CN116465587B - 一种用于引入小能量低速冲击损伤的试验系统 - Google Patents
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Abstract
本申请属于结构性能试验的测试领域，为一种用于引入小能量低速冲击损伤的试验系统，包括后座、冲击管、冲头、第一弹簧和测速头；冲击管的侧壁上设有卡接机构、脱卡机构和上膛把手，上膛把手能够与冲头相连；进行冲击损伤试验时，先拉动上膛把手将冲头移动至卡接机构位置处进行卡接，使冲头保持在该位置，第一弹簧压缩，而后去掉上膛把手，拨动脱卡机构，使得卡接机构与冲头分离，冲头在第一弹簧的作用下向前冲出，冲头与第一弹簧分离，沿着空腔进入到测速头内，并依次经过第一发光二极管和第二发光二极管。通过第一弹簧来控制冲击能量，使得该装置冲击能量范围为1.5～15J，冲击精度更高，尺寸较小便于安装携带。
Description
技术领域
本申请属于结构性能试验的测试领域，特别涉及一种用于引入小能量低速冲击损伤的试验系统。
背景技术
由于复合材料对冲击损伤的敏感性，在复合材料结构设计中，通常会引入低速冲击损伤进行耐久性/损伤容限设计。目前使用的弹簧枪式冲击损伤引入装置的冲击能量范围为4～50J，并且较小能量误差较大，针对某些型号研制提出的小于6J冲击能量要求，该设备存在着冲击能量范围不够、精度差、操作不便等问题。
由于损伤引入部位有可能在飞机上的任何位置(如机翼上下翼面、方向舵、垂尾、平尾、机身等位置)，飞机进行地面试验时，会搭建桁架楼梯结构以便试验人员进行安装和检查。进行冲击试验时，重量过大或者体积较大的设备不容易搬运至冲击点，且操作不当会对试验飞机造成损伤，因此冲击设备的体积和携带的便携性十分重要。
发明内容
本申请的目的是提供了一种用于引入小能量低速冲击损伤的试验系统，以解决现有的冲击设计体积较大、携带不便的问题。
本申请的技术方案是：一种用于引入小能量低速冲击损伤的试验系统包括后座、冲击管、冲头、第一弹簧和测速头；所述后座和冲击管同轴设置，所述后座和冲击管内开设有相互连通的空腔，所述第一弹簧同轴设置空腔内靠近后座的一端，所述冲头与第一弹簧靠近冲击管的一端套接，所述冲头连接于冲击管远离后座的一端并且冲头内开设有与空腔连通的测速腔，所述测速头上设有第一发光二极管和第二发光二极管；
所述冲击管的侧壁上设有卡接机构、脱卡机构和上膛把手，所述上膛把手能够与冲头相连，所述上膛把手能够拉动冲头与卡接机构卡接配合，此时第一弹簧处于压缩状态；当将上膛把手取出时，拨动脱卡机构能够带动卡接机构与冲头分离，冲头在第一弹簧的弹力作用下冲出，移动至测速头内，并依次经过第一发光二极管和第二发光二极管。
优选地，所述卡接机构包括第一套筒、第二套筒和复位弹簧；所述第一套筒与后座的端部同轴连接，所述第二套筒套设于第一套筒上，所述第一套筒和第二套筒之间设有复位腔，所述复位弹簧设于复位腔内并且复位弹簧的两端分别与第一套筒和第二套筒相连，所述第一套筒的侧壁上沿周向间隔开设有多个径向移动槽，所述径向移动槽为通槽，每个径向移动槽内均设有滚珠，所述第二套筒在常态下与径向移动槽的外侧壁相贴，所述冲头上开设有能够与滚珠配合的卡紧环槽，将冲头移动至第一套筒内侧时，滚珠沿第一套筒的径向移动到卡紧环槽上与冲头卡接配合。
优选地，所述冲击管沿其长度方向开设有上下贯通的长条孔，所述长条孔达到第一套筒的前端位置，所述冲头上开设有上下设置的连接孔，所述上膛把手能够插入至长条孔并插入至连接孔内，所述上膛把手的顶部设有能够与上膛把手螺纹配合的螺母。
优选地，所述脱卡机构包括扳机和铰接座，所述铰接座设于冲击管的侧壁上，所述扳机的一端与铰接座铰接、中部与第二套筒螺栓连接，所述第二套筒对应该螺栓的位置处设有能够使得螺栓水平移动的腰形孔，所述腰型孔的宽度大于螺栓的直径。
优选地，所述后座的末端设有调节杆，所述调节杆螺纹连接于后座内，所述第一弹簧远离冲头的一端与调节杆相连，所述调节杆的外侧壁上螺纹连接有与后座相抵的第一锁母。
优选地，所述冲击管的中部设有手柄，所述测速头与冲击管的端部螺纹连接，所述冲击管的侧壁上设有与测速头相抵的第二锁母。
本申请的一种用于引入小能量低速冲击损伤的试验系统，包括后座、冲击管、冲头、第一弹簧和测速头；冲击管的侧壁上设有卡接机构、脱卡机构和上膛把手，上膛把手能够与冲头相连，上膛把手能够拉动冲头与卡接机构卡接配合，此时第一弹簧处于压缩状态；进行冲击损伤试验时，先拉动上膛把手将冲头移动至卡接机构位置处进行卡接，使冲头保持在该位置，第一弹簧压缩，而后去掉上膛把手，拨动脱卡机构，使得卡接机构与冲头分离，冲头在第一弹簧的作用下向前冲出，冲头与第一弹簧分离，沿着空腔进入到测速头内，并依次经过第一发光二极管和第二发光二极管。通过第一弹簧来控制冲击能量，使得该装置冲击能量范围为1.5～15J，冲击精度更高，尺寸较小便于安装携带。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体结构剖视图；
图2为本申请整体结构侧视图；
图3为本申请整体结构俯视图；
图4为本申请凸显卡接机构和脱卡机构和冲头剖视结构示意图；
图5为本申请第一套筒结构示意图；
图6为本申请测速头剖视结构示意图。
1、调节杆；2、第一锁母；3、后座；4、第一弹簧；5、冲击管；6、冲头；7、第二锁母；8、测速头；9、手柄；10、扳机；11、上膛把手；12、第一套筒；13、复位弹簧；14、第二套筒；15、滚珠；16、第一发光二极管；17、第二发光二极管；18、导线；19、试验飞机冲击部位；20、铰接座。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种用于引入小能量低速冲击损伤的试验系统，如图1-3所示，包括后座3、冲击管5、冲头6、第一弹簧4和测速头8。
后座3和冲击管5同轴设置，后座3和冲击管5内开设有相互连通的空腔，第一弹簧4同轴设置空腔内靠近后座3的一端，冲头6与第一弹簧4靠近冲击管5的一端套接，也即是第一弹簧4仅套设在冲头6上，在冲头6冲出时，第一弹簧4与冲头6分离。冲头6连接于冲击管5远离后座3的一端并且冲头6内开设有与空腔连通的测速腔，测速头8上设有第一发光二极管16和第二发光二极管17。
冲击管5的侧壁上设有卡接机构、脱卡机构和上膛把手11，上膛把手11能够与冲头6相连，上膛把手11能够拉动冲头6与卡接机构卡接配合，此时第一弹簧4处于压缩状态；当将上膛把手11取出时，拨动脱卡机构能够带动卡接机构与冲头6分离，冲头6在第一弹簧4的弹力作用下冲出，移动至测速头8内，并依次经过第一发光二极管16和第二发光二极管17。
进行冲击损伤试验时，先拉动上膛把手11将冲头6移动至卡接机构位置处进行卡接，使冲头6保持在该位置，第一弹簧4压缩，而后去掉上膛把手11，拨动脱卡机构，使得卡接机构与冲头6分离，冲头6在第一弹簧4的作用下向前冲出，冲头6与第一弹簧4分离，沿着空腔进入到测速头8内，并依次经过第一发光二极管16和第二发光二极管17。
通过第一弹簧4来控制冲击能量，使得该装置冲击能量范围为1.5～15J，冲击精度更高，尺寸较小便于安装携带，操作简单便于外场操作，可实现与试件表面任意冲击夹角的损伤引入，满足了复合材料结构小能量低速冲击损伤引入的基本要求。具有能量测定精度高、操作简单、可靠性高等诸多优点。
冲头6沿着冲击管5向前运动至左侧发光二极管的位置时，信号接收器记录当前时刻为T1，此时冲头6已脱离弹簧。冲头6继续运动至右侧发光二极管的位置时，信号接收器记录当前时刻为T2，那么冲头6在(T2-T1)时间段内运动的平均速度为，D为第一发光二极管16到第二发光二极管17的距离，冲头6质量为m，那么可以得到试验件表面受到的冲击能量为(由于图6中W段长度很小，因此可以忽略冲头6(6)通过W段的摩擦力和重力对冲击能量的影响)：
试验前对冲击砝码进行称重，将质量、冲头6释放点的高度输入至控制仪，当砝码从冲击管5释放后，控制仪测量两个发光二极管信号接收时差，就可以通过公式(1)计算出冲击能量。
结合图4-5所示，优选地，卡接机构包括第一套筒12、第二套筒14和复位弹簧13；第一套筒12与后座3的端部同轴连接，第二套筒14套设于第一套筒12上，第一套筒12和第二套筒14之间设有复位腔，复位弹簧13设于复位腔内并且复位弹簧13的两端分别与第一套筒12和第二套筒14相连，第一套筒12的侧壁上沿周向间隔开设有多个径向移动槽，径向移动槽为通槽，每个径向移动槽内均设有滚珠15，第二套筒14在常态下与径向移动槽的外侧壁相贴，冲头6上开设有能够与滚珠15配合的卡紧环槽，将冲头6移动至第一套筒12内侧时，滚珠15沿第一套筒12的径向移动到卡紧环槽上与冲头6卡接配合。
通过设置滚珠15沿第一套筒12的径向方向移动来实现对冲头6的卡接和分离，控制简单稳定。当脱卡机构控制第二套筒14从径向移动槽外侧移出时，滚珠15能够与冲头6分离，使得冲头6冲出，在冲头6冲出后，复位弹簧13在弹力作用下控制第二套筒14复位。
优选地，冲击管5沿其长度方向开设有上下贯通的长条孔，长条孔达到第一套筒12的前端位置，冲头6上开设有上下设置的连接孔，上膛把手11能够插入至长条孔并插入至连接孔内，上膛把手11的顶部设有能够与上膛把手11螺纹配合的螺母。在上膛把手11插入至连接孔内后，拧上螺母，上膛把手11能够拉动冲头6移动；将螺母从上膛把手11上拧出时，能够将上膛把手11取下，较为方便。
优选地，脱卡机构包括扳机10和铰接座20，铰接座20设于冲击管5的侧壁上，扳机10的一端与铰接座20铰接、中部与第二套筒14螺栓连接，第二套筒14对应该螺栓的位置处设有能够使得螺栓水平移动的腰形孔，腰型孔的宽度大于螺栓的直径。通过按压扳机10，在铰接座20的限位下能够带动第二套筒14水平移动，在控制第二套筒14移动到滚珠15与冲头6分离时，松开扳机10，复位弹簧13在弹力作用下控制扳机10复位。
优选地，后座3的末端设有调节杆1，调节杆1螺纹连接于后座3内，第一弹簧4远离冲头6的一端与调节杆1相连，调节杆1的外侧壁上螺纹连接有与后座3相抵的第一锁母2，通过调节杆1支撑第一弹簧4，保证第一弹簧4稳定工作。
实际使用中，根据所需要的冲击能量的大小，可以将第一弹簧4更换为刚度系数K不同的弹簧。同时调节杆1与后座3是螺纹连接，通过调节调节杆1拧进后座3的长度可以调节第一弹簧4的压缩量，也可调节冲击能量。使用以上技术方案能够对三种规格弹簧均进行了垂直向上的试冲，冲击能量结果如表1所示，使用时可以根据需要选择合适的第一弹簧4，并通过调节杆1将冲击能量调整至所需要的值。
表1弹簧规格与冲击能量对照表
优选地，冲击管5的中部设有手柄9，测速头8与冲击管5的端部螺纹连接，冲击管5的侧壁上设有与测速头8相抵的第二锁母7，保证测速头8固定稳定。
第一发光二极管16和第二发光二极管17在测速头8内的固定结构如图6所示，测速头8的前端为试验飞机冲击部位19，第一发光二极管16和第二发光二极管17均通过导线18连接至控制仪上，实现数据的采集。
具体的试验步骤为：
1)根据所需要的冲击能量在表1中选择合适的第一弹簧4规格；
2)选择所需要的冲头6，进行称重；
3)将选定的弹簧和冲头6组合安装；
4)连接控制仪与测速仪的导线18，将冲头6质量输入至控制仪中；
5)根据实际冲击角度在地面进行试冲：握紧手柄9，向手柄9方向拉动上膛把手11进行上膛，完成后移去上膛把手11；
6)扳动扳机10，释放冲头6，此时控制仪自动计算冲击能量；
7)查看冲击能量并通过调节调节杆1进行微调；
8)调节完成后对飞机进行冲击试验。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种用于引入小能量低速冲击损伤的试验系统，其特征在于：包括后座(3)、冲击管(5)、冲头(6)、第一弹簧(4)和测速头(8)；所述后座(3)和冲击管(5)同轴设置，所述后座(3)和冲击管(5)内开设有相互连通的空腔，所述第一弹簧(4)同轴设置空腔内靠近后座(3)的一端，所述冲头(6)与第一弹簧(4)靠近冲击管(5)的一端套接，所述冲头(6)连接于冲击管(5)远离后座(3)的一端并且冲头(6)内开设有与空腔连通的测速腔，所述测速头(8)上设有第一发光二极管(16)和第二发光二极管(17)；
所述冲击管(5)的侧壁上设有卡接机构、脱卡机构和上膛把手(11)，所述上膛把手(11)能够与冲头(6)相连，所述上膛把手(11)能够拉动冲头(6)与卡接机构卡接配合，此时第一弹簧(4)处于压缩状态；当将上膛把手(11)取出时，拨动脱卡机构能够带动卡接机构与冲头(6)分离，冲头(6)在第一弹簧(4)的弹力作用下冲出，移动至测速头(8)内，并依次经过第一发光二极管(16)和第二发光二极管(17)；
所述卡接机构包括第一套筒(12)、第二套筒(14)和复位弹簧(13)；所述第一套筒(12)与后座(3)的端部同轴连接，所述第二套筒(14)套设于第一套筒(12)上，所述第一套筒(12)和第二套筒(14)之间设有复位腔，所述复位弹簧(13)设于复位腔内并且复位弹簧(13)的两端分别与第一套筒(12)和第二套筒(14)相连，所述第一套筒(12)的侧壁上沿周向间隔开设有多个径向移动槽，所述径向移动槽为通槽，每个径向移动槽内均设有滚珠(15)，所述第二套筒(14)在常态下与径向移动槽的外侧壁相贴，所述冲头(6)上开设有能够与滚珠(15)配合的卡紧环槽，将冲头(6)移动至第一套筒(12)内侧时，滚珠(15)沿第一套筒(12)的径向移动到卡紧环槽上与冲头(6)卡接配合。
2.如权利要求1所述的用于引入小能量低速冲击损伤的试验系统，其特征在于：所述冲击管(5)沿其长度方向开设有上下贯通的长条孔，所述长条孔达到第一套筒(12)的前端位置，所述冲头(6)上开设有上下设置的连接孔，所述上膛把手(11)能够插入至长条孔并插入至连接孔内，所述上膛把手(11)的顶部设有能够与上膛把手(11)螺纹配合的螺母。
3.如权利要求1所述的用于引入小能量低速冲击损伤的试验系统，其特征在于：所述脱卡机构包括扳机(10)和铰接座(20)，所述铰接座(20)设于冲击管(5)的侧壁上，所述扳机(10)的一端与铰接座(20)铰接、中部与第二套筒(14)螺栓连接，所述第二套筒(14)对应该螺栓的位置处设有能够使得螺栓水平移动的腰形孔，所述腰形孔的宽度大于螺栓的直径。
4.如权利要求1所述的用于引入小能量低速冲击损伤的试验系统，其特征在于：所述后座(3)的末端设有调节杆(1)，所述调节杆(1)螺纹连接于后座(3)内，所述第一弹簧(4)远离冲头(6)的一端与调节杆(1)相连，所述调节杆(1)的外侧壁上螺纹连接有与后座(3)相抵的第一锁母(2)。
5.如权利要求1所述的用于引入小能量低速冲击损伤的试验系统，其特征在于：所述冲击管(5)的中部设有手柄(9)，所述测速头(8)与冲击管(5)的端部螺纹连接，所述冲击管(5)的侧壁上设有与测速头(8)相抵的第二锁母(7)。
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