CN117007267B - 一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置及测量方法，三向地面载荷测量装置包括平台、基座、多个柱式力传感器和测量电路，柱式力传感器的上端面与平台连接，柱式力传感器的下端面与基座连接；柱式力传感器由弹性体、四个航/侧向应变片以及多个用于测量垂向载荷的垂向应变片组成；测量电路由第一电路、第二电路以及第三电路组成，第一电路、第二电路、第三电路均与数据采集系统电性连接。本发明三向地面载荷测量装置的结构简单紧凑、稳定性高、安装方便、不易受外部环境影响，能够满足不同场景下的飞机起落装置的三向地面载荷测量需求。

Description

一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及飞机试验技术领域，具体是涉及一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置及测量方法。

背景技术

在飞机起落装置进行落震试验时，需要准确测量地面平台对飞机起落装置的三向地面载荷（包括垂向载荷、航向载荷和侧向载荷），以此对飞机起落装置的结构强度和缓冲性能进行测试和评估。

飞机起落装置的地面载荷较为合适时，可有助于提升降落过程中飞行员的舒适性，保障机载设备的安全，然而传统的用于测量飞机起落装置的地面载荷测量装置存在复杂、安装困难、易受外部环境影响的问题，因此为进行舰载机的落震试验，现急需设计一套地面载荷测量装置和测量方法以解决这些问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置及测量方法。

本发明的技术方案是：一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置，包括平台、基座、多个柱式力传感器和测量电路，所述柱式力传感器的上端面与平台连接，柱式力传感器的下端面与基座连接；

所述柱式力传感器由弹性体、四个航/侧向应变片以及多个用于测量垂向载荷的垂向应变片组成，所述航/侧向应变片、垂向应变片均设置在所述弹性体的侧面上，且四个航/侧向应变片沿周向间隔90°设置，其中一组相对设置的两个航/侧向应变片用于航向载荷的测量，另一组相对设置的两个航/侧向应变片用于侧向载荷的测量；

所述测量电路由用于测量航向载荷的两个航/侧向应变片并联构成的第一电路、用于测量侧向载荷的两个航/侧向应变片并联构成的第二电路以及各个垂向应变片并联构成的第三电路组成，所述第一电路、第二电路、第三电路均与数据采集系统电性连接。

进一步地，所述柱式力传感器设有四个，四个柱式力传感器分别布置在平台的四角。

说明：通过将柱式力传感器分布在平台的四角位置处，能够有效增强三向地面载荷测量装置的稳定性，并使各个柱式力传感器均匀承受外部载荷。

进一步地，多个所述垂向应变片周向等间隔角度设置在弹性体的侧面上。

说明：航/侧向应变片、垂向应变片均采用等间隔角度分布的设置方式，能够对弹性体受到的航向载荷、侧向载荷以及垂向载荷进行有效检测，从而准确的将航向载荷、侧向载荷以及垂向载荷转化为电压信号并传递至数据采集系统。

进一步地，所述航/侧向应变片、垂向应变片均通过粘贴的方式与弹性体连接。

说明：采用粘贴的方式可以将航/侧向应变片、垂向应变片有效固定在弹性体上，且不影响航/侧向应变片、垂向应变片将所受到的航向载荷、侧向载荷以及垂向载荷转化为电压信号。

进一步地，所述平台、基座上均设有用于与柱式力传感器可拆卸连接的连接座。

说明：由于柱式力传感器在使用中易耗损，经常需要对柱式力传感器进行更换，使用连接座可以更加方便地拆装三向地面载荷测量装置上的各个柱式力传感器。

更进一步地，所述弹性体的侧壁上端、侧壁下端均设有环形卡槽；所述连接座的一端与平台或基座上设有的嵌槽固定连接，连接座的另一端设有用于卡接柱式力传感器的沉槽，

所述沉槽的侧壁上设有多个沿水平方向设置的锁孔，所述锁孔内设有用于配合所述环形卡槽进行卡接的锁块，所述锁块的一端设有活塞片，且所述活塞片上设有与锁孔内壁连接的弹簧，

所述沉槽的底面上设有与所述锁孔一一对应设置的多个压缩气囊，位于所述压缩气囊正下方的连接座内设有第一空腔，位于所述锁块正下方的连接座内设有第二空腔，

所述第一空腔内设有与所述压缩气囊一一对应设置的多个膨胀气囊，所述膨胀气囊上设有一端贯穿沉槽底面并与压缩气囊连通的进气管，且膨胀气囊上设有一端伸入第二空腔的出气管，

所述第二空腔内设有气路控制环以及与所述出气管一一对应设置的多个导接管，且所述气路控制环与第二空腔内底面的环形滑槽滑动密封连接，所述气路控制环侧壁上设有与所述进气管一一对应设置的多个第一导气孔，且位于相邻两个第一导气孔之间的气路控制环上均设有一个第二导气孔，出气管另一端上设有与气路控制环内环面滑动密封连接的密封片，所述导接管一端与对应的锁孔连通，

相邻两个第一导气孔之间的所述气路控制环内各埋置有一个排气管路，所述排气管路一端与第二导气孔连通，所述环形滑槽底面上设有利用气路控制环转动与第二导气孔另一端对接的排气孔，

所述气路控制环上设有用于控制气路控制环转动的拨杆，所述拨杆一端穿过连接座侧壁设有的弧形导槽并连接有控制件，

所述沉槽的侧壁上嵌设有与所述排气孔一一对应设置的布气板，所述布气板通过埋置在连接座内的布气管路与排气孔对接。

说明：连接座利用压缩气囊与膨胀气囊的气体压缩传导，通过膨胀气囊的膨胀将气体蓄能暂存，从而使锁块与环形卡槽可以进行延迟卡接，并且通过气路控制环的转动可以控制连接座与弹性体的分离，同时通过布气板的作用降低弹性体与沉槽的粘连，从而使弹性体与连接座分离时更加顺畅，该连接座只需将柱式力传感器的弹性体一端按压插入沉槽中，即可自动进行锁定，在需要将连接座与弹性体分离时，只需转动气路控制环即可自动进行分离。

更进一步地，所述控制件为拨块，所述拨块与所述拨杆固定连接。

说明：通过调整拨块的位置对气路控制环的转动位置进行调整，操作简单且成本低。

更进一步地，所述控制件为电机，所述电机的输出轴与所述拨杆固定连接，且电机设置在连接座的侧壁上。

说明：通过使用电机对气路控制环的转动位置进行调整，无需工作人员操作即可进行调整，省时省力。

本发明还提供了一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量方法，基于上述舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置，包括以下步骤：

S1、飞机起落装置对平台施加外部载荷，使各个柱式力传感器将所述外部载荷转化为航向载荷的电压信号、侧向载荷的电压信号、垂向载荷的电压信号；

S2、通过第一电路、第二电路、第三电路分别一一对应将航向载荷的电压信号、侧向载荷的电压信号、垂向载荷的电压信号传递至数据采集系统；

S3、在数据采集系统中对各个柱式力传感器的航向载荷、侧向载荷、垂向载荷分别进行叠加计算，得到飞机起落装置的地面载荷在航向、侧向、垂向这三个方向上的载荷量，完成测量。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置具有结构简单紧凑、稳定性高、安装方便、不易受外部环境影响的优点，且可以根据实际应用环境定制尺寸，满足不同场景下的飞机起落装置的三向地面载荷测量需求；

（2）本发明的每个柱式力传感器均独立工作，能够单独测量航向载荷、侧向载荷和垂向载荷，且柱式力传感器的成本较低，可有效降低三向地面载荷测量装置的生产和维修成本。

附图说明

图1是本发明实施例1三向地面载荷测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1柱式力传感器的结构示意图；

图3是本发明实施例3三向地面载荷测量装置的结构示意图；

图4是本发明实施例4柱式力传感器的结构示意图；

图5是本发明实施例5三向地面载荷测量装置的结构示意图；

图6是本发明实施例5柱式力传感器的结构示意图；

图7是本发明实施例5连接座复位状态的结构示意图；

图8是本发明实施例5连接座卡接状态的结构示意图；

图9是本发明实施例5连接座内部的结构示意图；

图10是本发明实施例5连接座内部的局部剖面示意图；

图11是本发明实施例5气路控制环与出气管、导接管装配结构示意图；

图12是本发明实施例5连接座的局部剖面示意图；

图13是本发明实施例5气路控制环的局部剖面示意图；

图14是本发明实施例5膨胀气囊的结构示意图；

图15是本发明实施例7连接座复位状态的结构示意图；

图16是本发明实施例2的舰载机落震试验用三向地面载荷测量方法流程图；

其中，1-平台、2-基座、3-柱式力传感器、31-弹性体、32-航/侧向应变片、33-垂向应变片、34-环形卡槽、4-连接座、41-沉槽、411-锁孔、42-锁块、421-活塞片、422-弹簧、43-压缩气囊、44-膨胀气囊、441-进气管、442-出气管、45-气路控制环、451-第一导气孔、452-第二导气孔、453-排气管路、454-拨杆、455-拨块、456-电机、46-导接管、47-环形滑槽、48-排气孔、481-布气管路、49-布气板、40-弧形导槽。

具体实施方式

下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。

实施例1：一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置，如图1、图2所示，包括平台1、基座2、四个柱式力传感器3和测量电路，柱式力传感器3的上端面与平台1粘接，柱式力传感器3的下端面与基座2粘接，四个柱式力传感器3分别布置在平台1的四角；柱式力传感器3由弹性体31、四个航/侧向应变片32以及四个用于测量垂向载荷的垂向应变片33组成，航/侧向应变片32、垂向应变片33均设置在弹性体31的侧面上，且四个航/侧向应变片32沿周向间隔90°设置，其中一组相对设置的两个航/侧向应变片32用于航向载荷的测量，另一组相对设置的两个航/侧向应变片32用于侧向载荷的测量，四个垂向应变片33沿周向间隔90°设置，且每个垂向应变片33与相邻两个航/侧向应变片32的间隔角度均为45°，航/侧向应变片32、垂向应变片33均通过粘贴的方式与弹性体31连接，弹性体31选用17-4PH沉淀硬化不锈钢；测量电路由用于测量航向载荷的两个航/侧向应变片32并联构成的第一电路、用于测量侧向载荷的两个航/侧向应变片32并联构成的第二电路以及四个垂向应变片33并联构成的第三电路组成，所述第一电路、第二电路、第三电路均与数据采集系统电性连接，航/侧向应变片32、垂向应变片33均选用市售产品。

实施例2：本实施例记载的是一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量方法，基于实施例1的一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置，如图16所示，包括以下步骤：

S1、飞机起落装置对平台1施加外部载荷，使各个柱式力传感器3将外部载荷转化为航向载荷的电压信号、侧向载荷的电压信号、垂向载荷的电压信号；

S2、通过第一电路、第二电路、第三电路分别一一对应将航向载荷的电压信号、侧向载荷的电压信号、垂向载荷的电压信号传递至数据采集系统；

S3、在数据采集系统中对各个柱式力传感器3的航向载荷、侧向载荷、垂向载荷分别进行叠加计算，得到飞机起落装置的地面载荷在航向、侧向、垂向这三个方向上的载荷量，完成测量。

实施例3：本实施例与实施例1不同之处在于，如图3所示，柱式力传感器3设有六个，其中四个柱式力传感器3分别布置在平台1的四角，其余两个柱式力传感器3以平台1的中心轴对称设置在平台1的中部。

实施例4：本实施例与实施例1不同之处在于，如图4所示，垂向应变片33设有两个，两个垂向应变片33对称设置在弹性体31的侧面上，且每个垂向应变片33与相邻两个航/侧向应变片32的间隔角度均为45°。

实施例5：本实施例与实施例1不同之处在于，如图5所示，平台1、基座2上均设有用于与柱式力传感器3可拆卸连接的连接座4，连接座4的一端与平台1或基座2上设有的嵌槽固定连接，如图6所示，弹性体31的侧壁上端、侧壁下端均设有环形卡槽34；

如图7-图14所示，连接座4的另一端设有用于卡接柱式力传感器3的沉槽41，沉槽41的侧壁上设有六个沿水平方向设置的锁孔411，锁孔411内设有用于配合环形卡槽34进行卡接的锁块42，锁块42的一端设有活塞片421，且活塞片421上设有与锁孔411内壁连接的三个弹簧422，沉槽41的底面上设有与锁孔411一一对应设置的六个压缩气囊43，六个压缩气囊43沿周向间隔60°设置在沉槽41的底面上，位于压缩气囊43正下方的连接座4内设有呈圆柱形的第一空腔，位于锁块42正下方的连接座4内设有呈圆环形的第二空腔，第一空腔内设有与压缩气囊43一一对应设置的六个膨胀气囊44，膨胀气囊44上设有一端贯穿沉槽41底面并与压缩气囊43连通的进气管441，且膨胀气囊44上设有一端伸入第二空腔的出气管442，第二空腔内设有气路控制环45以及与出气管442一一对应设置的六个导接管46，且气路控制环45与第二空腔内底面的环形滑槽47滑动密封连接，气路控制环45侧壁上设有与进气管441一一对应设置的六个第一导气孔451，六个第一导气孔451沿周向间隔60°设置在气路控制环45侧壁上，且位于相邻两个第一导气孔451之间的气路控制环45上均设有一个第二导气孔452，第二导气孔452与相邻两个第一导气孔451的间隔角度均为30°，出气管442另一端上设有与气路控制环45内环面滑动密封连接的密封片，导接管46一端与对应的锁孔411连通，相邻两个第一导气孔451之间的气路控制环45内各埋置有一个排气管路453，排气管路453一端与第二导气孔452连通，环形滑槽47底面上设有利用气路控制环45转动30°后能够与第二导气孔452另一端对接的排气孔48，气路控制环45上设有用于控制气路控制环45转动的拨杆454，拨杆454一端穿过连接座4侧壁设有的弧形导槽40并连接有控制件，控制件为拨块455，拨块455与拨杆454固定连接，沉槽41的侧壁上嵌设有与排气孔48一一对应设置的布气板49，布气板49通过埋置在连接座4内的布气管路481与排气孔48对接。

上述连接座4的使用方法为：如图7、图8所示，分别是连接座4复位状态和卡接状态的结构示意图，将连接座4的一端卡入平台1、基座2的嵌槽中，将弹性体31的一端插入连接座4的沉槽41内，随后按压弹性体31使弹性体31的端面挤压各个压缩气囊43，直至弹性体31的端面与沉槽41的底面接触；

复位状态→卡接状态：各个压缩气囊43在受到挤压后使气体通过进气管441进入膨胀气囊44内，但由于此时锁块42被弹性体31的侧面阻挡而无法进行伸出，因此这部分气体通过膨胀气囊44的自身膨胀而容置这部分气体，当弹性体31的环形卡槽34运动至锁块42时，锁块42失去弹性体31的侧面阻挡并在膨胀气囊44的回复力下，利用这部分气体依次经过出气管442、第一导气孔451、导接管46，随后进入锁孔411中，在这部分气体的气压作用下使锁块42沿着锁孔411向环形卡槽34移动，从而使锁块42与环形卡槽34卡接，完成连接座4与弹性体31的连接；

卡接状态→复位状态：通过拨动拨块455使气路控制环45转动30°，即将拨块455从弧形导槽40的一端拨至另一端，从而使气路控制环45的第二导气孔452移动至第一导气孔451的位置处，使第二导气孔452与出气管442、导接管46接通，使排气管路453与排气孔48接通，此时锁块42在三个弹簧422的回复力下向后运动，同时使气体依次通过第二导气孔452、排气管路453、排气孔48进入布气管路481，通过布气板49将气体通入弹性体31与沉槽41的缝隙中，减少弹性体31与沉槽41的粘连，并在压缩气囊43的回复力下辅助弹性体31更顺滑的从沉槽41中滑出，完成连接座4与弹性体31的分离，随后拨动拨块455使气路控制环45反转30°，即将拨块455从弧形导槽40的另一端拨回至一端。

实施例6：本实施例与实施例5不同之处在于，图中未示出，锁孔411、压缩气囊43、膨胀气囊44、导接管46、第一导气孔451、第二导气孔452、排气管路453、排气孔48、布气管路481以及布气板49均设有三个，三个第一导气孔451沿周向间隔120°设置在气路控制环45侧壁上，第二导气孔452与相邻两个第一导气孔451的间隔角度均为60°。

实施例7：本实施例与实施例5不同之处在于，如图15所示，控制件为电机456，电机456的输出轴与拨杆454固定连接，且电机456设置在连接座4的侧壁上，电机456由市售电机进行外形调整以适配设置在连接座4的侧壁上。

上述连接座4的使用方法为：在使连接座4从卡接状态切换至复位状态时，启动电机456使气路控制环45转动30°。

Claims (7)

1.一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置，其特征在于，包括平台（1）、基座（2）、多个柱式力传感器（3）和测量电路，所述柱式力传感器（3）的上端面与平台（1）连接，柱式力传感器（3）的下端面与基座（2）连接；

所述柱式力传感器（3）由弹性体（31）、四个航/侧向应变片（32）以及多个用于测量垂向载荷的垂向应变片（33）组成，所述航/侧向应变片（32）、垂向应变片（33）均设置在所述弹性体（31）的侧面上，且四个航/侧向应变片（32）沿周向间隔90°设置，其中一组相对设置的两个航/侧向应变片（32）用于航向载荷的测量，另一组相对设置的两个航/侧向应变片（32）用于侧向载荷的测量；

所述测量电路由用于测量航向载荷的两个航/侧向应变片（32）并联构成的第一电路、用于测量侧向载荷的两个航/侧向应变片（32）并联构成的第二电路以及各个垂向应变片（33）并联构成的第三电路组成，所述第一电路、第二电路、第三电路均与数据采集系统电性连接；

所述平台（1）、基座（2）上均设有用于与柱式力传感器（3）可拆卸连接的连接座（4）；

所述弹性体（31）的侧壁上端、侧壁下端均设有环形卡槽（34）；所述连接座（4）的一端与平台（1）或基座（2）上设有的嵌槽固定连接，连接座（4）的另一端设有用于卡接柱式力传感器（3）的沉槽（41），

所述沉槽（41）的侧壁上设有多个沿水平方向设置的锁孔（411），所述锁孔（411）内设有用于配合所述环形卡槽（34）进行卡接的锁块（42），所述锁块（42）的一端设有活塞片（421），且所述活塞片（421）上设有与锁孔（411）内壁连接的弹簧（422），

所述沉槽（41）的底面上设有与所述锁孔（411）一一对应设置的多个压缩气囊（43），位于所述压缩气囊（43）正下方的连接座（4）内设有第一空腔，位于所述锁块（42）正下方的连接座（4）内设有第二空腔，

所述第一空腔内设有与所述压缩气囊（43）一一对应设置的多个膨胀气囊（44），所述膨胀气囊（44）上设有一端贯穿沉槽（41）底面并与压缩气囊（43）连通的进气管（441），且膨胀气囊（44）上设有一端伸入第二空腔的出气管（442），

所述第二空腔内设有气路控制环（45）以及与所述出气管（442）一一对应设置的多个导接管（46），且所述气路控制环（45）与第二空腔内底面的环形滑槽（47）滑动密封连接，所述气路控制环（45）侧壁上设有与所述进气管（441）一一对应设置的多个第一导气孔（451），且位于相邻两个第一导气孔（451）之间的气路控制环（45）上均设有一个第二导气孔（452），出气管（442）另一端上设有与气路控制环（45）内环面滑动密封连接的密封片，所述导接管（46）一端与对应的锁孔（411）连通，

相邻两个第一导气孔（451）之间的所述气路控制环（45）内各埋置有一个排气管路（453），所述排气管路（453）一端与第二导气孔（452）连通，所述环形滑槽（47）底面上设有利用气路控制环（45）转动与第二导气孔（452）另一端对接的排气孔（48），

所述气路控制环（45）上设有用于控制气路控制环（45）转动的拨杆（454），所述拨杆（454）一端穿过连接座（4）侧壁设有的弧形导槽（40）并连接有控制件，

所述沉槽（41）的侧壁上嵌设有与所述排气孔（48）一一对应设置的布气板（49），所述布气板（49）通过埋置在连接座（4）内的布气管路（481）与排气孔（48）对接。

2.如权利要求1所述的一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置，其特征在于，所述柱式力传感器（3）设有四个，四个柱式力传感器（3）分别布置在平台（1）的四角。

3.如权利要求1所述的一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置，其特征在于，多个所述垂向应变片（33）周向等间隔角度设置在弹性体（31）的侧面上。

4.如权利要求1所述的一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置，其特征在于，所述航/侧向应变片（32）、垂向应变片（33）均通过粘贴的方式与弹性体（31）连接。

5.如权利要求1所述的一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置，其特征在于，所述控制件为拨块（455），所述拨块（455）与所述拨杆（454）固定连接。

6.如权利要求1所述的一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置，其特征在于，所述控制件为电机（456），所述电机（456）的输出轴与所述拨杆（454）固定连接，且电机（456）设置在连接座（4）的侧壁上。

7.一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量方法，基于权利要求1-6任意一项所述的一种舰载机落震试验用三向地面载荷测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、飞机起落装置对平台（1）施加外部载荷，使各个柱式力传感器（3）将所述外部载荷转化为航向载荷的电压信号、侧向载荷的电压信号、垂向载荷的电压信号；

S2、通过第一电路、第二电路、第三电路分别一一对应将航向载荷的电压信号、侧向载荷的电压信号、垂向载荷的电压信号传递至数据采集系统；

S3、在数据采集系统中对各个柱式力传感器（3）的航向载荷、侧向载荷、垂向载荷分别进行叠加计算，得到飞机起落装置的地面载荷在航向、侧向、垂向这三个方向上的载荷量，完成测量。