡胶气管依次贯穿气管安装孔45。
所述油箱内壳2与油箱外保护壳1的形状为矩形。
所述第一纵向隔板40与第二纵向隔板41为直板。
其中，压力传感器、橡胶气管均采用现有技术产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。
实施例2
如图4所示，本实施例记载的是实施例1的飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统的抑制方法，包括以下步骤：
S1、离散源冲击产生水锤效应
从外部击穿油箱外保护壳1的离散源进入油箱外保护壳1内部后继续贯穿至油箱内壳2；由于离散源具备高速动能，离散源在贯穿的过程中使得燃油主储存室5与燃油次储存室6内部的燃油产生高压冲击波，形成水锤效应；
S2、水锤效应的第一抑制
水锤效应产生后，高压冲击波会在燃油主储存室5与燃油次储存室6内部形成空腔；空腔膨胀，挤压燃油向外移动，通过油箱内壳2的变形吸收一部分水锤冲击载荷；
S3、水锤效应的第二抑制
油箱内壳2与油箱外保护壳1之间的压力增大，通过弹性结构30的变形再次缓解一部分的冲击载荷；
S4、水锤效应的第三抑制
第一纵向隔板40上设置的第一纵向连通口42与第二纵向隔板41上设置的第二纵向连通口43通过对水锤的破坏，完成在纵向上对水锤的抑制。
实施例3
与实施例1不同的是：
如图5所示，所述油箱外保护壳1有8个，且均匀分布；
所述油箱外保护壳1上包覆有柔性保护层；
所述柔性保护层包括由内向外依次层叠设置的防渗漏层11、隔热层10以及防穿刺层12。
其中，防渗漏层11为防水胶层；隔热层10为铝箔隔热层；防穿刺层12为防弹纤维层。
实施例4
与实施例1不同的是：
所述第一纵向隔板40与第二纵向隔板41为V型板。
如图6所示，所述第一纵向隔板40与第二纵向隔板41隔断的油箱内壳2的两侧设置有缓冲段；
所述第一纵向隔板40与第二纵向隔板41均通过设置在缓冲段的减震组件44与油箱外保护壳1连接；
所述减震组件44包括设置在油箱外保护壳1内且位于第一纵向隔板40与第二纵向隔板41两侧的固定连接件440，设置在所述固定连接件440之间且贯穿第一纵向隔板40与第二纵向隔板41的滑动杆441，以及套设在所述滑动杆441上且位于第一纵向隔板40与第二纵向隔板41两侧的减震气囊442。
其中，减震气囊442采用现有技术产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。
实施例5
与实施例2不同的是：
采用实施例5飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统的抑制方法，在步骤S4、水锤效应的第三抑制中，第一纵向隔板40与第二纵向隔板41对水锤进行破坏的同时，通过减震气囊442吸收部分水锤冲击能力。
实施例6
与实施例4不同的是：
所述油箱内壳2与油箱外保护壳1的形状为六边形。
如图7所示，所述第一纵向隔板40与第二纵向隔板41为锥面板。
实施例7
与实施例4不同的是：
所述油箱内壳2与油箱外保护壳1的形状为圆形。
如图8所示，所述第一纵向隔板40与第二纵向隔板41为曲面板。
实施例8
与实施例3不同的是：
如图5所示，所述油箱外保护壳1有10个。
Claims (7)
1.飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统，其特征在于，包括油箱外保护壳（1），设置在所述油箱外保护壳（1）内的水锤抑制结构；
所述水锤抑制结构包括设置在所述油箱外保护壳（1）内的油箱内壳（2），夹设在所述油箱内壳（2）与油箱外保护壳（1）之间的缓冲组件（3），以及设置在所述油箱内壳（2）上的油箱纵向隔断组件（4）；
所述油箱内壳（2）内部具有燃油主储存室（5）；所述油箱内壳（2）与油箱外保护壳（1）之间夹设形成燃油次储存室（6）；
所述油箱内壳（2）表面设置有连通所述燃油主储存室（5）与燃油次储存室（6）的侧向连通口（20）；
所述油箱内壳（2）为弹性材料；
所述缓冲组件（3）包括均匀夹设在油箱内壳（2）与油箱外保护壳（1）之间的弹性结构（30）；
所述油箱纵向隔断组件（4）包括均匀设置在燃油主储存室（5）、燃油次储存室（6）内的第一纵向隔板（40）和第二纵向隔板（41）；
所述第一纵向隔板（40）与第二纵向隔板（41）交叉间隔设置且互相平行；
所述第一纵向隔板（40）上设置有第一纵向连通口（42）；
所述第二纵向隔板（41）上设置有第二纵向连通口（43）；
所述第一纵向连通口（42）包括设置在第一纵向隔板（40）中部的第一中心圆形连通口（420），设置在所述第一纵向隔板（40）上且沿第一中心圆形连通口（420）周向均匀分布的侧边连通口（421）；
所述侧边连通口（421）为弧形锯齿状连通口；
所述第二纵向连通口（43）包括设置在第二纵向隔板（41）中部的第二中心圆形连通口（430），设置在第二纵向隔板（41）上且沿第二中心圆形连通口（430）周向均匀分布的条形锯齿连通口（431）；
所述第一中心圆形连通口（420）的直径大于第二中心圆形连通口（430）的直径；
所述第一纵向隔板（40）与第二纵向隔板（41）隔断的油箱内壳（2）的两侧设置有缓冲段；
所述第一纵向隔板（40）与第二纵向隔板（41）均通过设置在缓冲段的减震组件（44）与油箱外保护壳（1）连接；
所述减震组件（44）包括设置在油箱外保护壳（1）内且位于第一纵向隔板（40）与第二纵向隔板（41）两侧的固定连接件（440），设置在所述固定连接件（440）之间且贯穿第一纵向隔板（40）与第二纵向隔板（41）的滑动杆（441），以及套设在所述滑动杆（441）上且位于第一纵向隔板（40）与第二纵向隔板（41）两侧的减震气囊（442）。
2.根据权利要求1所述的飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统，其特征在于，所述油箱外保护壳（1）有若干个，且均匀分布；
所述油箱外保护壳（1）上包覆有柔性保护层；
所述柔性保护层包括由内向外依次层叠设置的防渗漏层（11）、隔热层（10）以及防穿刺层（12）。
3.根据权利要求1所述的飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统，其特征在于，所述第一纵向隔板（40）与第二纵向隔板（41）上均设有气管安装孔（45）；
所述弹性结构（30）为橡胶气管；
所述橡胶气管依次贯穿气管安装孔（45）。
4.根据权利要求1所述的飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统，其特征在于，所述弹性结构（30）内设置有压力传感器。
5.根据权利要求1所述的飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统，其特征在于，所述油箱内壳（2）与油箱外保护壳（1）的形状为矩形、圆形、六边形中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统，其特征在于，所述第一纵向隔板（40）与第二纵向隔板（41）为直板、V型板、锥面板或曲面板中的任意一种。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的飞机结构抗冲击测试用水锤效应抑制系统的抑制方法，包括以下步骤：
S1、离散源冲击产生水锤效应
从外部击穿油箱外保护壳（1）的离散源进入油箱外保护壳（1）内部后继续贯穿至油箱内壳（2）；由于离散源具备高速动能，离散源在贯穿的过程中使得燃油主储存室（5）与燃油次储存室（6）内部的燃油产生高压冲击波，形成水锤效应；
S2、水锤效应的第一抑制
水锤效应产生后，高压冲击波会在燃油主储存室（5）与燃油次储存室（6）内部形成空腔；空腔膨胀，挤压燃油向外移动，通过油箱内壳（2）的变形吸收一部分水锤冲击载荷；
S3、水锤效应的第二抑制
油箱内壳（2）与油箱外保护壳（1）之间的压力增大，通过弹性结构（30）的变形再次缓解一部分的冲击载荷；
S4、水锤效应的第三抑制
第一纵向隔板（40）上设置的第一纵向连通口（42）与第二纵向隔板（41）上设置的第二纵向连通口（43）通过对水锤的破坏，完成在纵向上对水锤的抑制。
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