一种全尺寸机身框段垂直坠撞试验系统及方法

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一种全尺寸机身框段垂直坠撞试验系统及方法
申请号	CN202010362984.3	申请日	2020-04-30	公开(公告)号	CN111392064B	公开(公告)日	2023-06-23
申请人	中国飞机强度研究所;			发明人	惠旭龙; 刘小川; 白春玉; 舒挽; 牟让科; 郭军; 张宇;
摘要	本发明属于结构动态冲击力学性能试验技术领域，涉及一种全尺寸机身框段垂直坠撞试验系统及方法。该系统包括：试验框架、提升装置、专用锁机构、测力平台、提升/投放控制系统、机载测试系统、机载传感器控制系统、地面非接触测试系统。本发明可满足各类窄体客机和宽体客机机身段的垂直坠撞试验需求。
权利要求	1.一种全尺寸机身框段垂直坠撞试验系统，其特征在于，包括：试验框架、提升装置、专用锁机构、测力平台、提升/投放控制系统、机载测试系统、机载传感器控制系统、地面非接触测试系统；其中，试验框架顶部安装有提升装置，提升装置通过专用锁机构勾住试验；测力平台安装在试验件的正下方底面，用于实现试验件自由落体撞击，并步触发各个测试系统；机载传感器控制系统通过机载测试系统电连接试验件童击测力平台，以接收试验件的撞击参数；提升/投放控制系统安装在试验框架二，与提升装置电连接，用于控制提升装置提升或投放测试件；机载测试系统口地面非接触测试系统完成试验件的坠撞响应测试；试验件由提升装置提升至预定高度，对准测力平台中心区域，调整完式验件姿态后，通过专用锁机构实现试验件的投放，试验件自由落体撞击到测勺平台上，同步触发各测试系统，通过机载测试系统和地面非接触测试系统完或试验件的坠撞响应测试，试验件完全静止后试验结束；试验框架包括：辅助横梁、两组立柱、地面固定安装板；每组立柱包括至少一节立柱，辅助横梁与第一节立柱的顶端固连，立柱之间固连，最后一节立主通过底面固定安装板与底面固连；辅助横梁的上表面安装有提升装置；专用锁机构包括上挂钩、电磁吸盘、吸持板、限位块、下挂钩、防护钩；其中，上挂钩通过绳索安装在磁吸盘的非吸附面，上挂钩与提升装置连接下挂钩安装在电磁吸盘的非吸附面，下挂钩通过绳索与试验件连接；限位块对电磁进行限位，实现吸持板与电磁吸盘精确配合；吸持板(B3)与电磁吸盘(B2)间的磁力实现试验件的提升；防护钩安装在电磁吸盘的吸附面的非吸附位置，放置连接绳索的限位防止其砸伤试验件。 2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，测力平台包括：台面和密布式并联单向力传感器，向力传感器感应试验件与台面的撞击测试撞击过程中的力响应。 3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，机载测试系统包括航空假人.加速度传感器、应变传感器、高速摄像机，用于测试坠撞过程中假人响应、关建部位的加速度和应变响应以及座椅、假人、机身结构的变形响应。 4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，地面非接触测试系统包括非接触测试系统、全站仪、数据采集系统、实时监控系统；投放前的高度和姿态，数据采集系统用于采集所有的加速度和应变信号，实监控系统用于整个试验过程的影像记录。 5.根据权利要求1‑4任一项所述的系统，其特征在于，机载测试传感器也面测试传感器都由试验件与测力平台的撞击力信号同步触发，设置一定时勺预采集确保采集信号覆盖整个试验过程。
说明书全文	一种全尺寸机身框段垂直坠撞试验系统及方法技术领域 [0001] 本发明属于结构动态冲击力学性能试验技术领域，涉及一种全尺寸机身框段垂直坠撞试验系统及方法。背景技术 [0002] 安全性是飞机设计考虑的关键因素。在飞机运营中因天气、人为、机械故障等原因不可避免会出现应急坠撞事故。在飞机研发过程中需要通过试验方法对机身结构进行抗坠撞测试，以验证飞机的耐撞性能。美国、欧洲、日本等国家都建设有相关的大型试验设施，能够对整机或全尺寸框段开展坠撞试验。 [0003] 飞机坠撞试验中，需要准确控制试验件的提升高度和投放前姿态，确保试验件能垂直坠撞测力平台。在试验过程中需要同步采集结构变形、应变、加速度、假人运动、座椅变形等响应信息。 [0004] 国内在坠撞试验系统研究中也有不少发明，并有多项专利技术，例如：一种通用飞机垂直坠撞试验装置及试验方法(中国专利：CN103645027A)，可移动撞击平台的落震试验装置(中国专利：CN101532903A)，一种无人机滑橇着陆系统落震试验平台(中国专利：CN204043883U)。但这些试验装置和试验方法主要针对通用飞机或起落架系统，试验系统的加载能力和测试方法无法满足大型飞机机身结构坠撞试验的测试需求。发明内容 [0005] 提出一种全尺寸机身框段垂直坠撞试验系统及方法，以满足各类飞机全尺寸机身结构的坠撞试验测试需求。 [0006] 技术解决方案 [0007] 本发明提供一种全尺寸机身框段垂直坠撞试验系统，包括：试验框架、提升装置、专用锁机构、测力平台、提升/投放控制系统、机载测试系统、机载传感器控制系统、地面非接触测试系统； [0008] 其中，试验框架顶部安装有提升装置，提升装置通过专用锁机构勾住试验件；测力平台安装在试验件的正下方底面，用于实现试验件自由落体撞击，并同步触发各个测试系统；机载传感器控制系统通过机载测试系统电连接试验件撞击测力平台，以接收试验件的撞击参数；提升/投放控制系统安装在试验框架上，与提升装置电连接，用于控制提升装置提升或投放测试件；机载测试系统和地面非接触测试系统完成试验件的坠撞响应测试。 [0009] 进一步的，试验框架包括：辅助横梁、两组立柱、地面固定安装板；每组立柱包括至少一节立柱，辅助横梁与第一节立柱的顶端固连，立柱之间固连，最后一节立柱通过底面固定安装板与底面固连；辅助横梁的上表面安装有提升装置。 [0010] 进一步的，专用锁机构包括上挂钩、电磁吸盘、吸持板、限位块、下挂钩、防护钩； [0011] 其中，上挂钩通过绳索安装在磁吸盘的非吸附面，上挂钩与提升装置连接，下挂钩安装在电磁吸盘的非吸附面，下挂钩通过绳索与试验件连接；限位块对电磁进行限位，实现吸持板与电磁吸盘精确配合；吸持板B3与电磁吸盘B2间的磁力实现试验件的提升；防护钩安装在电磁吸盘的吸附面的非吸附位置，放置连接绳索的限位防止其砸伤试验件。 [0012] 进一步的，测力平台包括：台面和密布式并联单向力传感器，向力传感器感应试验件与台面的撞击测试撞击过程中的力响应。 [0013] 进一步的，机载测试系统包括航空假人、加速度传感器、应变传感器、高速摄像机，用于测试坠撞过程中假人响应、关键部位的加速度和应变响应以及座椅、假人、机身结构的变形响应。 [0014] 进一步的，地面非接触测试系统包括非接触测试系统、全站仪、数据采集系统、实时监控系统； [0015] 非接触测试系统用于测试坠撞试验件的结构变形，全站仪用于测试试验件投放前的高度和姿态，数据采集系统用于采集所有的加速度和应变信号，实时监控系统用于整个试验过程的影像记录。 [0016] 进一步的，机载测试传感器和地面测试传感器都由试验件与测力平台的撞击力信号同步触发，设置一定时间的预采集确保采集信号覆盖整个试验过程。 [0017] 本发明提供一种全尺寸机身框段垂直坠撞试验方法，包括： [0018] 采用四点起吊、单点投放方式，试验件由专用提升装置提升至预定高度； [0019] 对准测力平台中心区域，调整完试验件姿态后，通过专用锁机构实现试验件的投放； [0020] 当试验件自由落体撞击到测力平台上时，同步触发各测试系统，通过机载测试系统和地面非接触测试系统完成试验件的坠撞响应测试； [0021] 试验件完全静止后试验结束。 [0022] 本发明的优点 [0023] 本发明充分利用自由落体坠撞冲击试验特点，采用四点起吊、单点投放方式，结合高精度变频提升控制和电磁式吸持/投放技术的优势，集成非接触测试、大尺寸结构撞击力测试、多通道多物理量同步触发与采集等测试方法，给出了一种全尺寸机身框段垂直坠撞试验装置、系统及方法，可满足各类窄体客机和宽体客机机身段的垂直坠撞试验需求，且该试验方法可操作性强、可靠性高，能显著降低坠撞试验风险，具有广阔的应用前景。附图说明 [0024] 图1为全尺寸机身框段垂直坠撞试验系统的示意图； [0025] 图2为试验框架的示意图； [0026] 图3为专用锁机构的示意图。具体实施方式 [0027] 本发明基于自由落体坠落撞击试验原理，提出一种专用的适用于全尺寸机身框段垂直坠撞试验测试的试验系统与试验方法。该试验方法主要采用四点起吊、单点投放方式，试验件由专用提升装置提升至预定高度，对准测力平台中心区域，调整完试验件姿态后，通过专用锁机构实现试验件的投放，试验件自由落体撞击到测力平台上，同步触发各测试系统，通过机载测试系统和地面非接触测试系统完成试验件的坠撞响应测试，试验件完全静止后试验结束。 [0028] 如图1所示，满足该试验方法要求的试验系统包括：试验框架1、提升装置2、专用锁机构3、试验件4、测力平台5、提升/投放控制系统6、机载测试系统7、机载传感器控制系统8、地面非接触测试系统9、全站仪10和实时监控系统11。如图2所示，试验框架包括辅助横梁A1、上立柱A2、下立柱A3、地面固定安装板A4四部分，辅助横梁和上立柱间通过法兰连接，上立柱与下立柱间通过法兰连接，整个试验框架通过地面固定安装板与地基螺栓连接，总高度18.4m；提升装置的额定提升能力为6吨，能够满足窄体客机和宽体客机机身段的坠撞试验需求，通过变频控制实现提升精度为1mm；如图3所示，专用锁机构包括上挂钩B1、电磁吸盘B2、吸持板B3、限位块B4、下挂钩B5、防护钩B6。试验过程中，上挂钩与提升装置连接，下挂钩与试验件连接，通过限位块B4实现吸持板B3与电磁吸盘B2精确配合，通过吸持板B3与电磁吸盘B2间的磁力实现试验件的提升。吸持板投放后，通过与防护钩B6连接绳索的限位防止其砸伤试验件；测力平台主要由台面和密布式并联单向力传感器组成，通过试验件与台面的撞击测试撞击过程中的力响应，测力平台尺寸为6m×4m，能够满足窄体客机和宽体客机机身段的坠撞试验需求；机载测试系统包括航空假人、加速度传感器、应变传感器、高速摄像机，用于测试坠撞过程中假人响应、关键部位的加速度和应变响应以及座椅、假人、机身结构的变形响应；地面非接触测试系统包括非接触测试系统、全站仪、数据采集系统、实时监控系统。非接触测试系统用于测试坠撞试验件的结构变形，全站仪用于测试试验件投放前的高度和姿态，数据采集系统用于采集所有的加速度和应变信号，实时监控系统用于整个试验过程的影像记录。所有机载测试传感器和地面测试传感器都由试验件与测力平台的撞击力信号同步触发，设置一定时间的预采集确保采集信号覆盖整个试验过程。 [0029] 本发明提出了一种全尺寸机身框段垂直坠撞试验装置、系统及方法，基于该试验系统和方法可实现各类窄体客机和宽体客机机身段的垂直坠撞试验测试，且该实验系统可靠性高、可操作性强、能显著降低坠撞试验风险。