舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置

1.本发明属于工程实验设备技术领域，特别是涉及舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置。

背景技术：

2.大型水面舰船甲板支持舰载机在海上起降，成为海洋国防保障能力建设的关键。虽然我国服役大型水面舰船具备舰载机起降的基本功能，但是舰船甲板设计面临舰载机冲击载荷精确输入难题，导致舰船甲板设计规范非常保守。舰载机着舰冲击下甲板结构真实安全水平不清楚，严格限制舰载机海上起降适用环境要求，降低了舰载机起降灵活性。通过模型试验方法，实现舰船甲板结构冲击载荷直接测量，对舰船结构设计与舰载机着舰安全具有重要意义。
3.冲击试验的原理是，模拟舰载机着舰冲击姿态、结构形式与载荷工况，设计舰载机与舰船的等效简化试验模型，提升起落架及配重组合至预定高度、释放、自由下落，在接触甲板试验模型的瞬间达到一定冲击速度与冲击角度，将重力势能转化为动能，对甲板试验模型施加冲击作用。
4.但是现有舰载机冲击试验存在以下问题：(1)舰载机着舰冲击舰船甲板涉及船舶工程、航空工程、物理实验等不同学科，目前缺乏考虑各学科综合影响的冲击试验装置；(2)对于落震试验装置，仅考虑了垂直方向的单角度冲击，忽略了舰载机与船舶在海上运动引起的冲击姿态与角度变化；(3)对于船舶结构冲击试验装置，通常采用力锤等动态载荷激发器，忽略了航空结构物的非线性力学及复杂接触影响；(4)舰载机着舰冲击工况比较特殊，涉及刚体运动、弹性体动态变形、超弹性体接触、瞬间冲击作用等耦合作用，现有试验装置无法体现这些因素的共同作用。因此，需要设计舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置以解决上述问题。

技术实现要素：

5.本发明的目的是提供舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置，以解决上述问题，达到对舰船结构设计与舰载机着舰安全数据支撑的目的。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置，包括冲击组件和测量组件；
7.所述冲击组件包括支撑钢架，所述支撑钢架底端设置有若干底滑轮，所述支撑钢架顶端为弧形，所述支撑钢架顶端固定连接有导向部，所述导向部与所述支撑钢架顶端相匹配，所述导向部顶端设置有增能部，所述导向部上滑动设置有冲击部，所述冲击部与所述增能部底端磁性连接，所述导向部底端位于所述测量组件上方；所述测量组件位于所述冲击部的滑出侧；
8.所述测量组件包括固定部，所述固定部顶端朝向所述导向部倾斜设置，所述固定部顶端固定连接有测量部，所述测量部远离所述导向部的一端上方设置有记录装置。
9.优选的，所述冲击部包括起落架，所述起落架与所述导向部滑动连接，所述起落架顶端可拆卸连接有配重，所述配重与所述增能部底端磁性连接。
10.优选的，所述增能部包括吊钩，所述吊钩底端固定连接有电磁铁，所述电磁铁与所述配重磁性连接，所述支撑钢架顶端固定连接有蓄能弹簧，所述蓄能弹簧底端与所述起落架顶端抵接。
11.优选的，所述导向部包括两个平行设置的固定轨道，所述固定轨道通过撑杆与所述支撑钢架顶端固定连接，所述起落架滑动设置在两个所述固定轨道之间，所述蓄能弹簧顶端与所述固定轨道顶端固定连接，所述固定轨道底端可拆卸连接有可拆卸滑轨，所述可拆卸滑轨低端位于所述测量部上方。
12.优选的，所述固定部包括垫板，所述垫板顶端固定连接有楔形体，所述楔形体顶端为倾斜面，所述楔形体低端靠近所述固定轨道设置，所述测量部与所述楔形体顶端固定连接。
13.优选的，所述测量部包括甲板模型，所述甲板模型底端与所述楔形体顶端固定连接，所述甲板模型内部设置有加速度传感器和若干应变片，所述甲板模型顶端中部固定连接有薄膜压力传感器。
14.优选的，所述起落架上设置有载荷传感器，所述固定轨道外侧壁套设有滚动轴承，所述滚动轴承外圈与所述起落架固定连接。
15.优选的，所述记录装置包括摄像机。
16.本发明具有如下技术效果：
17.本发明的冲击组件可以降低舰载机复杂模型模拟难度；通过将支撑钢架的顶端设置为弧形，并将导向部的形状设置成与支撑钢架顶端相匹配，可以实现不同速度的冲击；设置的增能部可以实现更大冲击能量；通过支撑钢架底部的底滑轮可以调整冲击点位置，方便对测量组件不同位置实现冲击。
18.本试验装置设计原理清晰、设备布置简便、载荷控制灵活、应用场景多样，方便舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验模拟。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明正视图；
21.图2为本发明侧视图；
22.图3为本发明固定轨道与滚动轴承连接剖视图；
23.图4为本发明主起落架示意图；
24.图5为本发明前起落架示意图；
25.图6为本发明主起落架与前起落架组合示意图；
26.图7为本发明三维立体图。
27.其中，1、配重；2、起落架；3、固定轨道；4、撑杆；5、薄膜压力传感器；6、甲板模型；7、
楔形体；8、垫板；9、底滑轮；10、支撑钢架；11、应变片；12、加速度传感器；13、载荷传感器；14、滚动轴承；15、可拆卸滑轨；16、电磁铁；17、吊钩；18、蓄能弹簧；19、摄像机。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
30.参照图1-7，本发明公开舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置，包括冲击组件和测量组件；
31.冲击组件包括支撑钢架10，支撑钢架10底端设置有若干底滑轮9，支撑钢架10顶端为弧形，支撑钢架10顶端固定连接有导向部，导向部与支撑钢架10顶端相匹配，导向部顶端设置有增能部，导向部上滑动设置有冲击部，冲击部与增能部底端磁性连接，导向部底端位于测量组件上方；测量组件位于冲击部的滑出侧；
32.测量组件包括固定部，固定部顶端朝向导向部倾斜设置，固定部顶端固定连接有测量部，测量部远离导向部的一端上方设置有记录装置。
33.进一步优化方案，冲击部包括起落架2，起落架2与导向部滑动连接，起落架2顶端可拆卸连接有配重1，配重1与增能部底端磁性连接。
34.进一步的，起落架2包括主起落架与前起落架。
35.起落架2试验模型重点模拟轮胎非线性弹性、起落架刚度与阻尼效果。根据起落架2着舰的方式，分别设计主起落架模型、前起落架模型与主+前起落架模型。采用压缩试验，验证起落架2载荷位移曲线在模型与实际情况的一致性。通过配重1调节起落架2试验模型的重量与重心位置，接近舰载机重量分布。
36.起落架2(含配重1)-轮胎-甲板模型6与实际物理模型满足力相似、质量相似、位移相似等换算关系，通过非线性有限元法，验证试验模型与实际情况的相似性，保证冲击载荷特性及结构响应的一致性。
37.配重1模拟舰载机本身及附加重量，方便调整重量及重心位置，起落架2模拟舰载机起落架刚度与轮胎，轮胎采用橡胶材料制作，实现冲击瞬间接触弹性大变形模拟，底滑轮9方便改变支撑钢架10的位置，并且具有在预定位置锁定的功能，支撑钢架10采用钢结构焊接加工而成，刚度大，避免正常试验期间发生局部过大变形，配重1与起落架2的组合模型，着重在冲击载荷作用相似的角度，从重量、重心与轮胎接触控制的角度，实现复杂舰载机的力学相似简化模拟。
38.进一步优化方案，增能部包括吊钩17，吊钩17底端固定连接有电磁铁16，电磁铁16与配重1磁性连接，支撑钢架10顶端固定连接有蓄能弹簧18，蓄能弹簧18底端与起落架2顶端抵接。
39.蓄能弹簧18被配重1压缩时可以储备较大弹性势能，电磁铁16断开时蓄能弹簧18的弹性势能转化为起落架2的下滑动能。
40.通过配重1、支撑钢架10、蓄能弹簧18组合，模拟舰载机着舰冲击能量，最大配重1质量可根据吊钩17起吊能力配置，最大下落高度可根据实验室有效净空高度进行设计。
41.吊钩17连接到实验室的起吊设备(图中未画出)，蓄能弹簧18一端连接到支撑钢架10，另一端作用于起落架2，通过吊钩17拉伸蓄能弹簧18，增加起落架2沿固定轨道3下滑初始能量。
42.进一步优化方案，导向部包括两个平行设置的固定轨道3，固定轨道3通过撑杆4与支撑钢架10顶端固定连接，起落架2滑动设置在两个固定轨道3之间，蓄能弹簧18顶端与固定轨道3顶端固定连接，固定轨道3底端可拆卸连接有可拆卸滑轨15，可拆卸滑轨15低端位于测量部上方。
43.固定轨道3的形状与支撑钢架10顶端的弧形相匹配，带有弯曲角度，方便起落架2自由下滑，固定轨道3具备一定承载能力，支撑配重1时不发生大变形，可拆卸滑轨15的数量至少为一段，通过增加不同数量的可拆卸滑轨15可以改变起落架2下落瞬间的角度。
44.进一步优化方案，固定部包括垫板8，垫板8顶端固定连接有楔形体7，楔形体7顶端为倾斜面，楔形体7低端靠近固定轨道3设置，测量部与楔形体7顶端固定连接。
45.固定轨道3、楔形体7、可拆卸滑轨15相互组合，实现舰载机着舰的多种姿态与多种角度，涵盖可能存在的姿态范围(如一轮着舰、二轮着舰等)与角度范围(如下滑角3-5
°
)。
46.进一步优化方案，测量部包括甲板模型6，甲板模型6底端与楔形体7顶端固定连接，甲板模型6内部设置有加速度传感器12和若干应变片11，甲板模型6顶端中部固定连接有薄膜压力传感器5。
47.甲板模型6采用实船结构相同的钢材，根据舰船甲板结构强框架支撑，选择甲板模型6的长宽范围，对比刚度、频率、模态等，根据量纲分析法建立动态强度的相似设计准则，保证甲板模型6与实船动力响应的相似。考虑甲板以下横舱壁、纵舱壁与开口等情况，按舰船实际结构形式设计甲板模型6。
48.薄膜压力传感器5方便捕捉冲击压力位置及分布以及甲板模型6表面压力分布场图形，支持瞬态载荷测量，应变片11用于测量甲板模型6的结构响应，评估结构弹性/塑性应力状态；甲板模型6用于模拟舰船甲板结构以及下面强框架结构，采用缩尺模型对实船尺寸进行缩小，楔形体7采用钢结构加工而成，顶端倾斜角度根据试验工况进行调整，甲板模型6通过螺栓固定于楔形体7顶端，甲板模型6、楔形体7、垫板8上下对齐，避免甲板模型6边界出现悬空。
49.进一步优化方案，起落架2上设置有载荷传感器13，固定轨道3外侧壁套设有滚动轴承14，滚动轴承14外圈与起落架2固定连接。
50.滚动轴承14下端开口，滚动轴承14可以降低起落架2与固定轨道3和可拆卸滑轨15之间的运动摩擦，载荷传感器13用于测量冲击载荷。
51.配重1与起落架2通过螺栓紧固连接，在试验前测量配重1-起落架2组合模型的重量与重心位置；滚动轴承14用于连接起落架2与固定轨道3，滚动轴承14内部布置滚珠，减小摩擦力；固定轨道3通过撑杆4焊接于支撑钢架10上，满足一定平整度要求，避免配重1自由落体下滑过程中的卡死或迟滞，必要情况下固定轨道3表面涂抹润滑油；设计系列不同长度的可拆卸滑轨15，调整起落架2离开固定轨道3时的冲击角度。
52.通过载荷传感器13和薄膜压力传感器5测量冲击载荷时间历程变化情况，通过应
变片11和加速度传感器12测量甲板模型6的结构动态响应，测点布置根据研究需求进行布置，原则上考虑应力最大位置、加速度最大位置以及绘制分布曲线的代表性位置。解决冲击载荷测量点难以预先准确设定的问题。
53.加速度传感器12用于测量甲板模型6的动态响应，可输出加速度时间历程数据，也可通过积分换算出速度变化信息；载荷传感器13用于测量起落架2沿三个空间坐标方向的载荷时间历程信息，换算得到冲击载荷幅值与作用角度。
54.进一步优化方案，记录装置包括摄像机19。
55.摄像机19拍摄试验过程中的影像，可用于分析起落架2下落姿态、冲击角度与冲击作用位置。
56.为模拟舰载机冲击甲板的不同方式，试验工况包括舰载机姿态、冲击能量、冲击位置等。舰载机姿态工况通过选择不同的起落架2形式来实现，采用主起落架倾斜安装模拟一点尾沉，采用主起落架水平安装模拟两点尾沉，采用主+前起落架模拟三点平沉。冲击能量工况通过调整冲击质量与冲击速度来实现。冲击定位试验工况通过调整甲板模型6倾斜角与冲击纵向位置来实现。
57.采用载荷传感器13、薄膜压力传感器5等设备直接测量冲击载荷，对比载荷反演计算结果的有效性。载荷传感器13连接到起落架2试验模型；薄膜压力传感器5布置在甲板模型6的表面。
58.根据冲击载荷数据波形与结构自振周期确定采样周期，测量试验过程数据，评估不同采样周期对载荷采集的影响。
59.甲板模型6固定在楔形体7上面，采用脉冲力锤对甲板模型6施加冲击载荷，开展单次冲击、两次连击、三次连击的载荷，测量冲击载荷、甲板应变与甲板加速度响应，通过力锤试验标定甲板模型6的自振周期与模态。
60.甲板模型6固定在冲击平台的下面，起落架2模型连接在固定轨道3上，连接试验测量系统设备。首先将起落架2(含配重1)-轮胎系统提升到较低高度，释放落架2(含配重1)-轮胎系统，检测试验系统有效性。然后，根据预定试验工况开展试验，测量冲击载荷、甲板应变与甲板加速度响应，开展舰载机模型冲击甲板的试验研究。
61.根据试验测量载荷、应变与加速度信息，绘制冲击载荷与结构响应的时间历程曲线。根据舰载机姿态、冲击能量、冲击定位等试验载荷工况，分析不同加载方式下冲击载荷与甲板模型6响应。
62.调整配重1质量，分析舰载机质量对甲板模型6冲击响应的影响；调整冲击位置，分析不同冲击作用点对甲板模型6冲击响应的影响；调整甲板模型6的角度或者可拆卸滑轨15的角度，分析不同冲击角度对甲板模型6冲击响应的影响。
63.通过摄像机19记录起落架2冲击试验过程，绘制冲击过程与冲击后期的轨迹曲线，为冲击轨迹曲线预报提供数据。
64.本发明通过配重1与起落架2模拟舰载机刚度、阻尼与重量中心，降低了舰载机复杂模型模拟难度；通过滚动轴承14实现起落架2沿固定轨道3自由下滑，避免下滑过程中的卡死或滞后；通过弯曲轨道将重力势能转化为水平与垂向不同速度组合，可以实现不同速度的冲击；通过蓄能弹簧18实现更大冲击能量；通过支撑钢架10底部底滑轮9调整冲击点位置，方便对甲板模型6不同位置实现冲击；通过可拆卸滑轨15调整冲击角度，方便模拟冲击
瞬间的舰载机着舰角度；通过楔形体7调整甲板模型6的倾斜角度模拟舰船甲板姿态，方便模拟舰船横摇、纵倾等姿态；通过调整起落架2数量模拟舰载机着舰姿态，方便模拟舰载机一轮着舰、两轮着舰等工况；通过薄膜压力传感器5测量着舰冲击载荷，方便测量冲击压力的非均匀分布。
65.本试验装置设计原理清晰、设备布置简便、载荷控制灵活、应用场景多样，方便舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验模拟，解决常规方法难以模拟舰载机冲击舰船甲板的问题。
66.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
67.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：

1.舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置，其特征在于，包括冲击组件和测量组件；所述冲击组件包括支撑钢架(10)，所述支撑钢架(10)底端设置有若干底滑轮(9)，所述支撑钢架(10)顶端为弧形，所述支撑钢架(10)顶端固定连接有导向部，所述导向部与所述支撑钢架(10)顶端相匹配，所述导向部顶端设置有增能部，所述导向部上滑动设置有冲击部，所述冲击部与所述增能部底端磁性连接，所述导向部底端位于所述测量组件上方；所述测量组件位于所述冲击部的滑出侧；所述测量组件包括固定部，所述固定部顶端朝向所述导向部倾斜设置，所述固定部顶端固定连接有测量部，所述测量部远离所述导向部的一端上方设置有记录装置。2.根据权利要求1所述的舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置，其特征在于，所述冲击部包括起落架(2)，所述起落架(2)与所述导向部滑动连接，所述起落架(2)顶端可拆卸连接有配重(1)，所述配重(1)与所述增能部底端磁性连接。3.根据权利要求2所述的舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置，其特征在于，所述增能部包括吊钩(17)，所述吊钩(17)底端固定连接有电磁铁(16)，所述电磁铁(16)与所述配重(1)磁性连接，所述支撑钢架(10)顶端固定连接有蓄能弹簧(18)，所述蓄能弹簧(18)底端与所述起落架(2)顶端抵接。4.根据权利要求3所述的舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置，其特征在于，所述导向部包括两个平行设置的固定轨道(3)，所述固定轨道(3)通过撑杆(4)与所述支撑钢架(10)顶端固定连接，所述起落架(2)滑动设置在两个所述固定轨道(3)之间，所述蓄能弹簧(18)顶端与所述固定轨道(3)顶端固定连接，所述固定轨道(3)底端可拆卸连接有可拆卸滑轨(15)，所述可拆卸滑轨(15)低端位于所述测量部上方。5.根据权利要求4所述的舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置，其特征在于，所述固定部包括垫板(8)，所述垫板(8)顶端固定连接有楔形体(7)，所述楔形体(7)顶端为倾斜面，所述楔形体(7)低端靠近所述固定轨道(3)设置，所述测量部与所述楔形体(7)顶端固定连接。6.根据权利要求5所述的舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置，其特征在于，所述测量部包括甲板模型(6)，所述甲板模型(6)底端与所述楔形体(7)顶端固定连接，所述甲板模型(6)内部设置有加速度传感器(12)和若干应变片(11)，所述甲板模型(6)顶端中部固定连接有薄膜压力传感器(5)。7.根据权利要求4所述的舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置，其特征在于，所述起落架(2)上设置有载荷传感器(13)，所述固定轨道(3)外侧壁套设有滚动轴承(14)，所述滚动轴承(14)外圈与所述起落架(2)固定连接。8.根据权利要求1所述的舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置，其特征在于，所述记录装置包括摄像机(19)。

技术总结

本发明公开舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验装置，包括冲击组件和测量组件；冲击组件包括支撑钢架，支撑钢架底端设置有若干底滑轮，支撑钢架顶端为弧形，支撑钢架顶端固定连接有导向部，导向部与支撑钢架顶端相匹配，导向部顶端设置有增能部，导向部上滑动设置有冲击部，冲击部与增能部底端磁性连接，导向部底端位于测量组件上方；测量组件位于冲击部的滑出侧；测量组件包括固定部，固定部顶端朝向导向部倾斜设置，固定部顶端固定连接有测量部，测量部远离导向部的一端上方设置有记录装置。本发明的试验装置设计原理清晰、设备布置简便、载荷控制灵活、应用场景多样，方便舰载机多姿态多角度大能量冲击舰船甲板试验模拟。验模拟。验模拟。