CN207816675U - 一种冲击损伤预制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于复合材料试验及测试技术领域，具体公开了一种冲击损伤预制装置，包括冲击头，冲击腔，气动腔，所述气动腔与冲击腔通过阀门组件选择性地连通，在连通时气动冲击所述冲击头，阀门组件包括挡板及第一弹性元件，挡板用于密封气动腔的出口，第一弹性元件用于向挡板施加密封出口的第一预设弹性力；还包括致动组件，致动组件包括扳机，挡块，第二弹性元件和撞杆，挡块固定设置于撞杆上，扳机选择性地卡止挡块，第二弹性元件用于向撞杆施加顶推挡板的第二预设弹性力，第二预设弹性力大于第一预设弹性力。本实用新型公开的冲击损伤预制装置气动冲击冲击头，装置体积小，方便携带，使用灵活，具有较好地实用性。

Description

一种冲击损伤预制装置

技术领域

本实用新型涉及复合材料试验及测试技术领域，尤其涉及一种冲击损伤预制装置。

背景技术

复合材料因其质量轻及性能优而被广泛应用于飞机机体结构中，如复合材料机翼等。在复合材料机翼的制造、使用及维护过程中，不可避免地遭受低能量冲击所导致的损伤，这些损伤难以通过常规检测方法检出。但随着飞机的重复起落，损伤不断扩展，从而导致整个机翼结构失效，危及飞行安全。因此，在结构设计和试验验证过程中，需要人为预制相应的低能量冲击损伤，并对该类冲击损伤对机翼结构的影响进行验证，尤其是对于在实际运行过程中，容易遭受各种能量冲击的应力集中区域和结构进行低能量冲击预制和验证，如机翼下壁板人孔结构和翼梁倒角结构等。

现有常用的冲击损伤预制装置主要有两种：一种依靠冲击头自由落体的方式进行冲击，该装置采用三根可折叠支腿套在一个圆筒上，冲击头在圆筒内自由落体，可以通过调整冲击头的质量和安装的初始高度计算作用在复合材料试验件上的冲击能量，并预制出相应的损伤；另一种是依靠弹簧带动冲击头进行冲击，弹簧压缩到一定程度后释放弹簧，将弹簧的弹性力转化为冲击头的动能，并在复合材料试验件上预制出相应的损伤。

现有的自由落体式的损伤预制装置，为了获得足够的能量，结构尺寸大，不方便携带；由于其采用自由落体式，仅能沿竖直方向制造损伤，无法在其他方向上进行冲击，冲击头进行冲击后会有回弹的发生；且该类装置仅能对零件状态的结构进行冲击，不能对处于组合安装状态的结构进行冲击，因此，冲击损伤的效果与实际冲击存在偏差。而对于弹簧式的损伤预制装置，由于要获得足够的速度，一般外筒尺寸较长，超过复合材料机翼下壁板人孔的长轴尺寸，不能对人孔边缘进行垂直冲击，对其他较小结构的冲击预制也较为困难；且由于压缩弹簧需要配置一定的配套设备，使弹簧式的预制损伤结构难以在机翼内部使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种冲击损伤预制装置，以降低冲击损伤预制装置的尺寸，提高装置使用的灵活性，同时能对较小区域的结构进行冲击损伤预制。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种冲击损伤预制装置，包括冲击头，还包括：

冲击腔，用于容纳所述冲击头；

气动腔，与所述冲击腔通过阀门组件选择地连通，用于在连通时气动冲击所述冲击头，所述阀门组件包括挡板和第一弹性元件，所述挡板用于密封所述气动腔的出口，所述第一弹性元件用于向所述挡板施加密封所述出口的第一预设弹性力；

致动组件，所述致动组件包括扳机，挡块，第二弹性元件和撞杆，所述挡块固定设置于所述撞杆上，所述扳机选择性地卡止所述挡块，所述第二弹性元件用于向所述撞杆施加顶推所述挡板的第二预设弹性力，所述第二预设弹性力大于所述第一预设弹性力。

进一步地，所述气动腔还包括设置于其入口的进气阀，所述进气阀连接于气源。

进一步地，所述阀门组件设置于所述气动腔内，所述挡板抵靠所述出口的内端。

进一步地，所述撞杆包括连接套和推杆，所述连接套内设置有所述第二弹性元件，所述推杆设置于所述连接套与所述挡板之间。

进一步地，所述致动组件还包括拉杆，所述拉杆一端连接有第三弹性元件，所述拉杆的一侧设置有驱动块，所述驱动块选择性地驱动所述连接套以压缩所述第二弹性元件。

进一步地，所述拉杆和所述冲击腔共线，所述拉杆和所述冲击腔之间设置有第一隔板；所述气动腔和所述第二弹性元件共线且分别位于所述拉杆和所述冲击腔下方，所述第二弹性元件和所述气动腔之间设置有第二隔板。

进一步地，所述冲击腔的出口设置有测速装置。

进一步地，所述冲击腔内设置有定位板。

进一步地，所述冲击头靠近所述定位板的一端沿周向对称设置有两个凸起，两个所述凸起分别固定连接有系留绳的一端，所述系留绳的另一端连接于所述定位板。

进一步地，所述冲击腔包括相互连通的圆柱主腔和两个侧腔，所述两个侧腔与所述凸起配合，且所述两个侧腔沿所述圆柱主腔的周向对称设置。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的冲击损伤预制装置，通过采用气动压力推动冲击头，可以减小冲击损伤预制装置的体积，使装置的使用较为灵活，并能对较小区域的结构进行冲击损伤预制；通过设置阀门组件选择性地控制冲击腔和气动腔的连通，并设置第一弹性元件和第二弹性元件控制阀门组件的开启或关闭，使冲击腔和气动腔的连通更具自动性，且能避免气源过多地进入冲击腔中，造成浪费；通过设置致动组件，可使冲击损伤预制装置的操作更具操作性，操作灵活方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的冲击损伤预制装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的冲击头的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的冲击腔的横截面示意图。

图中标记如下：

11-冲击腔；111-圆柱主腔；112-侧腔；12-气动腔；121-支撑板；122-进气阀；13-第一隔板；14-第二隔板；15-定位板；16-枪把；

2-冲击头；21-凸起；22-系留绳；

3-阀门组件；31-挡板；32-第一弹性元件；33-套杆；

41-第二弹性元件；42-挡块；43-撞杆；431-连接套；432-推杆；44-扳机；441-限位摇臂；442-扳手；443-第四弹性元件；45-拉杆；451-驱动块；452-第三弹性元件；

5-测速装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的冲击损伤预制装置的结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例提供的冲击损伤预制装置整体为枪体结构，枪体内设置有冲击腔11、气动腔12、阀门组件3、致动组件及设置于冲击腔11中的冲击头2。冲击腔11通过阀门组件3选择性地与气动腔12相连，从而使当冲击腔11与气动腔12连通时，连接于气动腔12的高压气源(未画出)中的压缩气体能够进入冲击腔11中，使冲击头2以一定的能量冲出枪体，并作用于损伤预制件。本实用新型实施例提供的冲击损伤预制装置，依靠高压气源推动冲击头2，使冲击头2具备一定的冲击动能，用于对复合材料进行低能量冲击损伤预制。其整体采用枪体外形，方便携带和手动操作，操作灵活方便，且枪体尺寸较小，不仅可以实现对复合材料机翼下壁板人孔和翼梁倒角区的冲击损伤预制，也可以对翼盒内部其他区域进行冲击，为复合材料结构性能试验验证创造有利条件。

具体地，如图1所示，枪体上并排设置有第一枪管、第二枪管和枪把16。第一枪管内设置有冲击腔11，冲击腔11的一端放置有冲击头2，另一端连通枪体外部，冲击头2在气源压力的作用下，从冲击腔11内击出作用于预制损伤件上。冲击腔11放置冲击头2的一端设置定位板15，用于对冲击头2进行放置定位，并防止冲击头2掉入枪体内部其他位置。定位板15可以为具有开孔的板状结构，也可以为沿冲击腔11周向设置的两个或多个板条结构，本实施例不对定位板15的具体结构进行限制。第一枪管上于冲击头2放置的位置处开设有用于将冲击头2放入冲击腔11的开口，枪体于开口处连接有滑盖(未画出)，通过滑盖的滑动，可以开启或封闭开口，以放入冲击头2并防止冲击头2掉出冲击腔11外。

第一枪管于靠近冲击腔11出口端设置有测速装置5，用于检测记录冲击头2冲击的速度，从而计算冲击头2冲击损伤预制件的能量。测速装置5可以为速度传感器、红外测速仪等。

第二枪管内设置有气动腔12，气动腔12的进气口通过进气阀122连接于气源，并通过进气阀122调节进入气动腔12中的气体流量和速度，从而控制冲击头2击出的速度。气动腔12的出气口通过阀门组件3选择性地与冲击腔11连通，阀门组件3包括设置于气动腔12内的挡板31和第一弹性元件32。

气动腔12的出气口设置有带出气孔的出气挡门，挡板31朝向出气挡门的面积大于出气孔的面积，用于封闭或开启气动腔12出气口。气动腔12中部设置开设有带通气孔的支撑板121，第一弹性元件32一端固定连接于挡板31，另一端固定连接于支撑板121，用于向挡板31施加弹性力：当挡板31抵接出气挡门时，向挡板31施加第一预设弹性力，且第一预设弹性力为压缩弹性力，使挡板31紧密接触于出气挡门，从而对冲击腔11和气动腔12进行隔断；当挡板31与出气挡门分离时，向挡板31施加朝向出气挡门的压缩弹性力，使挡板31自动复位，再次封闭冲击腔11和气动腔12。

第一弹性元件32可以为弹簧，且当第一弹性元件32设为弹簧时，弹簧套设于套杆33上，套杆33一端连接于挡板31，另一端可在挡板31的带动下穿过支撑板121上的通气孔。

致动组件用于使挡板31运动，以使冲击腔11与气动腔12连通。致动组件包括第二弹性元件41、挡块42、撞杆43、扳机44及拉杆45。拉杆45可以带动第二弹性元件41压缩，挡块42设置在撞杆43上，当第二弹性元件41压缩到一定程度后，扳机44能通过抵接挡块42卡止第二弹性元件41，避免第二弹性元件41随意复位；当驱动扳机44对第二弹性元件41解卡止时，第二弹性元件41带动撞杆43以第二预设弹性力作用于挡板31，且第二预设弹性力大于第一预设弹性力，使挡板31克服第一预设弹性力朝远离出气挡门的方向运动，从而实现冲击腔11和气动腔12的连通。

具体地，第二弹性元件41和撞杆43设置在第二枪管靠近气动腔12出气口的一侧。撞杆43包括相对且分离设置的连接套431和推杆432，连接套431固定连接于第二弹性元件43靠近撞杆43的一端，且开口朝向第二弹性元件43，挡块42设置在连接套431朝向扳机44的一侧。推杆432一端朝向连接套431，另一端固定连接于挡板31。当挡板31封闭冲击腔11和气动腔12时，连接套431刚好与推杆432抵接，或分离一定距离；当第二弹性元件41由压缩状态复位时，第二弹性元件41带动连接套431与推杆432接触，并撞击推杆432，使推杆432带动挡板31运动。

撞杆43也可以是固定连接于第二弹性元件41的一体式结构，第二弹性元件带动撞杆43直接撞击挡板31，使冲击腔11和气动腔12连通。

当第二弹性元件41的弹性力作用于撞杆43，撞杆43带动挡板31朝远离气动腔12出气口的方向运动，气动腔12出气口开启，气动腔12与冲击腔11连通，气动腔12内的气体流入冲击腔11中，作用于冲击头2。同时，挡板31带动第一弹性元件32压缩，挡板32受到逐渐增大的、朝向出气口的压缩弹性力，挡板31运动减速，当第一弹性元件32压缩到一定程度后，挡板31在第一弹性元件32恢复力的作用下，朝靠近出气挡门的方向运动，直至抵接出气挡门，使气动腔12的出口封闭。

为避免气源中气体从气动腔12流入第二弹性元件43处而影响气体冲击冲击头2的作用，气动腔12与第二弹性元件43间设置有第二隔板14，第二隔板14上开设有与推杆31配合的穿接孔。

拉杆45位于第一枪管内远离冲击腔11出口的一侧，且拉杆45与冲击腔11之间设置有第一隔板13。拉杆45位于第二弹性元件41的一侧，且靠近第二弹性元件41的一侧凸设有驱动块451，连接套431于朝向拉杆45的一侧延伸有抵接板，驱动块451能与抵接板接触，从而当拉杆45沿远离冲击头2的方向拉动时，能带动第二弹性元件41压缩。拉杆45靠近冲击头2的一端连接有第三弹性元件452，第三弹性元件452的另一端固定连接于第一隔板13。当拉动拉杆45时，第三弹性元件452拉伸；释放拉杆45时，拉杆45在第三弹性元件452的作用下自动复位。

扳机44设置于第二弹性元件43远离拉杆45的一侧，包括限位摇臂441、扳手442和第四弹性元件443。限位摇臂441的中间部分转动连接于枪把16上，且一端能与挡块42接触，另一端能由扳手442带动转动。其中，扳手442转动连接于枪把16上，且朝向限位摇臂441的一侧具有弧形开口，其转动连接点位于弧形开口的一侧。限位摇臂441远离第二弹性元件41的一端位于弧形开口内，且与扳手442抵接，当扳手442绕其转动连接点转动时，弧形开口的朝向改变，并带动限位摇臂441转动，从而能使限位摇臂441与挡块42抵接或分离。扳手442远离限位摇臂441的一侧设置有弧形把手，用于方便人为扳动扳手442。为使扳手442能扳动后自动复位，弧形把手靠近扳手442转动连接点的一侧连接有第四弹性元件443，第四弹性元件443的另一端固定连接于枪体上。

当冲击损伤预制装置处于初始状态时，冲击头2放置在冲击腔11内，进气阀122关闭，第二弹性元件41、第三弹性元件452和第四弹性元件443处于自然伸长状态，第一弹性元件32处于压缩状态，挡板31与出气挡门紧密接触，气动腔12与冲击腔11隔断，限位摇臂441靠近第二弹性元件41的一端位于挡块42远离推杆432的一侧；沿远离冲击头2的方向拉动拉杆45，第三弹性元件452拉伸，拉杆45的驱动块451与连接套431接触，拉杆45带动第二弹性元件41压缩，挡块42与限位摇臂441接触，使限位摇臂441逆时针转动，限位摇臂441带动扳手442顺时针转动，第四弹性元件443拉伸；拉杆42拉动到位，挡块42越过限位摇臂441的一端，限位摇臂441在第四弹性元件443的弹性力作用下顺时针转动，使限位摇臂441位于挡块42朝向推杆432的一侧；释放拉杆45，第三弹性元件452带动拉杆45复位，第二弹性元件41在弹性力的作用下回复一定距离，使限位摇臂441抵接于挡块42靠近推杆432的一侧，此时，第二弹性元件41被限位摇臂441卡住，无法进一步复位；打开进气阀122，高压气体从气源流入气动腔12；扳动扳手442，使扳手442顺时针转动，带动限位摇臂441逆时针运动，使限位摇臂441与第二弹性元件41分离；第二弹性元件41在弹性力的作用下朝推杆432的方向运动，与推杆432接触后，带动推杆432运动，使挡板31与出气挡门分离，气动腔12与冲击腔11连通，高压气体从气动腔12进去冲击腔11，并推动冲击头2冲出；第一弹性元件32进一步压缩，挡板31在第一弹性元件32的压缩力的作用下向反方向运动，直至挡板31与出气挡门接触，气动腔12与冲击腔11隔断；关闭进气阀122和气源。

在本实施例中，第一弹性元件32、第二弹性元件41、第三弹性元件452和第四弹性元件443均为弹簧，但也可为其他元件能弹性伸缩的元件。

图2为本实用新型实施例提供的冲击头的结构示意图，如图2所示，冲击头2整体为圆柱形结构，且朝向枪口的一端端面为圆球面，用于减小冲击时的空气阻力；为防止冲击头2冲出枪体后乱窜，影响冲击头2的回收，冲击头2的尾端沿周向对称设置有两个凸起21，凸起21上设置有系留绳22，系留绳22的另一端固定连接于第一枪管的内壁。

图3为本实用新型实施例提供的冲击腔11的横截面示意图，如图3所示，冲击腔11包括圆柱主腔111和两个侧腔112，两个侧腔112沿圆柱主腔111的周向对称设置，且与圆柱主腔111连通；其中，圆柱主腔111与冲击头2的圆柱状外形相配，两个侧腔112的位置与形状与冲击头2上的凸起21的形状相配。

本实用新型实施例还提供了一种冲击损伤预制方法，应用于上述冲击损伤预制装置，本实用新型实施例提供的冲击损伤预制方法包括如下步骤：

步骤1：关闭进气阀122，将冲击头2放入冲击腔11；

步骤2：拉动拉杆45，使第二弹性元件41朝远离推杆432的方向运动，同时第二弹性元件41抵压限位摇臂441，使限位摇臂441逆时针转动；

步骤3：拉杆45拉动到位后，释放拉杆45，拉杆45在第三弹性元件452的回复力作用下复位，第二弹性元件41被限位摇臂441卡住；

步骤4：打开进气阀122；

步骤5：扣动扳手442，使限位摇臂441逆时针转动，第二弹性元件41与限位摇臂441分离；

步骤6：第二弹性元件41碰撞推杆432，推杆432朝远离第二弹性元件41的方向移动，挡板31与出气挡门分离，气动腔12与冲击腔11连通；

步骤7：高压气体由气动腔12进入冲击腔11，冲击头2击出，测速装置5测量冲击头2出口速度；

步骤8：挡板31在第一弹性元件32的作用下朝第二弹性元件41的方向运动，挡板31与出气挡门抵接，气动腔12与冲击腔11隔断；

步骤9：关闭进气阀122和气源。

本实用新型实施例提供的冲击损伤预制装置和冲击损伤预制方法，通过采用高压气源推动冲击头2，通过调控进气阀122，可以控制气源的出气压力和流量，从而控制冲击头2冲出的动量；由于采用气动能量，装置体积较小，使用较为灵活；整体上采用枪体结构，结构紧凑，携带和使用方便；通过设置阀门组件和致动组件，使气动腔12与冲击腔11的连通更具自动性，避免气源过多地进去腔体内腔，造成浪费；通过设置拉杆、限位摇臂和扳机，使装置的操作简单方便，易于控制。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种冲击损伤预制装置，包括冲击头(2)，其特征在于，还包括：

冲击腔(11)，用于容纳所述冲击头(2)；

气动腔(12)，与所述冲击腔(11)通过阀门组件(3)选择性地连通，用于在连通时气动冲击所述冲击头(2)，所述阀门组件(3)包括挡板(31)和第一弹性元件(32)，所述挡板(31)用于密封所述气动腔(12)的出口，所述第一弹性元件(32)用于向所述挡板(31)施加密封所述出口的第一预设弹性力；

致动组件，所述致动组件包括扳机(44)，挡块(42)，第二弹性元件(41)和撞杆(43)，所述挡块(42)固定设置于所述撞杆(43)上，所述扳机(44)选择性地卡止所述挡块(42)，所述第二弹性元件(41)用于向所述撞杆(43)施加顶推所述挡板(31)的第二预设弹性力，所述第二预设弹性力大于所述第一预设弹性力。

2.根据权利要求1所述的冲击损伤预制装置，其特征在于，所述气动腔(12)还包括设置于其入口的进气阀(122)，所述进气阀(122)连接于气源。

3.根据权利要求1所述的冲击损伤预制装置，其特征在于，所述阀门组件(3)设置于所述气动腔(12)内，所述挡板(31)抵靠所述出口的内端。

4.根据权利要求3所述的冲击损伤预制装置，其特征在于，所述撞杆(43)包括连接套(431)和推杆(432)，所述连接套(431)内设置有所述第二弹性元件(41)，所述推杆(432)设置于所述连接套(431)与所述挡板(31)之间。

5.根据权利要求4所述的冲击损伤预制装置，其特征在于，所述致动组件还包括拉杆(45)，所述拉杆(45)一端连接有第三弹性元件(452)，所述拉杆(45)的一侧设置有驱动块(451)，所述驱动块(451)选择性地驱动所述连接套(431)以压缩所述第二弹性元件(41)。

6.根据权利要求5所述的冲击损伤预制装置，其特征在于，所述拉杆(45)和所述冲击腔(11)共线，所述拉杆(45)和所述冲击腔(11)之间设置有第一隔板(13)；

所述气动腔(12)和所述第二弹性元件(41)共线且分别位于所述拉杆(45)和所述冲击腔(11)下方，所述第二弹性元件(41)和所述气动腔(12)之间设置有第二隔板(14)。

7.根据权利要求1所述的冲击损伤预制装置，其特征在于，所述冲击腔的出口设置有测速装置(5)。

8.根据权利要求1所述的冲击损伤预制装置，其特征在于，所述冲击腔(11)内设置有定位板(15)。

9.根据权利要求8所述的冲击损伤预制装置，其特征在于，所述冲击头(2)靠近所述定位板(15)的一端沿周向对称设置有两个凸起(21)，两个所述凸起(21)分别固定连接有系留绳(22)的一端，所述系留绳(22)的另一端连接于所述定位板(15)。

10.根据权利要求9所述的冲击损伤预制装置，其特征在于，所述冲击腔(11)包括相互连通的圆柱主腔(111)和两个侧腔(112)，所述两个侧腔(112)与所述凸起(21)配合，且所述两个侧腔(112)沿所述圆柱主腔(111)的周向对称设置。