一种用于发动机轴压试验轴向均布加载装置的制作方法

1.本实用新型属于固体火箭发动机试验技术领域，特别涉及一种用于发动机轴压试验轴向均布加载装置。

背景技术：

2.在固体火箭发动机静强度试验中，为模拟发动机所承受的实际轴压载荷，通常采取通过螺栓和过渡工装将试验件竖直安装于试验平台上，再通过过渡工装和连接螺栓将四点加力帽固定安装于试验件上方，然后在承力点上安装两个或四个作动筒组，通过拉杆组与加力帽连接，用液压加载系统控制作动筒行程的方式实现轴压试验。过渡工装如图1所示，为直立柱设计，具有传力直接且需要的截面积小的优点。
3.上述试验工装，主要采用两点或四点加载方式，施加一定轴向载荷时的各截面轴力总量必然恒定为所施加的轴力总量。但大量的实测数据和试验结果表明，采用上述试验工装进行轴压试验时，在垂直于试验件轴向的横截面上，环向各节点的轴向力分布有明显差异，在承力点处试验件受力较其他位置大，此外不同横截面上的各节点轴向力分布趋势也有很大不同，而且不同加载方式对轴向力分布均匀性也有影响，使用的承力点数量越多均匀性越好；整体而言，目前的试验工装，导致试验件受力沿环向分布是不均匀的，存在着局部过考核或欠考核的情况。
4.因此，为了更加准确的模拟固体火箭发动机轴压载荷，完成按需精确加载控制，为固体火箭发动机结构提供最佳的设计依据，需设计一种能够实现固体火箭发动机轴压试验轴向均布加载的装置。

技术实现要素：

5.为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种用于发动机轴压试验轴向均布加载装置
6.本实用新型的技术方案是：
7.一种用于发动机轴压试验轴向均布加载装置，包括上加载端面圆形钢盘1、斜杆2、水平杆3和下加载端面圆形钢环4，其中上加载端面圆形钢盘1外径小于下加载端面圆形钢环4外径；
8.所述斜杆2为偶数个，每个斜杆一端与下加载端面圆形钢环4的内环面固连，另一端与上加载端面圆形钢盘1的内盘边固连，刚性支撑在上加载端面圆形钢盘1与下加载端面圆形钢环4之间；上加载端面圆形钢盘1与下加载端面圆形钢环4同轴；所有斜杆在上加载端面圆形钢盘1和下加载端面圆形钢环4之间为均匀分布，且对于任一根斜杆，均有另一一根斜杆与之共面，且平面过下加载端面圆形钢环4的中心轴线；
9.所述水平杆3的个数为斜杆2个数的一半，所述水平杆3两端刚性固定支撑在下加载端面圆形钢环4的内腔上，所有水平杆在下加载端面圆形钢环4的内环面中心交叉，且每根水平杆均与一对共面的斜杆共面；
10.所述上加载端面圆形钢盘1的外盘面用于作动筒配合或与试验平台配合，所述下加载端面圆形钢环4的外环面用于与固体火箭发动机试验件裙边连接，通过作动筒提供轴向加载力。
11.进一步的，斜杆2的个数为六根，三根水平杆3相互交叉形成米字梁。
12.进一步的，上加载端面圆形钢盘1的中心轴以及下加载端面圆形钢环4的中心轴过米字梁中心。
13.进一步的，六根斜杆2在下加载端面圆形钢环4内环面上的固接点与米字梁在下加载端面圆形钢环4内腔上的支撑点一一对应，处于同一径向位置。
14.进一步的，两个轴向均布加载装置布置在固定火箭发动机试验件两端，两个轴向均布加载装置的下加载端面圆形钢环外环面分别与固定火箭发动机试验件前裙和后裙固定连接，一个轴向均布加载装置的外盘面与作动筒配合，另一轴向均布加载装置的外盘面与试验平台配合。
15.发明效果
16.本实用新型的技术效果在于：与现有技术相比，使用该装置可避免安装多点加力帽和拉杆组，使得安装更为简便；且通过仿真分析和试验验证，使用该装置进行轴压试验时，试验件在不同截面上沿环向各节点的轴向力分布更均匀，能够更加准确的模拟固体火箭发动机轴压载荷，完成按需精确加载控制，为固体火箭发动机结构提供最佳的设计依据。
附图说明
17.图1为现有过渡工装示意图
18.图2为轴向均布加载装置正视图
19.图3为轴向均布加载装置轴视图
20.图4为发动机与轴向均布加载装置连接示意图
21.图5为不同截面的高度位置及环向角定义示意图
22.图6为不同高度截面位置的轴力总量图
23.图7为100mm及200mm两截面轴向节点力的沿环向分布图,(a)为100mm截面轴向节点力的沿环向分布图，(b)为200mm两截面轴向节点力的沿环向分布图
24.图8为300mm和400mm两截面轴向节点力的沿环向分布图，(a)为300mm截面轴向节点力的沿环向分布图，(b)为400mm两截面轴向节点力的沿环向分布图
25.图9为500mm和600mm两截面轴向节点力的沿环向分布图，(a)为500mm截面轴向节点力的沿环向分布图，(b)为600mm两截面轴向节点力的沿环向分布图
26.图10为700mm和800mm两截面轴向节点力的沿环向分布图,(a)为700mm截面轴向节点力的沿环向分布图，(b)为800mm两截面轴向节点力的沿环向分布图
27.图11为900mm截面处轴向节点力的沿环向分布图
28.附图标记说明：1-上加载端面圆形钢盘；2-斜杆；3-水平杆；4-下加载端面圆形钢环
具体实施方式
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽
度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
30.如图2-图4所示，本实用新型提出一种用于发动机轴压试验轴向均布加载装置，包括上加载端面圆形钢盘、下加载端面圆形钢环、六根圆截面半径为21mm的斜杆和三根圆截面半径为18mm的水平杆。
31.每个斜杆一端与下加载端面圆形钢环的内环面固连，另一端与上加载端面圆形钢盘的内盘边固连，刚性支撑在上加载端面圆形钢盘与下加载端面圆形钢环之间，且上加载端面圆形钢盘与下加载端面圆形钢环同轴。六根斜杆在上加载端面圆形钢盘和下加载端面圆形钢环之间为均匀分布，两两相对的斜杆共面，且平面过下加载端面圆形钢环的中心轴线。
32.所述水平杆两端刚性固定支撑在下加载端面圆形钢环的内腔上，三根水平杆相互交叉形成米字梁，上加载端面圆形钢盘的中心轴以及下加载端面圆形钢环的中心轴过米字梁中心。六根斜杆在下加载端面圆形钢环内环面上的固接点与米字梁在下加载端面圆形钢环内腔上的支撑点一一对应，处于同一径向位置，这样每根水平杆均与一对共面的斜杆共面。
33.在实施时，需用两个轴向均布加载装置，在此区别为上轴向均布加载装置和下轴向均布加载装置。如图3所示，将下轴向均布加载装置通过螺栓与试验件相连固定于试验平台上，将上轴向均布加载装置通过螺栓连接到试验件上方，两个轴向均布加载装置布置在固定火箭发动机试验件两端，两个轴向均布加载装置的下加载端面圆形钢环外环面分别与固定火箭发动机试验件前裙和后裙固定连接，在上轴向均布加载装置的圆形刚盘上通过吊车安装作动筒，然后用液压加载系统控制作动筒行程的方式实现轴压试验。
34.下面给出具体的试验验证结果：
35.所截取的发动机壳体各截面高度位置以及定义的环向起始角如图5所示。
36.试验过程中，分别采用本实用新型的轴向均布加载装置，以及传统的2点和4点集中加载方式进行轴向加载试验，对得到的多截面内力分布进行对比分析，各截面内力为沿加载方向的轴力，如图5所示。
37.从图6可以看出，无论哪种加载方式，当施加100t轴向载荷时的各截面轴力总量必然恒定为所施加的轴力总量。
38.但不同加载方式在不同截面上沿环向各节点的轴向力分布却有明显差异。如图7-图11所示，分别为三种轴力加载方式在100～900mm处截面沿环向的各节点轴力分布。从图7到图11可以得出，采用本实用新型提出的轴向均布加载装置时，发动机壳体各截面沿环向的轴压节点力分布都是均匀的，发动机壳体各截面沿环向的轴压节点力沿壳体轴向是变化的；轴向两点集中加载和四点集中加载时，发动机壳体各截面沿环向的轴压节点力分布都不均匀，两点集中加载比四点集中加载的均匀性更差；轴向两点集中加载和四点集中加载时，远离加载点位置，发动机壳体截面上沿环向轴压节点力分布的不均匀性减小。
39.由此可以看出，使用本实用新型进行轴压试验时，试验件在不同截面上沿环向各节点的轴向力分布更均匀，能够更加准确的模拟固体火箭发动机轴压载荷，完成按需精确
加载控制，为固体火箭发动机结构提供最佳的设计依据。

技术特征：

1.一种用于发动机轴压试验轴向均布加载装置，其特征在于：包括上加载端面圆形钢盘(1)、斜杆(2)、水平杆(3)和下加载端面圆形钢环(4)，其中上加载端面圆形钢盘(1)外径小于下加载端面圆形钢环(4)外径；所述斜杆(2)为偶数个，每个斜杆一端与下加载端面圆形钢环(4)的内环面固连，另一端与上加载端面圆形钢盘(1)的内盘边固连，刚性支撑在上加载端面圆形钢盘(1)与下加载端面圆形钢环(4)之间；上加载端面圆形钢盘(1)与下加载端面圆形钢环(4)同轴；所有斜杆在上加载端面圆形钢盘(1)和下加载端面圆形钢环(4)之间为均匀分布，且对于任一根斜杆，均有另一一根斜杆与之共面，且平面过下加载端面圆形钢环(4)的中心轴线；所述水平杆(3)的个数为斜杆(2)个数的一半，所述水平杆(3)两端刚性固定支撑在下加载端面圆形钢环(4)的内腔上，所有水平杆在下加载端面圆形钢环(4)的内环面中心交叉，且每根水平杆均与一对共面的斜杆共面；所述上加载端面圆形钢盘(1)的外盘面用于作动筒配合或与试验平台配合，所述下加载端面圆形钢环(4)的外环面用于与固体火箭发动机试验件裙边连接，通过作动筒提供轴向加载力。2.根据权利要求1所述一种用于发动机轴压试验轴向均布加载装置，其特征在于：斜杆(2)的个数为六根，三根水平杆(3)相互交叉形成米字梁。3.根据权利要求2所述一种用于发动机轴压试验轴向均布加载装置，其特征在于：上加载端面圆形钢盘(1)的中心轴以及下加载端面圆形钢环(4)的中心轴过米字梁中心。4.根据权利要求2或3所述一种用于发动机轴压试验轴向均布加载装置，其特征在于：六根斜杆(2)在下加载端面圆形钢环(4)内环面上的固接点与米字梁在下加载端面圆形钢环(4)内腔上的支撑点一一对应，处于同一径向位置。5.根据权利要求1所述一种用于发动机轴压试验轴向均布加载装置，其特征在于：两个轴向均布加载装置布置在固定火箭发动机试验件两端，两个轴向均布加载装置的下加载端面圆形钢环外环面分别与固定火箭发动机试验件前裙和后裙固定连接，一个轴向均布加载装置的外盘面与作动筒配合，另一轴向均布加载装置的外盘面与试验平台配合。

技术总结

本实用新型提出一种用于发动机轴压试验轴向均布加载装置，包括上加载端面圆形钢盘、斜杆、水平杆和下加载端面圆形钢环；斜杆为偶数个，每个斜杆一端与下加载端面圆形钢环的内环面固连，另一端与上加载端面圆形钢盘的盘边固连，且斜杆在上加载端面圆形钢盘和下加载端面圆形钢环之间为均匀分布；水平杆的个数为斜杆个数的一半，在下加载端面圆形钢环的内环面中心交叉，且每根水平杆均与一对共面的斜杆共面。使用该装置可避免安装多点加力帽和拉杆组，使得安装更为简便；且通过仿真分析和试验验证，使用该装置进行轴压试验时，试验件在不同截面上沿环向各节点的轴向力分布更均匀。同截面上沿环向各节点的轴向力分布更均匀。同截面上沿环向各节点的轴向力分布更均匀。