CN115791437A - 浮空器囊体材料测试系统和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及浮空器技术领域，尤其涉及一种浮空器囊体材料测试系统和测试方法。浮空器囊体材料测试系统，包括：浮空器囊体，浮空器囊体通过多个材料膜片密封拼接形成，浮空器囊体的外壁面设有测压口和标记点。充气装置，与浮空器囊体连接，用于向浮空器囊体内部充气；压力测量设备，用于测量测压口在充气装置向浮空器囊体充气过程中的不同压力值；应变测量仪，与标记点相对设置，用于测量不同压力值在设定时间内对应的标记点的应变值。本发明实施例用以解决现有的囊体材料测试方法测试材料的性能效果不佳的缺陷。

Description

浮空器囊体材料测试系统和测试方法

技术领域

本发明涉及浮空器技术领域，尤其涉及一种浮空器囊体材料测试系统和测试方法。

背景技术

浮空器是利用轻于空气的气体(氢气、氦气、热气等)提供升力的一种飞行器，由于浮空器的驻空时间长、环保、节能、经济等优势被广泛应用于军事和民用领域。薄膜型复合材料的囊体材料是用于制造飞艇和系留气球等浮空器的主要材料，是提高浮空器整体性能长期使用能力的关键。囊体材料必须具有强度高、重量轻、耐老化、阻气性好等特性。

浮空器体积较大，能达到数万立方。在飞行状态状态下，囊体内外存在一定压差，囊体材料一直处于受力状态，经常需要承受较大的应力，给浮空器囊体的安全带来一定隐患。在现有技术情况下，会对囊体材料进行各种性能测试，为压力控制提供数据，进而有效的控制飞艇囊体的内外压差，避免出现囊体破裂，造成浮空器飞行失败。但是，即使囊体材料的性能达到指标要求，加工成型的浮空器在使用时仍然可能出现破裂等问题。

即，现有的囊体材料测试方法存在测试材料的性能效果不佳的技术问题。尤其是在较大内外压差的时候。如果完全按照实际尺寸加工完成浮空器后或者在飞行过程中发现材料问题，不但造成材料、人力的浪费，还会存在飞行事故的可能。

发明内容

本发明提供一种浮空器囊体材料测试系统和测试方法，用以解决现有的囊体材料测试方法测试材料的性能效果不佳的缺陷。

本发明提供一种浮空器囊体材料测试系统，包括：

浮空器囊体，所述浮空器囊体通过多个材料膜片密封拼接形成，所述浮空器囊体的外壁面设有测压口和标记点。

充气装置，与所述浮空器囊体连接，用于向所述浮空器囊体内部充气；

压力测量设备，用于测量所述测压口在所述充气装置向浮空器囊体充气过程中的不同压力值；

应变测量仪，与所述标记点相对设置，用于测量所述不同压力值在设定时间内对应的标记点的应变值。

根据本发明提供的一种浮空器囊体材料测试系统，所述标记点包括点、线、散斑中的任意一种。

根据本发明提供的一种浮空器囊体材料测试系统，所述浮空器囊体的相邻材料膜片之间通过连续热合焊接方式连接。

根据本发明提供的一种浮空器囊体材料测试系统，所述相邻材料膜片之间的连续热合焊接方式为搭焊。

根据本发明提供的一种浮空器囊体材料测试系统，所述搭焊的宽度为30cm-50cm。

根据本发明提供的一种浮空器囊体材料测试系统，所述浮空器囊体的内壁面设有用于检测浮空器囊体内温度的温度传感器。

根据本发明提供的一种浮空器囊体材料测试系统，所述浮空器囊体材料测试系统还包括数据记录设备，所述数据记录设备用于记录所述压力测量设备测量的所述测压口从浮空器囊体未充气到充气至涨破瞬间的压力值，用于记录所述应变测量仪测量的所述标记点从浮空器囊体未充气到充气至涨破瞬间的不同压力值对应的应变值，以及记录所述温度传感器检测的浮空器囊体内从未充气到充气至涨破瞬间的温度值。

本发明还提供一种浮空器囊体材料测试方法，应用于上述的浮空器囊体材料测试系统，所述方法包括：

控制充气装置向所述浮空器囊体内部充气；

通过压力测量设备测量测压口在所述充气装置向浮空器囊体充气过程中的不同压力值；通过应变测量仪测量所述不同压力值在设定时间内对应的标记点的应变值；

所述压力值位于使所述浮空器囊体不涨破的安全范围内。

根据本发明提供的一种浮空器囊体材料测试方法，所述安全范围是[1000Pa,6000Pa]的压力值区间。

根据本发明提供的一种浮空器囊体材料测试方法，所述通过压力测量设备测量测压口在所述充气装置向浮空器囊体充气过程中的不同压力值；通过应变测量仪测量所述不同压力值在设定时间内对应的标记点的应变值之后，还包括：

控制充气装置不断地向所述浮空器囊体充气，直至所述浮空器囊体涨破，通过压力测量设备测量所述浮空器囊体涨破瞬间的极限压力值。

本发明提供的浮空器囊体材料测试系统和测试方法，通过压力测量设备测量所述测压口在所述充气装置向浮空器囊体充气过程中的不同压力值；通过应变测量仪测量所述不同压力值在设定时间内对应的标记点的应变值。从而本发明实施例能够测量浮空器囊体的材料膜片在不同的实际压力值下的曲面应变值，进而测试浮空器囊体的材料膜片在不同的实际压力值下的承受曲面应变的性能，完成从浮空器囊体试验样品从平面验证到曲面验证，对浮空器的设计工作提供快速及时的支撑依据，提高测试材料的性能的效果，减少浮空器囊体破裂带来的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的浮空器囊体材料测试系统的结构示意图之一；

图2是本发明提供的浮空器囊体材料测试系统的结构示意图之二；

图3是本发明提供的浮空器囊体材料测试方法的流程示意图之一；

图4是本发明提供的浮空器囊体材料测试方法的流程示意图之二。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

下面结合图1描述本发明的一种浮空器囊体材料测试系统，请参照图1，浮空器囊体材料测试系统包括：浮空器囊体10、充气装置(未图示)、压力测量设备(未图示)以及应变测量仪20。

浮空器囊体10，所述浮空器囊体10通过多个材料膜片13密封拼接形成，所述浮空器囊体10的外壁面设有测压口11和用于测量应变值的标记点12。具体的，浮空器囊体10的囊体材料可选用热塑性聚氨酯等材料。本发明实施例的浮空器囊体10形状可以是形似热气球的倒置水滴形状、球形等。本发明实施例可采用球形的浮空器囊体10。

本发明实施例的浮空器囊体10可采用多个尺寸相同的材料膜片13密封拼接形成。本发明实施例可按浮空器囊体10的实际尺寸将囊体材料经裁剪得到材料膜片13，并将各材料膜片13热合加工成圆球状的浮空器囊体10囊体。

具体的，本发明实施例的圆球状的浮空器囊体10的材料膜片13的设计数量可以是6-10片，所述圆球状的浮空器囊体10的直径可以是1-3米。例如在一个实施例中，圆球状的浮空器囊体10的材料膜片13的设计数量可以是8片，圆球状的浮空器囊体10的直径可以是2米。需要说明的是，可根据实际受力情况选择其他的材料膜片13数量和圆球状的浮空器囊体10的直径。

本发明实施例通过采用缩比后小型的浮空器囊体10进行囊体材料的材料测试，可节省浮空器囊体10的材料及加工时间，对浮空器设计工作提供快速及时的支撑依据。

充气装置，与所述浮空器囊体10连接，用于向所述浮空器囊体10内部充气。充气装置可选用各种能够对浮空器囊体10进行充气的充气装置。通过充气装置持续向浮空器囊体10内部充气，浮空器囊体10内部的压力值持续变化。当充气过程中暂停充气，可保持浮空器囊体10内部的压力值不变或变化很小。

压力测量设备，用于测量所述测压口11在所述充气装置向浮空器囊体10充气过程中的不同压力值。浮空器囊体10的外壁面设有测压口11，通过压力测量设备对测压口11进行压力值测量，可得到充气过程中浮空器囊体10内部的不同压力值。压力测量设备可选用各种能够实现气体压力检测的压力测量设备。

应变测量仪20，与所述标记点12相对设置，用于测量所述不同压力值在设定时间内对应的标记点12的应变值。其中应变测量仪20可选用非接触应变测量仪20。充气装置向浮空器囊体10内充入气体过程中，使圆球浮空器囊体10的内压逐渐升高，浮空器囊体10逐渐膨胀，通过非接触应变测量仪20对浮空器囊体10的外壁面的标记点12进行应变测量。从而测量浮空器囊体10的材料膜片13在不同的实际压力值下的曲面应变值。

具体的，在一个实施例中，将圆球状的浮空器囊体10连接压力测控设备。通过充气装置向浮空器囊体10内部充入空气，使圆球状的浮空器囊体10的内部压力逐渐升高，并在1000帕压力下停留保持2小时，全程通过非接触应变测量仪20测量其应变值；随后继续充入空气，使圆球状的浮空器囊体10的内压在2000帕，3000帕，4000帕，5000帕，6000帕各个压力值保持半小时，全程非接触应变测量仪20测量其应变。其中，压力值在1000帕-6000帕之间所记录的浮空器囊体10的应变值，可等效或者换算为浮空器在不同压力值下工作时产生的应变值。从而本发明实施例能够测量浮空器囊体10的材料膜片13在不同的实际压力值下的曲面应变值。

当应变测量仪20测量的某个压力值的应变值出现异常时，例如应变值超过设定阈值，说明在该压力值下，浮空器囊体10的材料膜片13承受的应力过大，材料膜片13有破裂的风险。此时应该考虑更换浮空器囊体10的材料膜片13的材料；或者调整浮空器囊体10的材料膜片13的厚度；或者调整浮空器囊体10的整体的形状等。从本发明实施例通过应变测量仪20测量浮空器囊体10的材料膜片13在不同的实际压力值下的曲面应变值，实现对浮空器的设计工作提供快速及时的支撑依据，提高测试材料的性能的效果，减少浮空器囊体10破裂带来的安全隐患。

通过压力测量设备测量所述测压口11在所述充气装置向浮空器囊体10充气过程中的不同压力值；通过应变测量仪20测量所述不同压力值在设定时间内对应的标记点12的应变值。从而本发明实施例能够测量浮空器囊体10的材料膜片13在不同的实际压力值下的曲面应变值，进而测试浮空器囊体10的材料膜片13在不同的实际压力值下的承受曲面应变的性能，完成从浮空器囊体10试验样品从平面验证到曲面验证，实现对浮空器的设计工作提供快速及时的支撑依据，提高测试材料的性能的效果，减少浮空器囊体10破裂带来的安全隐患。

需要说明的是，所述标记点12包括点、线、散斑中的任意一种。即用于应变测量仪20测量应变的标记点12包括多种形状，包括点、线、散斑中的任意一种。请参照图1，标记点12为点的结构时，可包括多个点组成的点阵列。为了便于应变测量仪20更容易地对准标记点12测量应变，因此在一些实施例中，标记点12可以是线、散斑的形状。散斑即是呈多个分散颗粒状的结构。通过多个颗粒状的结构增大应变测量仪20感应的面积，提高应变测量仪20测量的便捷性和效率。

在本发明实施例的其他方面，请参照图2，所述浮空器囊体10的相邻材料膜片13之间通过连续热合焊接方式连接。所述相邻材料膜片13之间的连续热合焊接方式为搭焊。本发明实施例通过搭焊的简单的焊接方式实现浮空器囊体10的成型，能够简化浮空器囊体10的形成过程。其中，所述搭焊的宽度为30cm-50cm。本发明实施例的搭焊的宽度为30cm-50cm时，形成的浮空器囊体10具有更好的强度。

浮空器囊体10所述浮空器囊体10的内壁面设有用于检测浮空器囊体10内温度的温度传感器30。通过温度传感器30和压力测量设备能够实现对浮空器囊体10在充气过程中进行气密性检测。

在本发明实施例的其他方面，所述浮空器囊体材料测试系统还包括数据记录设备40，所述数据记录设备40用于记录所述压力测量设备测量的所述测压口11从浮空器囊体10未充气到充气至涨破瞬间的压力值，用于记录所述应变测量仪20测量的所述标记点12从浮空器囊体10未充气到充气至涨破瞬间的不同压力值对应的应变值，以及记录所述温度传感器30检测的浮空器囊体10内从未充气到充气至涨破瞬间的温度值。需要说明的是，数据记录设备40可采用各种数据存储器。

通过数据记录设备40记录浮空器囊体10在充气过程中的压力值、应变值以及温度值。便于工作人员分析浮空器囊体10的材料膜片13在实际压力中的承受压力性能，承受曲面应变的性能，以及气密性的性能。从而较为全面地对浮空器囊体10的材料膜片13的性能进行测试，实现对浮空器的设计工作提供快速及时的支撑依据，进一步提高测试材料的性能的效果，减少浮空器囊体10破裂带来的安全隐患。

请参照图3，本发明实施例还提出一种浮空器囊体10材料测试方法，应用于上述的浮空器囊体材料测试系统，所述方法包括：

步骤100、控制充气装置向所述浮空器囊体10内部充气；

步骤200、通过压力测量设备测量测压口11在所述充气装置向浮空器囊体10充气过程中的不同压力值；通过应变测量仪20测量所述不同压力值在设定时间内对应的标记点12的应变值；所述压力值位于使所述浮空器囊体10不涨破的安全范围内。

需要说明的是，浮空器囊体材料测试系统中的各个部件的结构以及部件之间的连接关系可参见上述浮空器囊体材料测试系统的相关描述，在此不赘述。

具体的，在一个实施例中，将圆球状的浮空器囊体10连接压力测控设备。通过充气装置向浮空器囊体10内部充入空气，使圆球状的浮空器囊体10的内部压力逐渐升高，并在1000帕压力下停留保持2小时，全程通过非接触应变测量仪20测量其应变值；随后继续充入空气，使圆球状的浮空器囊体10的内压在2000帕，3000帕，4000帕，5000帕，6000帕各个压力值保持半小时，全程非接触应变测量仪20测量其应变。

当应变测量仪20测量的某个压力值的应变值出现异常时，例如应变值超过设定阈值，说明在该压力值下，浮空器囊体10的材料膜片13承受的应力过大，材料膜片13有破裂的风险。此时应该考虑更换浮空器囊体10的材料膜片13的材料；或者调整浮空器囊体10的材料膜片13的厚度；或者调整浮空器囊体10的整体的形状等。从而本发明实施例通过应变测量仪20测量浮空器囊体10的材料膜片13在不同的实际压力值下的曲面应变值，实现对浮空器的设计工作提供快速及时的支撑依据，提高测试材料的性能的效果，减少浮空器囊体10破裂带来的安全隐患。

需要说明的是，其中压力值位于使所述浮空器囊体10不涨破的安全范围可以是[1000Pa,6000Pa]的压力值区间。其中，压力值在1000Pa-6000Pa之间所记录的浮空器囊体10的应变值，可等效或者换算为浮空器在不同压力下工作时产生的应变值。从而本发明实施例能够测量浮空器囊体10的材料膜片13在不同的实际压力值下的曲面应变值，实现对浮空器的设计工作提供快速及时的支撑依据，进一步提高测试材料的性能的效果，减少浮空器囊体10破裂带来的安全隐患。

在本发明实施例的其他方面，请参照图4，步骤200、通过压力测量设备测量测压口11在所述充气装置向浮空器囊体10充气过程中的不同压力值；通过应变测量仪20测量所述不同压力值在设定时间内对应的标记点12的应变值之后，还包括：

步骤300、控制充气装置不断地向所述浮空器囊体10充气，直至所述浮空器囊体10涨破，通过压力测量设备测量所述浮空器囊体10涨破瞬间的极限压力值。

本发明实施例中，还可以控制充气装置不断地向所述浮空器囊体10充气，直至所述浮空器囊体10涨破，通过压力测量设备测量所述浮空器囊体10涨破瞬间的极限压力值，从而得到浮空器囊体10的材料膜片13的极限承压值。基于该极限承压值在使用该材料膜片13的浮空器囊体10的设计和飞行控制时提供依据。例如当极限承压值不理想时，此时应该考虑更换浮空器囊体10的材料膜片13的材料；或者调整浮空器囊体10的材料膜片13的厚度；或者调整浮空器囊体10的整体的形状等。

另外，本发明实施例中还可以通过数据记录设备40记录浮空器囊体10在充气过程中的压力值、应变值以及温度值。便于工作人员分析浮空器囊体10的材料膜片13在实际压力中的承受压力性能，承受曲面应变的性能，以及气密性的性能。从而较为全面地对浮空器囊体10的材料膜片13的性能进行测试，实现对浮空器的设计工作提供快速及时的支撑依据，进一步提高测试材料的性能的效果，减少浮空器囊体10破裂带来的安全隐患。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种浮空器囊体材料测试系统，其特征在于，包括：

浮空器囊体，所述浮空器囊体通过多个材料膜片密封拼接形成，所述浮空器囊体的外壁面设有测压口和标记点；

充气装置，与所述浮空器囊体连接，用于向所述浮空器囊体内部充气；

压力测量设备，用于测量所述测压口在所述充气装置向浮空器囊体充气过程中的不同压力值；

应变测量仪，与所述标记点相对设置，用于测量所述不同压力值在设定时间内对应的标记点的应变值。

2.根据权利要求1所述的浮空器囊体材料测试系统，其特征在于，所述标记点包括点、线、散斑中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的浮空器囊体材料测试系统，其特征在于，所述浮空器囊体的相邻材料膜片之间通过连续热合焊接方式连接。

4.根据权利要求3所述的浮空器囊体材料测试系统，其特征在于，所述相邻材料膜片之间的连续热合焊接方式为搭焊。

5.根据权利要求4所述的浮空器囊体材料测试系统，其特征在于，所述搭焊的宽度为30cm-50cm。

6.根据权利要求1所述的浮空器囊体材料测试系统，其特征在于，所述浮空器囊体的内壁面设有用于检测浮空器囊体内温度的温度传感器。

7.根据权利要求6所述的浮空器囊体材料测试系统，其特征在于，所述浮空器囊体材料测试系统还包括数据记录设备，所述数据记录设备用于记录所述压力测量设备测量的所述测压口从浮空器囊体未充气到充气至涨破瞬间的压力值，用于记录所述应变测量仪测量的所述标记点从浮空器囊体未充气到充气至涨破瞬间的不同压力值对应的应变值，以及记录所述温度传感器检测的浮空器囊体内从未充气到充气至涨破瞬间的温度值。

8.一种浮空器囊体材料测试方法，其特征在于，应用于权利要求1至7任一项所述的浮空器囊体材料测试系统，所述方法包括：

控制充气装置向所述浮空器囊体内部充气；

通过压力测量设备测量测压口在所述充气装置向浮空器囊体充气过程中的不同压力值；通过应变测量仪测量所述不同压力值在设定时间内对应的标记点的应变值；

所述压力值位于使所述浮空器囊体不涨破的安全范围内。

9.根据权利要求8所述的浮空器囊体材料测试方法，其特征在于，所述安全范围是[1000Pa,6000Pa]的压力值区间。

10.根据权利要求8所述的浮空器囊体材料测试方法，其特征在于，所述通过压力测量设备测量测压口在所述充气装置向浮空器囊体充气过程中的不同压力值；通过应变测量仪测量所述不同压力值在设定时间内对应的标记点的应变值之后，还包括：

控制充气装置不断地向所述浮空器囊体充气，直至所述浮空器囊体涨破，通过压力测量设备测量所述浮空器囊体涨破瞬间的极限压力值。

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