一种货舱下部立柱组合件坠撞实验装置及实验方法与流程

本发明属于结构撞击动力学实验技术领域。涉及一种货舱下部立柱组合件坠撞实验装置及实验方法。

背景技术：

飞机应急着陆可能造成机体结构破坏和乘员生存力问题，民用飞机的适坠性设计的目的是改善飞机的抗撞性和提高乘员的生存能力。为实现这一目标，货舱下部结构作为重要的吸能部件必须具有抗坠撞能力，以可控、可预见的方式发生变形与破坏，将最小的冲击载荷和过载系数传递给座舱结构。复合材料由于其比强度和比模量高等优点，逐渐被应用到飞机机身结构中，和金属结构主要通过变形吸收能量不同的是，由复合材料制成的结构通过材料和结构的破碎来耗散撞击能量，因此复合材料选取和结构选型对于复合材料货舱下部结构的适坠性设计至关重要。为支持后续整个货舱下部结构的适坠性设计，需先设计出吸能特性较强的局部支撑组件(局部区域由8-1-横梁、8-2-立柱、8-3-框、8-4-长桁、8-5-蒙皮构成的组件，以下简称为立柱组合件)。立柱组合件的设计涉及到立柱角度、立柱下部与框的连接强度、立柱和蒙皮铺层、立柱腹板厚度等多个影响吸能特性的因素，开展不同构型立柱组合件的坠撞实验为机身下部结构适坠性设计、验证和优化提供了重要技术支撑。

技术实现要素：

发明目的

本发明提供了一种适用于货舱下部立柱组合件坠撞实验装置及实验方法。

发明技术解决方案

为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种货舱下部立柱组合件坠撞实验装置，包括引导式台架，引导式台架两侧有立柱，所述引导式台架顶部立柱之间设置有电机，电机带动连接于电机下方的电磁锁沿竖直方向移动；所述电磁锁下方设置有刚性结构的吊篮，电磁锁通电时吸紧吊篮；吊篮下方连接试验件；吊篮正下方设置有基座；基座顶面连接有测力平台；还包括数据采集系统和高速摄像系统。

优选的，所述吊篮与引导式台架的立柱相对侧设置有向立柱方向延伸的导向支架，在导向支架末端设置有滚轮，滚轮和立柱之间留有缝隙，使得吊篮水平方向自由度受约束，在下落过程中不发生晃动。

优选的，在基座上围绕测力平台设置有吸能装置，所述吸能装置包括连接于基座顶面的若干个铝筒座；所述铝筒座顶部沿竖直方向开设有孔，孔内设置有铝管，所述铝管顶面位于测力平台顶面上方。

优选的，所述铝筒座均匀分布于测力平台四周。

优选的，所述吊篮采用钢架结构。

优选的，所述吊篮内设置有配重块，落体系统除了立柱组合件以外的附加重量需和立柱组合件承受的货物重量一致，采用配重块的方式调整落体系统重量。

一种货舱下部立柱组合件坠撞实验方法，步骤1：搭建实验装置，验证落体系统能够沿引导式台架垂直自由下落，所述落体系统包括吊篮、连接吊篮和试验件的过渡板和压片、试验件；步骤2：搭建实验测试系统，联调控制系统和实验测试系统确认各系统可靠性；步骤3：实验状态调试，调试指定初始触台速度对应的提升高度；步骤4：安装保护装置，确保数据采集系统和高速摄像系统的设备安全；步骤5：安装试验件，准备正式实验；步骤6：提升落体系统至预定高度；步骤7：操作控制系统，使电磁锁去磁，落体系统自由下落，触发实验测试系统；步骤8：测试数据存盘，分析实验结果。

本发明的优点

本发明的优点在于：

本发明提供了一种货舱下部立柱组合件坠撞吸能特性的实验装置及实验方法，用于研究复合材料铺层、立柱角度、连接强度、腹板厚度等对立柱组合件吸能特性的影响，为复合材料机身下部结构的适坠性设计、验证和优化提供技术支撑。经实践表明，本发明提供的实验装置及实验方法具有经济高效、可操作性强等优点，具有较广的应用前景。

附图说明

图1为本发明的一种货舱下部立柱组合件坠撞实验装置的结构主视图。

图2为本发明的一种货舱下部立柱组合件坠撞实验装置的三维结构图。

图3为立柱组合件的结构示意图。

附图中：1-引导式台架、2-电机、3-电磁锁、4-吊篮、5-配重块、6-滚轮及其支架、7-过渡板、8-立柱组合件、8-1-横梁、8-2-立柱、8-3-框、8-4-长桁、8-5-蒙皮、9-铝管、10-铝筒座、11-测力平台、12-基座。

具体实施方式

结合发明内容概述和附图，详细说明本发明的具体实施方式。

一种货舱下部立柱组合件坠撞实验装置，包括引导式台架1，引导式台架1两侧有立柱，两立柱顶部通过横梁连接，横梁上设置电机2，电机2与滑轮连接；滑轮连接电磁锁3，所述电磁锁3下方设置有吊篮4，所述吊篮4采用钢架结构，所述吊篮4内设置有配重块5。电磁锁3通电时吸紧吊篮4；为保证立柱组合件的坠撞姿态，通过过渡板7将试验件安装到吊篮4上形成落体系统，试验件即为立柱组合件8，吊篮4正下方设置有基座12，用压板和螺栓将基座12稳固的固定在地面上开设的地槽中；基座12顶面连接有测力平台11；还包括数据采集系统和高速摄像系统。

所述吊篮4与引导式台架1的立柱相对侧设置有向立柱方向延伸的导向支架，在导向支架末端设置有滚轮，滚轮和立柱之间留有缝隙。

在基座12上围绕测力平台11设置有吸能装置，所述吸能装置包括连接于基座12顶面的若干个铝筒座10；所述铝筒座10顶部沿竖直方向开设有孔，孔内设置有铝管9。所述铝筒座10均匀分布于测力平台11四周。本实施例中采用四个铝筒座10分布在基座12四个角上。其作用为：a)调试初始触台速度，不安装立柱组合件8，吊篮4自由下落，由吊篮4底部的压片撞击铝管9使得吊篮4速度减为零，结合高速摄像系统和非接触测试分析系统计算初始触台速度，根据速度误差不断调整提升高度；b)对于吸能特性较差的立柱组合件8构型，可能会发生立柱组合件8中的立柱8-2脱离组合件主体的情况，若铝管9高出测力平台11顶面的高度略大于立柱组合件8的横梁8-1高度，既可以规避吊篮4硬撞击损坏测力平台11的风险，又能保证立柱组合件8中的立柱8-2在坠撞过程中的充分变形或破坏。四个铝筒座10分别沿对称面切成两半，通过螺栓安装固定在基座12上，解决铝管9屈服变形难拆卸的问题。铝管9的横截面尺寸和需求的力学性能通过有限元数值仿真分析计算结果确定，保证高出碰撞台面的铝管9能够耗尽撞击能量。

一种货舱下部立柱组合件坠撞实验方法，包括如下步骤：步骤1：搭建实验装置，验证吊篮能够沿引导式台架垂直自由下落；步骤2：搭建实验测试系统，联调控制系统和实验测试系统确认各系统可靠性；步骤3：实验状态调试，调试指定初始触台速度对应的提升高度；步骤4：安装保护装置，确保数据采集系统和高速摄像系统的设备安全；步骤5：安装试验件，准备正式实验；步骤6：提升吊篮至预定高度；步骤7：操作控制系统，使电磁锁去磁，吊篮自由下落，触发实验测试系统；步骤8：测试数据存盘，分析实验结果。

立柱组合件的坠撞实验采用落体系统沿着引导式台架自由下落的方式进行。由电机将落体系统提升到预定高度后，位于吊篮4上部的电磁锁3去磁，落体系统下落撞击测力平台11。采用外触发的方式统一触发数据采集系统和高速摄像系统，获得坠撞过程中落体系统的垂向力以及速度和加速度变化情况，由高速摄像系统获取立柱和紧固件的失效破坏模式，研究不同构型立柱组合件的吸能特性。