CN115308055A - 一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，包括承力墙和试验件；试验件的底面左端作为固定支撑端与的承力墙的右侧连接；试验件的底面右端作为力加载端与力加载系统相连接；力加载系统用于向试验件施加力载荷；试验件的正上方设置有热加载系统；热加载系统用于向试验件施加温度载荷；热加载系统通过旋转模块与承力墙的右侧相连接；旋转模块用于根据试验件在力载荷施加过程中的弯曲方向和弯曲角度，驱动所述热加载系统中的加热元件进行同方向和同角度旋转。本发明在隔热瓦被施加力载荷而导致弯曲变形时，能够旋转用于安装石英灯管的弧形供电排，使得弧形供电排与隔热瓦同角度、同方向旋转，保证施加的温度载荷的均匀性。

Description

一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置

技术领域

本发明涉及隔热瓦性能试验技术领域，特别是涉及一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置。

背景技术

为保证高速飞行器内部仪器和设备的安全运行，在其外表面需设计热防护系统，隔热瓦是广泛应用的热防护系统的基本材料，刚性的陶瓷隔热瓦具有高温稳定性和可重复使用的特性。

为测试新型陶瓷隔热瓦在热环境和力环境综合作用下重复使用时的性能影响因素，满足试验要求，需要对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷。

目前，采用现有的试验装置在对隔热瓦试验件进行力载荷的加载过程中，试验件会弯曲变形，使得在静止状态预先调校的、用于施加温度载荷的石英灯与试验件之间的间距被打破，进而使得试验件的力载荷加载端的温度会急剧下降，不能达到试验要求的温度，即无法保证试验件上施加的温度载荷的均匀性。

针对上述技术问题，传统的处理方式是使用石英灯，对试验件进行分区热加载（即分成多个加热区域施加温度载荷），但是缺点也比较明显，具有如下的缺点：

一、试验件表面积较小，分区加载需要的设备空间较大；

二、试验件表面需要全覆盖式加热，分区加载区间会有加热空隙；

三、试验为重复性测试，试验件的力载荷往复施加，会导致试验件的力加载端与石英灯的距离不断变化，并且石英灯的两端电压波动较大，会降低灯管的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置。

为此，本发明提供了一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其包括承力墙、试验件、旋转模块、力加载系统和热加载系统；

试验件的底面左端作为固定支撑端，通过一个支撑架，与垂直分布的承力墙的右侧固定连接；

试验件的底面右端作为力加载端，与力加载系统相连接；

力加载系统，用于向试验件施加向下的力载荷，使得所述试验件在力载荷施加过程中的弯曲方向是顺时针弯曲的方向；

试验件的正上方，设置有热加载系统；

热加载系统，用于向试验件施加温度载荷；

热加载系统，通过旋转模块与承力墙的右侧相连接；

旋转模块，用于根据试验件在力载荷施加过程中的弯曲方向和弯曲角度，驱动所述热加载系统中用于对试验件施加温度载荷的加热元件，进行同方向和同角度的旋转。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其结构设计科学，在作为试验件的隔热瓦由于被施加力载荷而导致弯曲变形时，通过旋转模块，旋转调节用于安装石英灯管的弧形供电排，使得弧形供电排与试验件同角度、同方向旋转，从而保证了对试验件施加的温度载荷的均匀性，提高试验的工作效率，降低试验能耗，具有重大的实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置中可控的旋转支架部分的结构示意图；

图3为本发明提供的一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置中的弧形供电灯排的结构示意图；

图4为本发明提供的一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置中的拉力组合杆的结构示意图；

图5为本发明提供的一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置中的弧形供电排与两个连接杆的连接结构示意图；

图6为本发明提供的一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置中的两个连接杆所连接的螺母的立体结构示意图；

图7为本发明提供的一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置中的水冷反射装置的立体结构示意图；

图8为本发明提供的一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置中的一个石英灯管的立体结构示意图；

图9为本发明提供的一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置所需要试验的一个试验件（即隔热瓦）的立体结构示意图；

图10为当试验件受到电动缸施加的向下力载荷（即拉力）时，其所产生的弯曲变形状态的示意图；

图中，1-承力墙，2-固定支架，3-伺服电机，4-旋转支架，5-陶瓷垫片；

6-水冷反射装置，7-弧形供电排，8-石英灯管，9-拉力组合杆，10-水冷拉杆；

11-力传感器，12-电动缸，13-多普勒激光测距仪，14-轴承，15-减速器，16-支撑架；

100-试验件，201-前支架，202-后支架；

400-旋转支架基座，401-铰接支撑块，402-铰接筒，403-连接臂；

601-限位卡块，602-限位卡槽，603-进水口，604-出水口；

701-第一连接杆，702-第二连接杆，703-石英灯管接头安装凹槽，704-螺母；

901-试验件连接板，902-连接板底部接头，903-连接接头，904-水冷拉杆连接板，905-水冷拉杆接头。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明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作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1至图10，本发明提供了一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，包括承力墙1、试验件100（即隔热瓦）、旋转模块、力加载系统和热加载系统；

试验件100的底面左端作为固定支撑端，通过一个支撑架16，与垂直分布的承力墙1的右侧固定连接；

试验件100的底面右端作为力加载端，与力加载系统相连接；

力加载系统，用于向试验件100施加向下的力载荷，使得所述试验件100在力载荷施加过程中的弯曲方向是顺时针弯曲的方向；

试验件100的正上方，设置有热加载系统；

热加载系统，用于向试验件100施加温度载荷；

热加载系统，通过旋转模块与承力墙1的右侧相连接；

旋转模块，用于根据试验件100在力载荷施加过程中的弯曲方向和弯曲角度，驱动所述热加载系统中用于对试验件100施加温度载荷的加热元件（即石英灯管8），进行同方向和同角度（即旋转方向等于弯曲方向，弯曲角度等于旋转角度）的旋转；

在本发明中，具体实现上，力加载系统，包括拉力组合杆9、水冷拉杆10、力传感器11和电动缸12；

试验件100的底面右端作为力加载端，与拉力组合杆9的顶部相连接；

拉力组合杆9的下端，与垂直分布的水冷拉杆10的顶端相铰接（即可转动地连接）；

水冷拉杆10的底端，与力传感器11的顶部相连接；

力传感器11的底部，与电动缸12的动力输出端相连接；

电动缸12，用于向试验件100施加向下的力载荷（即拉力），即电动缸12的动力输出端向下拉动所述试验件100，使得所述试验件100在力载荷施加过程中的弯曲方向是顺时针弯曲的方向（即顺时针向下的方向）。

具体实现上，参见图4所示，拉力组合杆9包括纵向分布的试验件连接板901和水冷拉杆连接板904；

试验件连接板901的顶部，通过多个耐高温的螺钉与试验件100固定连接（试验件100上预先设置有螺钉连接孔）；

试验件连接板901的底部，等间距地垂直设置有多个连接板底部接头902（不限于图4所示的三个）；

每个连接板底部接头902，分别与一个垂直分布的连接接头903相铰接（通过销钉连接）；

多个连接接头903设置在水冷拉杆连接板904的顶部；

水冷拉杆连接板904的底部中间位置，设置有水冷拉杆接头905；

水冷拉杆接头905，通过销钉（作为铰接轴）与水冷拉杆10的顶端相铰接（即可转动地连接）。

需要说明的是，对于本发明，拉力组合杆9的上端（具体是试验件连接板901）通过耐高温的螺钉与试验件100连接，拉力组合杆9的下端（具体是水冷拉杆接头905）通过销钉与水冷拉杆10相接，可以有效保护力传感器11不受热传导的影响，水冷拉杆10的另一端连接力传感器11和电动缸12，所述电动缸12固定在现有的静力地基上。

需要说明的是，拉力组合杆9具有多个连接接头903，可以将加载在试验件100上的力均匀分布在试验件100上，避免了由于集中载荷而破坏试验件100。

在本发明中，具体实现上，旋转模块，包括固定支架2、伺服电机3和旋转支架4；

承力墙1的右侧，固定设置有横向分布的固定支架2；

固定支架2的右端，与旋转支架4的上端相铰接（即可转动地连接）；

旋转支架4的下端，与热加载系统中的水冷反射装置6的上端固定连接。

具体实现上，热加载系统，包括陶瓷垫片5、水冷反射装置6、弧形供电排7和石英灯管8；

水冷反射装置6的上端，与旋转模块中的旋转支架4的下端固定连接；

水冷反射装置6内部具有冷却水空腔，该冷却水空腔用于通过冷却水；

水冷反射装置6的前后两侧，分别与一个弧形供电排7的顶端相连接；

两个弧形供电排7的底部，分别与多个纵向分布的石英灯管8的前后两端相连接；

石英灯管8的正下方，设置有弧形的所述试验件100。

具体实现上，参见图2，对于旋转模块，关于固定支架2的右端铰接（即可转动地）有旋转支架4，具体结构设计如下：

固定支架2包括前后间隔分布的前支架201和后支架202；

前支架201和后支架202的右端部，分别设置有一个纵向贯通的轴承安装孔；

每个轴承安装孔内，分别设置有一个轴承14；

旋转支架4包括旋转支架基座400；

旋转支架基座400的顶部前后两端，分别垂直设置有一个铰接支撑块401；

两个铰接支撑块401的顶部，设置有纵向分布的铰接筒402；

铰接筒402的前后两端，分别与两个轴承14的内圈相对的一侧相连接（例如通过连接销轴）。

具体实现上，前支架201上的轴承14的内圈前侧，与一个减速器15后侧的输出端相连接；

减速器15前侧的输入端，与伺服电机3后侧的输出端相连接；

伺服电机3，用于根据试验件100在力载荷施加过程中的弯曲方向和弯曲角度，驱动所述旋转支架4、水冷反射装置6以及水冷反射装置6所连接的弧形供电排7和弧形供电排7上的石英灯管8进行与该弯曲方向相同方向的旋转，并使得弧形供电排7和弧形供电排7上的石英灯管8的旋转角度与该弯曲角度相同，进而使得石英灯管8与试验件100的距离保持不变；

旋转支架基座400底部前后两端的左右两侧，分别设置有一个连接臂403；

连接臂403的下端，与水冷反射装置6的上端固定连接。

需要说明的是，在本发明中，包括电动缸12和力传感器11在内的力加载系统，通过电动缸、力传感器、水冷拉杆和拉力组合杆对试验件100按规定加载速率施加力载荷，可以对试验件100施加规定的力载荷；

在本发明中，包括弧形水冷供电排（即弧形供电排7）、水冷反射装置6和石英灯管8的热加载系统，通过弧形供电排和石英灯管，可以实现对试验件100表面均匀加热，施加温度载荷。

在所述可控旋转支架在固定支架和旋转支架连接位置安装的电机控制系统，主要由伺服电机、减速器和限位装置组成，在力载荷和温度载荷加载过程中，多普勒激光测距仪将采集到的位移形变量反馈给电机控制系统，控制系统按照设定的参数驱动伺服电机旋转，伺服电机与减速器通过齿轮连接，控制旋转支架旋转，实现灯架角度调节，使得石英灯管与被测件的距离保持不变，保证了被测件上所施加的温度载荷的均匀性。

需要说明的是，本发明在固定支架2上安装有伺服电机3和减速器15，并实时监测试验件100在力载荷施加过程中的弯曲变形，当试验件100出现弯曲变形时，通过伺服电机3配套的控制系统控制伺服电机3转动，使得石英灯架（即弧形供电排7）与试验件100同角度、同方向旋转（即与试验件100的弯曲方向、弯曲角度相同，进而使得石英灯管与试验件100的距离保持不变，保证了试验件100上所施加的温度载荷的均匀性。

例如，作为试验件100的隔热瓦根据图1所示的箭头方向F，被施加力载荷而向下弯曲时，弧形供电排7以固定支架2的右端为铰接点而逆时针向下旋转），并且旋转角度与试验件100右侧的力加载端向下弯曲的角度相同，解决了作为试验件100的隔热瓦在力载荷施加过程中因弯曲变形较大而导致的固定支撑端（即左端）与力加载端（即右端）温差过大的问题，同时，保证了试验件100与石英灯管8的间距不变，从而热加载系统的控制电压波动减小，石英灯管的寿命得以提升，且降低了高温能耗。

在本发明中，具体实现上，本发明的试验装置，还包括多普勒激光测距仪13；

多普勒激光测距仪13，位于试验件100的底面正下方；

多普勒激光测距仪13，用于实时采集试验件100底面的位移形变量，然后发送给伺服电机3配套的控制系统；

伺服电机3配套的控制系统，与伺服电机3相连接，用于根据试验件100底面的位移形变量，获取试验件100在力载荷施加过程中的弯曲角度，同时，根据电动缸12向试验件100施加的力载荷（即拉力）方向，确定试验件100在力载荷施加过程中的弯曲方向，然后对应设定伺服电机3的旋转方向以及旋转角度（即设定伺服电机3的参数），使得旋转方向与弯曲方向相同以及旋转角度与弯曲角度相同，然后驱动伺服电机3旋转，从而使得伺服电机3能够根据试验件100在力载荷施加过程中的弯曲方向和弯曲角度，驱动所述旋转支架4、水冷反射装置6以及水冷反射装置6所连接的弧形供电排7和弧形供电排7上的石英灯管8进行与该弯曲方向相同方向的旋转，并使得弧形供电排7和弧形供电排7上的石英灯管8的旋转角度与该弯曲角度相同，进而使得石英灯管8与试验件100的距离保持不变。

具体实现上，对于多普勒激光测距仪13，其实时采集的试验件100底面的位移形变量，具体包括试验件100的加载端面（即试验件100的底面右端）在水平横轴X方向的位移变化量以及竖轴Y方向的位移变化量；

对于多普勒激光测距仪13，其预先建立XY二维坐标系；该XY二维坐标系以试验件100的底面最左端为原点，X轴为水平横轴，Y轴为垂直方向的竖轴。

参见图10所示，在本发明中，试验件100由于受电动缸12施加的向下拉力F的作用，会产生弯曲变形，多普勒激光测距仪13实时监测试验件100的加载端面（即试验件100的底面右端）位移变化，具体可以监测水平方向的位移变化量和垂直方向的位移变化量，在实际试验中，位移变化区间为0-30mm。

参见图10所示，在试验工装设计前，已经调整试验件100的安装角度，可以将弯曲简化为平面弯曲（即中性轴垂直于弯矩作用面），建立XY二维坐标系，坐标轴X和Y为界面主形心轴，XY二维坐标系以试验件100的底面最左端为原点，X轴为水平横轴，Y轴为垂直方向的竖轴。

对于本发明，通过多普勒激光测距仪13，可以实时检测试验件100的加载端面（即试验件100的底面右端）在水平横轴X方向的位移变化量x以及竖轴Y方向的位移变化量y；

在图10中，W为挠度，横截面形心在垂直于轴线方向的位移（数值由多普勒激光测距仪采集）。

θ为试验件100的横截面绕其中性轴转过的角度（即等于试验件100自身的弯曲角度，也即试验件100在力载荷施加过程中的弯曲角度）；

u为试验件100的横截面形心沿水平方向的位移，在小位移时可忽略不计。

挠曲方程如下：

W=y=f（x），公式（1）；

转角方程如下：

θ≈tgθ=dy/dx=f´(x)，公式（2）；

x、y分别为测试验件100的加载端面（即试验件100的底面右端）在水平横轴X方向的位移变化量以及竖轴Y方向的位移变化量，可以通过多普勒激光测距仪13采集获得；

因此，梁截面（即试验件100的横截面，也即试验件100自身）的转角θ可以定义为等于挠曲线y对于位置坐标x的一阶导数。根据实时监测的垂直位移计算，可得出需要调整的角度（即试验件100的转角θ）。

需要说明的是，伺服电机3控制旋转支架4旋转，可实现调节的角度为45°。

需要说明的是，通过应用本发明，能够在对隔热瓦进行施加力载荷时，如果隔热瓦发生弯曲变形，通过监测试验件的力载荷加载端面的位移变化，实时调整用于安装石英灯管的弧形供电排（即灯架）角度，保持原有的温度均匀性，有效保证试验件上施加的温度载荷的均匀性。

具体实现上，水冷反射装置6用于将石英灯管8背面的辐射光反射至被加热的试验件100。为提高反射效果，因此水冷反射装置6的底面进行镜面加工处理，是光滑的镜面。水冷反射装置6内的冷却水空腔通过冷却水，从而保护水冷反射装置6不被高温破坏。

需要说明的是，石英灯管具有尺寸小、功率大、热效率高、使用寿命长、热惯性小、可控性好等优点，适合于对结构件表面进行加热，是加热模拟试验理想的加热元件。

具体实现上，水冷反射装置6在冷却水空腔的两侧，分别设置有进水口603和出水口604；

冷却水空腔的进水口603和出水口604分别通过中空的连接管道，与外部冷却水的供水设备相连接。例如：进水口和出水口分别通过中空的连接管道，对应与一个外部冷却泵（如水泵）的出液口和进液口相连通，冷却水空腔和连接管道中预先注入有冷却水。

具体实现上，弧形供电排7的底面形状是弧形；

当最初未开始进行试验时，弧形供电排7的弧形底面与试验件100的弧形顶面相互平行。

在本发明中，具体实现上，参见图3所示，每个弧形供电排7的顶端左右两侧，分别设置有中空的第一连接杆701和中空的第二连接杆702；

第一连接杆701和第二连接杆702的上端，与水冷反射装置6前侧或者后侧固定连接；

第一连接杆701内设置有通电导线，且该通电导线与弧形供电排7（具体是导电的金属铜排）相导电连接；

两个弧形供电排7上的两个第一连接杆701内的通电导线，分别与外部供电设备的正极端和负极端相连接；外部供电设备例如是现有的可调节输出电压和输出电流大小的可调电源，即可调节输出功率的电源；

第二连接杆702内，设置有冷却气体输送通道；

冷却气体输送通道的上端，与现有的冷却气体供气设备的出气口相连通；

需要说明的是，现有的冷却气体供气设备，可以是型号为R55VSD-A，编号为1605708的英格索兰空压，其内的冷却气体是普通的空气。由于本发明的试验为高温试验，加热灯管（即石英灯管8）的温度最高达到1200℃，通入的气体温度为常温，通过排气孔吹出的冷却气体，可以降低石英灯管8的灯头温度，延长石英灯管8的寿命。

每个弧形供电排7内，设置有用于通过冷却气体的冷却气体空腔；

冷却气体空腔与冷却气体输送通道的下端相连通；

每个弧形供电排7在靠近石英灯管8的一侧，设置有多个排气孔；

每个排气孔与冷却气体空腔相连通。

需要说明的是，当石英灯管8高温运行时，冷却气体由排气孔排出，可以降低灯座处（即弧形供电排7处）的温度。

需要说明的是，第一连接杆701和第二连接杆702，分别用于设置通电导线以及用于作为冷却气体的输送通道使用。

具体实现上，第一连接杆701的外表面，设置有防水绝缘层；

通电导线的外表面，设置有防水绝缘层；

具体实现上，每个弧形供电排7的底部分别设置有多个（例如十八个）等间距分布的石英灯管接头安装凹槽703；

两个弧形供电排7上的石英灯管接头安装凹槽703，为前后对称分布；

每个石英灯管8的前后两端接头，分别卡接在两个弧形供电排7的一个石英灯管接头安装凹槽703中。

需要说明的是，石英灯管接头安装凹槽703的形状为矩形。

具体实现上，多个石英灯管接头安装凹槽703的排列分布轨迹是弧形的轨迹；

当最初未开始进行试验时，多个石英灯管接头安装凹槽703上设置的石英灯管8的排列分布轨迹，与试验件100的弧形顶面相互平行。

具体实现上，每个弧形供电排7所连接的第一连接杆701和第二连接杆702，分别通过陶瓷垫片5固定设置在水冷反射装置6前侧或者后侧。

具体实现上，陶瓷垫片5通过螺栓固定连接所述水冷反射装置6前侧或者后侧。

具体实现上，每个陶瓷垫片5的上下两侧，分别具有向外突出的限位卡块601；

每个限位卡块601上，分别具有限位卡槽602；

限位卡槽602，用于与第一连接杆701或第二连接杆702相卡接；

具体实现上，第一连接杆701的外表面在陶瓷垫片5的上下两侧，分别螺纹连接有一个螺母704（第一连接杆701上具有外螺纹）；

第二连接杆702的外表面在陶瓷垫片5的上下两侧，分别螺纹连接有一个螺母704（第二连接杆702上具有外螺纹）。

需要说明的是，增加陶瓷垫片5的目的是防止水冷反射装置6导电。

在本发明中，具体实现上，电动缸12的控制系统，是现有的控制系统，例如可以是为MDDKT5540CA1型号的伺服电动缸的驱动箱；

在本发明中，具体实现上，伺服电机3的控制系统，是现有的控制系统，具体可以采用PLC控制器，利用LABIVEW软件编制控制程序。

需要说明的是，在本发明中，电动缸12，其作用是提供力载荷，向试验件100施加向下的力载荷（即拉力）。

轴承14，用于实现所述固定支架2与旋转支架4之间的滚动连接，并用于支撑铰接筒402，降低旋转过程中的摩擦系数。

减速器15，用于与伺服电机3配合，降低伺服电机3的转速，增加扭矩，使旋转支架4的旋转速度满足微调要求。

在本发明中，具体实现上，力传感器11的底部与电动缸12的动力输出端之间，是刚性连接。

在本发明中，水冷拉杆10，是传力工装，主体为圆柱杆，中空通水，不传热（防止热损伤力传感器）。

在本发明中，力传感器11，用于采集力值信号，并反馈电动缸12的控制系统，让电动缸的控制系统能够对电动缸的施加力值进行修正，具体为：力传感器11用于实时采集电动缸12向外施加的力值，然后发送给电动缸的控制系统，电动缸的控制系统判断电动缸12向外施加的力值是否位于预设的力值范围区间内，如果不在预设的力值范围区间内，并且小于预设的力值范围区间的最小值，则控制电动缸12增大向外施加的力值，直至位于预设的力值范围区间内；同理，如果大于预设的力值范围区间的最大值，则控制电动缸12减小向外施加的力值，直至位于预设的力值范围区间内。

具体实现上，力传感器11可以采用中国航天空气动力技术研究院生产的BK-2B型力传感器，用于实时测试电动缸的加载力的大小，并将测试信号反馈给电动缸的控制系统。

在本发明中，多普勒激光测距仪13，用于采集试验件100受力端（（即试验件100的底面右端）的位移变化量。多普勒激光测距仪13，是现有技术成熟的设备，具体可以采用由德国Polytec GmbH公司生产的型号为VFX-F-110激光测距仪，可以远距离测量试验件的位移变化量。

为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面说明本发明的工作过程。

在试验实施时，首先，打开冷却水的供水设备和冷却气体的供气设备，检查水冷反射装置6的冷却水、弧形供电排7的冷却气体和水冷拉杆10的冷却水是否通畅；

然后，在电动缸的控制系统界面，输入力载荷施加速率、大小及保持时间，通过力传感器11的输出信号，反馈给电动缸的控制系统，控制电动缸动作；同时打开热加载系统，按照规定的升温速率施加温度载荷，弧形供电排7上的石英灯管8对试验件100施加温度载荷；

然后，多普勒激光测距仪13将采集到的试验件100的变形数据，传输至伺服电机的控制系统，然后，伺服电机的控制系统控制伺服电机3和减速器15开始工作，带动石英灯支架（即弧形供电排7）旋转，使石英灯管8与试验件100的距离保持不变。

在力载荷的加载结束后，电动缸12缓慢释放拉力载荷，试验件100的形状恢复，热载荷系统在伺服电机的控制系统的调节下，恢复原状态。

重复性的力载荷和温度载荷试验，依照上述试验流程重复执行即可。

与现有技术相比较，本发明提供的用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，具有如下有益效果：

基于本发明提供的试验装置，在对试验件施加力载荷时，可以通过多普勒激光测距仪实时检测试验件的变形量，然后由控制系统驱动在石英灯支架（即弧形供电排）上方连接的伺服电机转动，通过减速器减速和传递扭矩，实现了热加载系统（具体是弧形供电排和石英灯管）随试验件的弯曲变形而自动调整角度，保证了向试验件施加的试验温度的均匀性，提高了力载荷和温度载荷同时施加的重复性试验的效率和可信度。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其结构设计科学，在作为试验件的隔热瓦由于被施加力载荷而导致弯曲变形时，通过旋转模块，旋转调节用于安装石英灯管的弧形供电排，使得弧形供电排与试验件同角度、同方向旋转，从而保证了对试验件施加的温度载荷的均匀性，提高试验的工作效率，降低试验能耗，具有重大的实践意义。

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和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其特征在于，包括承力墙（1）、试验件（100）、旋转模块、力加载系统和热加载系统；

试验件（100）的底面左端作为固定支撑端，通过一个支撑架（16），与垂直分布的承力墙（1）的右侧固定连接；

试验件（100）的底面右端作为力加载端，与力加载系统相连接；

力加载系统，用于向试验件（100）施加向下的力载荷，使得所述试验件（100）在力载荷施加过程中的弯曲方向是顺时针弯曲的方向；

试验件（100）的正上方，设置有热加载系统；

热加载系统，用于向试验件（100）施加温度载荷；

热加载系统，通过旋转模块与承力墙（1）的右侧相连接；

旋转模块，用于根据试验件（100）在力载荷施加过程中的弯曲方向和弯曲角度，驱动所述热加载系统中用于对试验件（100）施加温度载荷的加热元件，进行同方向和同角度的旋转。

2.如权利要求1所述的用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其特征在于，力加载系统，包括拉力组合杆（9）、水冷拉杆（10）、力传感器（11）和电动缸（12）；

试验件（100）的底面右端作为力加载端，与拉力组合杆（9）的顶部相连接；

拉力组合杆（9）的下端，与垂直分布的水冷拉杆（10）的顶端相铰接；

水冷拉杆（10）的底端，与力传感器（11）的顶部相连接；

力传感器（11）的底部，与电动缸（12）的动力输出端相连接；

电动缸（12），用于向试验件（100）施加向下的力载荷，即电动缸（12）的动力输出端向下拉动所述试验件（100），使得所述试验件（100）在力载荷施加过程中的弯曲方向是顺时针弯曲的方向。

3.如权利要求2所述的用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其特征在于，拉力组合杆（9）包括纵向分布的试验件连接板（901）和水冷拉杆连接板（904）；

试验件连接板（901）的顶部，通过多个耐高温的螺钉与试验件（100）固定连接；

试验件连接板（901）的底部，等间距地垂直设置有多个连接板底部接头（902）；

每个连接板底部接头（902），分别与一个垂直分布的连接接头（903）相铰接；

多个连接接头（903）设置在水冷拉杆连接板（904）的顶部；

水冷拉杆连接板（904）的底部中间位置，设置有水冷拉杆接头（905）；

水冷拉杆接头（905），通过销钉与水冷拉杆（10）的顶端相铰接。

4.如权利要求1所述的用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其特征在于，旋转模块，包括固定支架（2）、伺服电机（3）和旋转支架（4）；

承力墙（1）的右侧，固定设置有横向分布的固定支架（2）；

固定支架（2）的右端，与旋转支架（4）的上端相铰接；

旋转支架（4）的下端，与热加载系统中的水冷反射装置（6）的上端固定连接；

热加载系统，包括陶瓷垫片（5）、水冷反射装置（6）、弧形供电排（7）和石英灯管（8）；

水冷反射装置（6）的上端，与旋转模块中的旋转支架（4）的下端固定连接；

水冷反射装置（6）内部具有冷却水空腔，该冷却水空腔用于通过冷却水；

水冷反射装置（6）的前后两侧，分别与一个弧形供电排（7）的顶端相连接；

两个弧形供电排（7）的底部，分别与多个纵向分布的石英灯管（8）的前后两端相连接；

石英灯管（8）的正下方，设置有弧形的所述试验件（100）。

5.如权利要求4所述的用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其特征在于，水冷反射装置（6）在冷却水空腔的两侧，分别设置有进水口和出水口；

冷却水空腔的进水口和出水口分别通过中空的连接管道，与外部冷却水的供水设备相连接。

6.如权利要求4所述的用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其特征在于，每个弧形供电排（7）的顶端左右两侧，分别设置有中空的第一连接杆（701）和中空的第二连接杆（702）；

第一连接杆（701）和第二连接杆（702）的上端，与水冷反射装置（6）前侧或者后侧固定连接；

第一连接杆（701）内设置有通电导线，且该通电导线与弧形供电排（7）相导电连接；

两个弧形供电排（7）上的两个第一连接杆（701）内的通电导线，分别与外部供电设备的正极端和负极端相连接；

第二连接杆（702）内，设置有冷却气体输送通道；

冷却气体输送通道的上端，与现有的冷却气体供气设备的出气口相连通；

每个弧形供电排（7）内，设置有用于通过冷却气体的冷却气体空腔；

冷却气体空腔与冷却气体输送通道的下端相连通；

每个弧形供电排（7）在靠近石英灯管（8）的一侧，设置有多个排气孔；

每个排气孔与冷却气体空腔相连通。

7.如权利要求4所述的用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其特征在于，每个弧形供电排（7）的底部分别设置有多个等间距分布的石英灯管接头安装凹槽（703）；

两个弧形供电排（7）上的石英灯管接头安装凹槽（703），为前后对称分布；

每个石英灯管（8）的前后两端接头，分别卡接在两个弧形供电排（7）的一个石英灯管接头安装凹槽（703）中；

多个石英灯管接头安装凹槽（703）的排列分布轨迹是弧形的轨迹；

当最初未开始进行试验时，多个石英灯管接头安装凹槽（703）上设置的石英灯管（8）的排列分布轨迹，与试验件（100）的弧形顶面相互平行。

8.如权利要求4所述的用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其特征在于，固定支架（2）包括前后间隔分布的前支架（201）和后支架（202）；

前支架（201）和后支架（202）的右端部，分别设置有一个纵向贯通的轴承安装孔；

每个轴承安装孔内，分别设置有一个轴承（14）；

旋转支架（4）包括旋转支架基座（400）；

旋转支架基座（400）的顶部前后两端，分别垂直设置有一个铰接支撑块（401）；

两个铰接支撑块（401）的顶部，设置有纵向分布的铰接筒（402）；

铰接筒（402）的前后两端，分别与两个轴承（14）的内圈相对的一侧相连接；

前支架（201）上的轴承（14）的内圈前侧，与一个减速器（15）后侧的输出端相连接；

减速器（15）前侧的输入端，与伺服电机（3）后侧的输出端相连接；

旋转支架基座（400）底部前后两端的左右两侧，分别设置有一个连接臂（403）；

连接臂（403）的下端，与水冷反射装置（6）的上端固定连接。

9.如权利要求8所述的用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其特征在于，旋转模块中的伺服电机（3），用于根据试验件（100）在力载荷施加过程中的弯曲方向和弯曲角度，驱动弧形供电排（7）和弧形供电排（7）上的石英灯管（8）进行与该弯曲方向相同方向的旋转，并使得弧形供电排（7）和弧形供电排（7）上的石英灯管（8）的旋转角度与该弯曲角度相同，进而使得石英灯管（8）与试验件（100）的距离保持不变。

10.如权利要求4至9中任一项所述的用于对隔热瓦同时施加力载荷和温度载荷的试验装置，其特征在于，还包括多普勒激光测距仪（13）；

多普勒激光测距仪（13），位于试验件（100）的底面正下方；

多普勒激光测距仪（13），用于实时采集试验件（100）底面的位移形变量，然后发送给伺服电机（3）配套的控制系统；

伺服电机（3）配套的控制系统，与伺服电机（3）相连接，用于根据试验件（100）底面的位移形变量，获取试验件（100）在力载荷施加过程中的弯曲角度，同时，根据电动缸（12）向试验件（100）施加的力载荷方向，确定试验件（100）在力载荷施加过程中的弯曲方向，然后对应设定伺服电机（3）的旋转方向以及旋转角度，使得旋转方向与弯曲方向相同以及旋转角度与弯曲角度相同，然后驱动伺服电机（3）旋转，从而使得伺服电机（3）能够根据试验件（100）在力载荷施加过程中的弯曲方向和弯曲角度，驱动弧形供电排（7）和弧形供电排（7）上的石英灯管（8）进行与该弯曲方向相同方向的旋转，并使得弧形供电排（7）和弧形供电排（7）上的石英灯管（8）的旋转角度与该弯曲角度相同，进而使得石英灯管（8）与试验件（100）的距离保持不变。

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