【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及充气柔性薄膜结构冲击试验测量领域,具体来说是一种充气柔性结构冲击动力学特性的试验测试装置及测试方法,用以研究上述结构的冲击动力学特性和变形特性,并可用于指导和验证上述结构的有限元数值仿真分析。
技术介绍
进入21世纪以来,随着飞艇设计技术和材料技术的飞速发展,平流层飞艇平台得到世界各国的广泛关注和深入研究。平流层飞艇平台与其他飞行器相比,具有其独特的特点:升力主要由静浮力提供,而非空气动升力;由于平流层的大气密度小,飞艇的体积庞大,因而惯量大、时延长。平流层飞艇的蒙皮采用柔性薄膜材料,通过囊体内外压差来保持外形,考虑到超大尺寸带来的材料强度和长期驻空防止氦气的泄露问题,飞艇内外部气压差较小,这就使该类巨型充气柔性体的刚度变小,外形对来流的变化比较敏感。同时,平流层飞艇在降落的时候,会与地面或起降平台发生碰撞,与飞艇相似的大型高空系留气球,在回收过程中或者遭遇突风时也面临与高空系留塔的撞击问题。正是由于以飞艇和高空系留气球为典型代表的充气柔性薄膜结构的内外压强差小,结构刚度低,囊体膜结构抗横向载荷的能力弱,在与起降平台或者系留塔发生撞击时容易造成柔性结构的塌陷、褶皱或者破坏。因此,对充气柔性结构的冲击动力学特性进行研究具有很强的现实意义。目前,国内外学者对于充气柔性结构的冲击动力学特性研究主要集中在数值仿真方面。然而,关于充气柔性薄膜结构冲击动力学特性的试验研究还很有限,很难验证数值仿真研究结果的可信 ...
【技术保护点】
一种充气柔性结构的冲击动力学特性测试装置,其特征在于:包括光电传感测速系统、柔性结构撞击力测量系统、加速度传感系统、充气测压系统、高速摄像记录系统和试验分析用计算机;所述的光电传感测速系统由上下两个光电传感器和相应的传感器支架以及数据导线组成;试验对象自由下落通过上下两个光电传感器,先后遮挡光电传感器发出的两束光线,使两个光电传感器分别产生脉冲电信号,已知两个光电传感器之间的距离,以及脉冲电信号之间的时间差,就可以确定试验对象的撞击瞬间速度;所述的柔性结构撞击力测量系统由测力平台、安装在测力平台四角的四个力传感器和相应的数据导线组成;在试验对象与测力平台发生撞击时,测力平台四角的四个力传感器分别接收到力信号,并将之转化为电信号,传入信号采集分析仪,由信号采集分析仪进行线性合成之后,形成撞击合力时间曲线,并传入试验分析用计算机;所述的加速度传感系统由粘贴在柔性结构表面,并紧挨撞击发生区域上方的加速度传感器和数据线组成;用于测量撞击全过程的加速度时间历程曲线,并将相应的测量结果传入信号采集分析仪;所述的充气测压系统包括气泵、微压计以及软管,其中气泵用于对实验对象进行充气加载,微压计用于测量 ...
【技术特征摘要】
1.一种充气柔性结构的冲击动力学特性测试装置,其特征在于:包括光电传感测速系
统、柔性结构撞击力测量系统、加速度传感系统、充气测压系统、高速摄像记录系统和试验
分析用计算机;
所述的光电传感测速系统由上下两个光电传感器和相应的传感器支架以及数据导线
组成;试验对象自由下落通过上下两个光电传感器,先后遮挡光电传感器发出的两束光线,
使两个光电传感器分别产生脉冲电信号,已知两个光电传感器之间的距离,以及脉冲电信
号之间的时间差,就可以确定试验对象的撞击瞬间速度;
所述的柔性结构撞击力测量系统由测力平台、安装在测力平台四角的四个力传感器和
相应的数据导线组成;在试验对象与测力平台发生撞击时,测力平台四角的四个力传感器
分别接收到力信号,并将之转化为电信号,传入信号采集分析仪,由信号采集分析仪进行线
性合成之后,形成撞击合力时间曲线,并传入试验分析用计算机;
所述的加速度传感系统由粘贴在柔性结构表面,并紧挨撞击发生区域上方的加速度传
感器和数据线组成;用于测量撞击全过程的加速度时间历程曲线,并将相应的测量结果传
入信号采集分析仪;
所述的充气测压系统包括气泵、微压计以及软管,其中气泵用于对实验对象进行充气
加载,微压计用于测量实验对象内部的气压,气泵和实验对象以及微压计与实验对象均由
软管相连接;
所述的高速摄像记录系统由高速摄像机、试验用计算机和专用摄录软件组成,用于记
录撞击发生时,充气柔性结构变形的全过程;
所述的试验用计算机用于集成和控制光电传感测速系统、柔性结构撞击力测量系统、
加速度传感系统和高速摄像记录系统,显示并处理力传感器、光电传感器和加速度传感器
传输来的电信号;将采集到的加速度信号转换为加速度时间历程曲线,将采集到的力信号
进行线性合成进而转化为冲击合力时间曲线,将采集到的光电信号转化为光电脉冲时间曲
线;同时试验用计算机也是信号处理结果的输出显示终端;
所述光电传感测速系统、柔性结构撞击力测量系统、加速度传感系统、高速摄像记录系
统和试验分析用计算机通过数据线连接,充气测压系统和试验对象通过充气软管连接,所
述试验对象为充气柔性薄膜结构。
2.如权利要求1所述的一种充气柔性结构的冲击动力学特性测试装置,其特征在于:光
电传感测速系统应当安装在距离撞击测力平台上方1~2厘米处,两个光电传感器分别安装
在底座上,均保持水平,上下放置在竖直方向并固定,在竖直方向上的距离为5~6厘...
【专利技术属性】
技术研发人员:邱志平,仇翯辰,王晓军,汪俊,王喜鹤,王冲,许孟辉,李云龙,何巍,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,中国航空工业集团公司,中国特种飞行器研究所,
类型:发明
国别省市:北京;11
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