[發明專利]一種高可靠性飛行器離心試驗系統及試驗方法

有效

• 申請號: 201110319162.8
• 申請日: 2011-10-19
• 公開（公告）號: CN103063453A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 嚴魯濤;張琪;丁洋;楊志鵬
• 申請（專利權）人: 北京強度環境研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術領域

本發明屬于飛行器的離心試驗技術領域，具體涉及一種高可靠性飛行器離心試驗系統及試驗方法。

背景技術

離心試驗使用離心機提供高加速度環境，研究試件在離心環境下的結構性能及可靠性。該技術已廣泛應用于航空航天、電子、土木工程等領域。我國也有相關規定，需要對飛機、直升飛機、導彈等性能要求較高的產品進行模擬加速度環境試驗。隨著科學技術的發展，離心試驗技術也將應用到綜合環境試驗、熔體鑄造、生物技術等方面。

對于各類飛行器的離心試驗系統，由于試件及試驗系統成本高，要求試驗過程具有良好的可靠性。為模擬飛行器的飛行姿態，試驗艙在安裝時多取一定偏角。從力學角度出發，按離心力平均分布，離心試驗前通常將試驗艙系統模塊重心調整至機臂與試驗艙連接部中心處。出于安全性考慮，試驗艙與機臂一般為固定連接，試驗過程中無法主動調整試驗艙偏角。然而，當前的航空航天類離心試驗方法沒有考慮的是，當試驗艙存在安裝偏角后，在離心場作用下，位于機臂上下部分的試驗艙及試件離心力不一致。該問題直接導致試驗艙系統模塊重心偏移，引起機臂與試驗艙連接部受力變化。更為嚴重時，機臂與試驗艙連接部受力過大，可能導致連接失效，產生重大安全隱患。

發明內容

本發明針對現有飛行器設備使用的離心試驗系統的安全隱患問題，提供一種高可靠性飛行器離心試驗系統及試驗方法，該系統結構簡單，性能穩定，試驗方法安全性高，可靠性強，可用于各類飛行器的綜合離心試驗。

實現本發明目的的技術方案：一種高可靠性飛行器離心試驗系統，它包括試驗艙系統模塊、離心機系統模塊、控制系統模塊、安全計算模塊及測試模塊，試驗艙系統模塊與離心機系統模塊的一端連接，離心機系統模塊的另一端與控制系統模塊的一端連接，控制系統模塊的另一端與測試模塊的一端連接，測試模塊的另一端與安全計算模塊連接；控制系統模塊控制離心機系統模塊實現既定參數，從而使離心機系統模塊驅動試驗艙系統模塊工作；安全計算模塊用于判斷試驗的安全性，當出現安全問題時，通過控制系統模塊控制試驗過程；測試模塊實時監測試驗進程。

所述的試驗艙系統模塊包括上配重艙段、上過渡艙段、上中間艙段、下中間艙段、下過渡艙段、下配重艙段、機臂與試驗艙連接部，上配重艙段位于上過渡艙段頂部，上過渡艙段置于上中間艙段頂端，上中間艙段位于下中間艙段頂端，機臂與試驗艙連接部位于上中間艙段與下中間艙段連接處中部，下中間艙段位于下過渡艙段頂端；下配重艙段置于下過渡艙段底部。

所述的離心機系統模塊包括機臂、轉軸、動平衡配重、減速器、聯軸器、電動機，電動機的輸出端與聯軸器相連，電動機的另一端與控制系統模塊相連；聯軸器的另一端與減速器相連；減速器的輸出端與轉軸相連；轉軸與機臂相連；動平衡配重與試驗艙系統模塊分別位于機臂兩端，機臂與轉軸連接。

所述的離心機系統模塊的機臂與機臂與試驗艙連接部之間連接。

一種高可靠性飛行器離心試驗方法，其特征在于：它包括以下步驟：

(1)控制系統模塊控制離心機系統模塊實現既定參數，從而使離心機系統模塊按照既定參數驅動試驗艙系統模塊工作；

(2)安全計算模塊將試驗艙系統模塊各艙段參數進行微元化處理，并對各艙段微元所受離心力以及對機臂與試驗艙連接部的力矩進行積分處理，得到各艙段所受離心力以及聯接部的力矩；

(3)安全計算模塊將上述步驟(3)中的積分后的各艙段所受離心力和連接部的力矩求代數和，得到機臂與試驗艙連接部的扭轉角度及所受的剪力和扭轉應力；

(4)安全計算模塊將上述步驟(4)中得到的連接部所受的剪力、扭轉應力求和，得到機臂與試驗艙連接部所受的最大應力；

(5)安全計算模塊對機臂與試驗艙連接部中心軸取轉矩及各向力平衡，得到試驗艙系統模塊的重心偏移量；

(6)通過安全計算模塊對比機臂與試驗艙連接部所受載荷與其材料的許用載荷和扭轉剛度，以及對比扭轉角度與其材料的扭轉剛度k，判斷試驗的安全性；

(7)依據試驗艙系統模塊的重心偏移量；，使用上配重艙段及下配重艙段調整試驗艙系統模塊重心，使其抵消計算所得的重心偏移。

所述的步驟(2)中的離心試驗艙的各艙段參數包括試驗艙系統模塊參數、上配重艙段參數、上過渡艙段參數、上中間艙段參數、下中間艙段參數、下過渡艙段參數、下配重艙段參數、機臂與試驗艙連接部參數。

所述的機臂與試驗艙連接部參數包括連接部直徑、連接部長度、連接部材料參數。

所述的機臂與試驗艙連接部材料參數包括：材料彈性模量、泊松比、許用應力、扭轉剛度。