[發(fā)明專利]模擬彈丸多角度沖擊飛機燃油箱的實驗裝置及實驗方法

有效

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• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN113492998B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發(fā)明（設計）人: 裴揚;駱亮;宋筆鋒;艾俊強;任云松;張寧;尚柏林;李軍;葛玉雪;李鵬飛
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學;中國航空工業(yè)集團公司西安飛機設計研究所;中國航空工業(yè)集團公司成都飛機設計研究所
• 主分類號: B64F5/60
• 分類號: B64F5/60;G01M7/08
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

1.一種模擬彈丸多角度沖擊飛機燃油箱的實驗裝置，其特征在于，包括箱體、靶板、出油口閥門、安全泄壓罩、壓力傳感器、溫度傳感器、氣體濃度測試儀和恒溫加熱臺；其中，所述靶板包括第一靶板、第二靶板、第三靶板、第四靶板和第五靶板；所述箱體安放在恒溫加熱臺的上表面；所述第一靶板和第二靶板分別安裝在該箱體前壁板外表面上；第三靶板、第四靶板和第五靶板分別安裝在該箱體的后壁板外表面上；所述安全泄壓罩安裝在該箱體上表面的幾何中心處；在該箱體一端壁板的下部有出油口；在出油口上安裝有出油口閥門；通過所述壓力傳感器、溫度傳感器和氣體濃度測試儀實時記錄實驗油箱內(nèi)部的溫度、壓力變化數(shù)據(jù)和氣體濃度值。

2.如權利要求1所述模擬彈丸多角度沖擊飛機燃油箱的實驗裝置，其特征在于，在所述箱體前壁板與箱體后壁板上分別有靶板安裝孔；在各所述靶板安裝孔上分別固定有套筒；所述第一靶板、第二靶板、第三靶板、第四靶板和第五靶板分別套裝在各套筒上。

3.如權利要求1所述模擬彈丸多角度沖擊飛機燃油箱的實驗裝置，其特征在于，各所述靶板安裝孔的中心位于箱體高度的300mm～400mm處，并使各靶板安裝孔的下邊緣在油箱內(nèi)油液表面之上，避免油液從各靶板安裝孔中泄漏。

4.如權利要求1所述模擬彈丸多角度沖擊飛機燃油箱的實驗裝置，其特征在于，安裝所述各靶板時均使各靶板的幾何中心與所在靶板安裝孔的中心重合；分別位于箱體前壁板上的第一靶板的安裝孔與位于箱體后壁板上的第三靶板的安裝孔同心。

5.如權利要求1所述模擬彈丸多角度沖擊飛機燃油箱的實驗裝置，其特征在于，所述第一靶板與第二靶板之間的距離等于箱體寬度；第三靶板與第四靶板之間的中心距等于箱體寬度的倍；第三靶板與第五靶板的中心距等于箱體寬度的倍。

6.如權利要求2所述模擬彈丸多角度沖擊飛機燃油箱的實驗裝置，其特征在于，所述套筒兩端分別有端板，該套筒一端的端板固定在所述箱體上，并且在箱體表面與該端板表面之間有密封橡膠墊片；所述靶板通過連接螺栓固定在該套筒另一端端板的外表面，并且在靶板內(nèi)表面與該端板表面之間有密封橡膠墊片。

7.如權利要求1所述模擬彈丸多角度沖擊飛機燃油箱的實驗裝置，其特征在于，各所述靶板采用鋁合金或鎂鋁合金或復合材料或不銹鋼制成；該靶板的厚度模擬油箱的厚度，根據(jù)油箱的不同材質(zhì)為1.5～5.0mm；

所述安全泄壓罩采用厚度為1～3mm的橡膠片制成，該安全泄壓罩的下端套裝并固定在套筒，該套筒固定在箱體上蓋幾何中心的通孔上。

8.一種利用權利要求1所述模擬彈丸多角度沖擊飛機燃油箱的實驗方法，其特征在于，具體過程是：

步驟1，確定靶板的材料與厚度：

確定靶板的材料；確定的靶板材料與飛機燃油箱的材料相同；

確定靶板的厚度：通過公式(1)計算靶板厚度h_ci：

式中:h_ci為靶板厚度；σ_bi為飛機燃油箱材料的極限強度；σ_bci為靶板材料的極限強度；ρ_i為飛機燃油箱材料密度；ρ_ci為靶板材料的密度；h為飛機燃油箱材料的厚度；

步驟2，確定各實驗對照組中燃油箱的加油量：

根據(jù)作戰(zhàn)飛機的不同任務剖面，設置4個實驗對照組，分別為第一實驗對照組、第二實驗對照組、第三實驗對照組和第四實驗對照組；所確定的各實驗對照組中燃油箱的加油量依次分別為10％、20％、30％和40％；所述燃油加入量的單位為體積分數(shù)；

步驟3，第一實驗對照組的實驗；

所述第一實驗對照組的實驗包括0°沖擊實驗、30°沖擊實驗、60°沖擊實驗和45°沖擊實驗；

Ⅰ0°沖擊實驗；

所述0°沖擊實驗中包括500m/s彈丸速度、600m/s彈丸速度、800m/s彈丸速度和1000m/s彈丸速度四種速度的沖擊實驗；

ⅰ500m/s彈丸速度沖擊實驗；

根據(jù)步驟2中確定的第一實驗對照組的燃油加入量，向箱體內(nèi)加入燃油；加油后安裝并固定所述安全泄壓罩；

加熱燃油；將箱體內(nèi)的燃油加熱至50℃并保持5～10min，同時測試燃油蒸氣濃度；

發(fā)射彈丸進行實驗；具體是：

以所述第一靶板為射入靶，以第三靶板為射出靶；調(diào)整彈道槍射擊角度，使射擊線與所述第一靶板的幾何中心線重合，形成0°射擊角，使發(fā)射的彈丸從第一靶板靶心射入，從第三靶板靶心射出；設定發(fā)射的彈丸速度為500m/s；發(fā)射彈丸；觀測彈丸從第一靶板靶心射入從第三靶板靶心射出后燃油箱是否被引燃或引爆，并記錄相關數(shù)據(jù)；

完成500m/s彈丸速度的沖擊實驗；

ⅱ600m/s彈丸速度沖擊實驗；

調(diào)整射擊速度為600m/s；重復所述500m/s彈丸速度的沖擊實驗的過程，完成600m/s彈丸速度的沖擊實驗；

ⅲ800m/s彈丸速度沖擊實驗；

調(diào)整射擊速度為800m/s；重復所述500m/s彈丸速度的沖擊實驗的過程，完成800m/s彈丸速度的沖擊實驗；

ⅳ1000m/s彈丸速度沖擊實驗；

調(diào)整射擊速度為1000m/s；重復所述500m/s彈丸速度的沖擊實驗的過程，完成1000m/s彈丸速度的沖擊實驗；

至此完成0°沖擊實驗；將燃油箱內(nèi)燃油排出并向該燃油箱內(nèi)通入空氣以排出廢氣；Ⅱ30°沖擊實驗；

所述30°沖擊實驗中包括500m/s彈丸速度、600m/s彈丸速度、800m/s彈丸速度和1000m/s彈丸速度四種速度的沖擊實驗；

根據(jù)步驟2中確定的第一實驗對照組的燃油加入量，向箱體內(nèi)加入燃油并安裝安全泄壓罩；

加熱燃油；將箱體內(nèi)的燃油加熱至50℃并保持5～10min，同時測試燃油蒸氣濃度；發(fā)射彈丸進行實驗；具體過程是：

以所述第一靶板為射入靶，以第四靶板為射出靶；調(diào)整彈道槍射擊角度，使射擊線過所述第一靶板的幾何中心和第四靶板的幾何中心，形成30°射擊角，使發(fā)射的彈丸從第一靶板靶心射入，從第四靶板靶心射出；

發(fā)射彈丸；依次重復所述0°沖擊實驗中記載的500m/s、600m/s、800m/s和1000m/s彈丸速度四種速度的沖擊實驗的過程，分別完成在所述各速度下的沖擊實驗；

分別觀測各速度下的沖擊實驗中彈丸從第一靶板靶心射入從第四靶板靶心射出后燃油箱是否被引燃或引爆，并記錄相關數(shù)據(jù)；

完成30°沖擊實驗；將燃油箱內(nèi)燃油排出并將對該燃油箱內(nèi)通氣洗氣；

Ⅲ60°沖擊實驗；

所述60°沖擊實驗中包括500m/s彈丸速度、600m/s彈丸速度、800m/s彈丸速度和1000m/s彈丸速度四種速度的沖擊實驗；

根據(jù)步驟2中確定的第一實驗對照組的燃油加入量，向箱體內(nèi)加入燃油并安裝安全泄壓罩；

加熱燃油；將箱體內(nèi)的燃油加熱至50℃并保持5～10min，同時測試燃油蒸氣濃度；發(fā)射彈丸進行實驗；具體過程是：

以所述第一靶板為射入靶，以第五靶板為射出靶；調(diào)整彈道槍射擊角度，使射擊線過所述第一靶板的幾何中心和第五靶板的幾何中心，形成60°射擊角，使發(fā)射的彈丸從第一靶板靶心射入，從第五靶板靶心射出；

發(fā)射彈丸；依次重復所述0°沖擊實驗中記載的500m/s、600m/s、800m/s和1000m/s彈丸速度四種速度的沖擊實驗的過程，分別完成在所述各速度下的沖擊實驗；

分別觀測各速度下的沖擊實驗中彈丸從第一靶板靶心射入從第五靶板靶心射出后燃油箱是否被引燃或引爆，并記錄相關數(shù)據(jù)；

完成60°沖擊實驗；將燃油箱內(nèi)燃油排出并將對該燃油箱內(nèi)通氣洗氣；

Ⅳ45°沖擊實驗；

轉動箱體180°，使所述箱體的箱體后壁板面對彈道槍；

所述45°沖擊實驗中包括500m/s彈丸速度、600m/s彈丸速度、800m/s彈丸速度和1000m/s彈丸速度四種速度的沖擊實驗；

根據(jù)步驟2中確定的第一實驗對照組的燃油加入量，向箱體內(nèi)加入燃油并安裝安全泄壓罩；

加熱燃油；將箱體內(nèi)的燃油加熱至50℃并保持5～10min，同時測試燃油蒸氣濃度；發(fā)射彈丸進行實驗；具體過程是：

以所述第三靶板為射入靶，以第二靶板為射出靶；調(diào)整彈道槍射擊角度，使射擊線過所述第三靶板的幾何中心和第二靶板的幾何中心，形成45°射擊角，使發(fā)射的彈丸從第三靶板靶心射入，從第二靶板靶心射出；

發(fā)射彈丸；依次重復所述0°沖擊實驗中記載的500m/s、600m/s、800m/s和1000m/s彈丸速度四種速度的沖擊實驗的過程，分別完成在所述各速度下的沖擊實驗；

分別觀測各速度下的沖擊實驗中彈丸從第三靶板靶心射入從第二靶板靶心射出后燃油箱是否被引燃或引爆，并記錄相關數(shù)據(jù)；

完成45°沖擊實驗；將燃油箱內(nèi)燃油排出并將對該燃油箱內(nèi)通氣洗氣；

步驟4，第二實驗對照組的實驗；

所述第二實驗對照組的實驗中，燃油箱的加油量為20％；所述燃油加入量的單位為體積分數(shù)；

轉動箱體180°，使所述箱體的箱體前壁板面對彈道槍；

所述第二實驗對照組的實驗包括0°沖擊實驗、30°沖擊實驗、60°沖擊實驗和45°沖擊實驗；

重復所述第一實驗對照組的實驗過程，依次完成第二實驗對照組的0°沖擊實驗、30°沖擊實驗、60°沖擊實驗；當完成該0°沖擊實驗、30°沖擊實驗和60°沖擊實驗后，轉動箱體180°，使所述箱體的箱體后壁板面對彈道槍；重復所述第一實驗對照組的實驗過程，完成第二實驗對照組的45°沖擊實驗；

步驟5，第三實驗對照組的實驗；

所述第三實驗對照組的實驗中，燃油箱的加油量為30％；所述燃油加入量的單位為體積分數(shù)；

轉動箱體180°，使所述箱體的箱體前壁板面對彈道槍；

重復所述第一實驗對照組的實驗過程，依次完成第三實驗對照組的0°沖擊實驗、30°沖擊實驗、60°沖擊實驗；當完成該0°沖擊實驗、30°沖擊實驗和60°沖擊實驗后，轉動箱體180°，使所述箱體的箱體后壁板面對彈道槍；重復所述第一實驗對照組的實驗過程，完成第三實驗對照組的45°沖擊實驗；

步驟6，第四實驗對照組的實驗；

所述第四實驗對照組的實驗中，燃油箱的加油量為40％；所述燃油加入量的單位為體積分數(shù)；

轉動箱體180°，使所述箱體的箱體前壁板面對彈道槍；

重復所述第一實驗對照組的實驗過程，依次完成第四實驗對照組的0°沖擊實驗、30°沖擊實驗、60°沖擊實驗；當完成該0°沖擊實驗、30°沖擊實驗和60°沖擊實驗后，轉動箱體180°，使所述箱體的箱體后壁板面對彈道槍；重復所述第一實驗對照組的實驗過程，完成第四實驗對照組的45°沖擊實驗；

至此，完成模擬彈丸多角度沖擊飛機燃油箱的實驗。