空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由‑自由边界模拟装置，试验件被竖立支撑，试验件下表面设置转接工装，所述转接工装的下表面均布若干空气弹簧，两彼此相邻的空气弹簧之间设置位移保护块，各空气弹簧背离试验件的一端连接相应的空气弹簧附加气室，各空气弹簧附加气室固定于试验固定面，各位移保护块也固定于试验固定面，各空气弹簧上设置相应的空气弹簧压力表。其通过优化空气弹簧支撑和布局，对竖立的试验件进行自由‑自由边界模拟试验，并提供多重保护，确保试验有效性和安全性。

Free-Free Boundary Simulator for Aerospace Spring Elastically Supported Vertical Structures

【技术实现步骤摘要】
空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置
本专利技术涉及一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置，属于结构动试验设备领域。
技术介绍
结构动特性试验是是产品研制过程中一项常规且重要的环节，试验的一般目的是考核产品真实状态下结构的动特性参数；对于运载航天器、导弹武器来说，可以为其提供姿态控制稳定系统重要的设计参数，同时也可提供重要参数用于理论预示模型修正；也可用于结构健康检测，发现结构设计缺陷等。而产品状态是决定结构动特性参数的一个决定性因素。因此如何安全高效低成本的在试验场地保证试验产品状态是结构动特性试验实施前期策划和试验实施过程中的一个重要环节。结构动特性试验为保证试验产品边界条件一般需要一套复杂的边界模拟系统，通常是在专用的试验场地内进行，例如运载火箭和导弹全尺寸试验的振动塔等。对于部段、子系统级试验件一般采用在试验现场搭建龙门架或是利用场地吊车水平悬吊或是水平支撑实现模拟试验产品的自由-自由边界条件。但是对于存在如下系列问题的试验产品，现有技术存在以下问题：(1)试验场地存在吊高不足的问题；(2)试验场地存在吊车起吊能力不足的问题；(3)试验产品总装需要牢固稳定安全的边界支撑的要求；(4)试验产品竖立总装，总装后不能实现试验产品的起吊和翻转功能。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对现有技术中的上述不足和需求，本专利技术提出一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置，通过优化空气弹簧支撑和布局，对竖立的试验件进行自由-自由边界模拟试验，并提供多重保护，确保试验有效性和安全性。(二)技术方案一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置，试验件被竖立支撑，试验件下表面设置转接工装，所述转接工装的下表面均布若干空气弹簧，两彼此相邻的空气弹簧之间设置位移保护块，各空气弹簧背离试验件的一端连接相应的空气弹簧附加气室，各空气弹簧附加气室固定于试验固定面，各位移保护块也固定于试验固定面，各空气弹簧上设置相应的空气弹簧压力表。空气弹簧设置于竖立状态的试验件的下端面并沿其圆周分布。试验件上段设置围绕并紧包所述试验件外径的包带，所述包带上均布若干条沿所述试验件径向延伸的弹性支撑带，所述弹性支撑带包括绳和弹性元件，所述绳为钢丝绳或尼龙绳，所述弹性元件为弹簧或橡皮绳。各个所述空气弹簧附加气室通过各自的输气管路支路连接至输气管路，各输气管路支路上设置相应的空气弹簧输气阀门，输气管路上设置气源开关阀，输气管路连接至气源。根据竖立的试验件的支撑要求和质量分布特性，确定空气弹簧的设置数量和布局方案。空气弹簧数量为3，支撑系统为静定系统，根据试验件的质量分布特性确定空气弹簧的目标工作压力值。空气弹簧数量为4个以上，支撑系统为超静定系统，对超静定问题进行转换：首先建立系统力和力矩平衡方程，然后以空气弹簧目标工作压力平均值为目标值建立优化目标函数，再基于试验件的理论的质量分布状态，得到各空气弹簧的目标压力值。根据支撑频率的要求，进行空气弹簧附加气室的设计。根据系统的刚度和稳定性要求，进行弹簧的刚度设计。一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置的使用方法，包括以下步骤：S1、将转接工装和空气弹簧固定安装就位，竖立状态的试验件与转接工装连接并用位移保护块承载；S2、安装包带、弹簧和钢丝绳，以防止试验件倾倒；S3、打开气源的气源开关阀，同步控制空气弹簧输气阀门的打开状态，监控每个空气弹簧压力表；S4、当转接工装与位移保护块出现高度间隙，协同控制未出现间隙处的空气弹簧输气阀门打开，确保竖立状态的试验件竖直稳定的与位移保护块形成一个安全平稳的支撑高度；S5、在此支撑状态下，设定每个空气弹簧的目标工作压力值，利用气源对其进行闭环控制；S6、开展试验。(三)有益效果本专利技术的一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置，其采用空气弹簧底部支撑的方式进行试验件竖立状态的自由-自由边界模拟。为保证试验件的竖立状态，采用转接工装用于连接空气弹簧和试验件，即采用底部支撑方式，转接工装的静强度要求降低，以保证边界模拟系统对试验结果较小的附加质量影响；参考试验产件自由边界的一阶弹性频率参考值，包括横向、扭转和纵向弹性一阶频率，依据结构动特性试验自由边界模拟刚体频率和弹性频率比例的相关标准要求，初步确定空气弹簧支撑系统刚度设计要求和分布方案；参考试验件的质量特性和空气弹簧刚度和分布方式，为满足试验系统的横向稳定性，设计了横向保护装置及限位安全装置；进行空气弹簧的选型，对多套空气弹簧的供气系统进行细化，可实现每套空气弹簧的同步和独立控制能力，满足由于试验件偏心导致空气弹簧之间负载不一致的使用需求；对于四个及以上空气弹簧支撑的状态，通过转化超静定问题为力平衡方程及目标函数优化问题，进而实现系统的明确目标压力值的控制，进而实现系统的自由边界模拟。附图说明图1本专利技术的一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置的支撑状态立体图。图2本专利技术的一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置的整体控制示意图。图中，1-试验件；2-转接工装；3-位移保护块；4-空气弹簧；5-空气弹簧附加气室；6-空气弹簧压力表；7-钢丝绳；8-弹簧；9-包带；10-气源；11-输气管路；12-气源开关阀门；13-空气弹簧输气阀门。具体实施方式参见图1，本专利技术的一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置，试验件1被竖立支撑，试验件1下表面设置转接工装2，所述转接工装2的下表面均布若干空气弹簧4，两彼此相邻的空气弹簧之间4设置位移保护块3，各空气弹簧4背离试验件1的一端连接相应的空气弹簧附加气室5，各空气弹簧附加气室5固定于试验固定面，各位移保护块3也固定于试验固定面，各空气弹簧4上设置相应的空气弹簧压力表6。空气弹簧4设置于竖立状态的试验件1的下端面并沿其圆周均布。参见图2，试验件1上段设置围绕并紧包所述试验件1外径的包带9，所述包带9上均布若干条沿所述试验件1径向延伸的弹性支撑带，所述弹性支撑带包括钢丝绳7和弹簧8，还可以采用尼龙绳和弹性绳的组合。各个所述空气弹簧附加气室5通过各自的输气管路支路连接至输气管路11，各输气管路支路上设置相应的空气弹簧输气阀门13，输气管路11上设置气源开关阀12，输气管路11连接至气源10。根据竖立的试验件1的支撑要求和质量分布特性，确定空气弹簧4的设置数量。空气弹簧4数量为3，支撑系统为静定系统，根据试验件1的质量分布特性确定空气弹簧4的目标工作压力值。空气弹簧4数量为4个以上，支撑系统为超静定系统，对超静定问题进行转换：首先建立系统力和力矩平衡方程，然后以空气弹簧4目标工作压力平均值为目标值建立优化目标函数，再基于试验件1的理论的质量分布状态，得到各空气弹簧4的目标压力值。根据支撑频率的要求，进行空气弹簧附加气室5的设计。根据系统的刚度和稳定性要求，进行弹簧8的刚度设计。一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置的使用方法，包括以下步骤：S1、将转接工装2和空气弹簧4固定安装就位，竖立状态的试验件1与转接工装2连接并用位移保护块3承载；S2、安装包带9、弹簧8和钢丝绳7，以防止试验件1倾倒；S3、打开气源10的气源开关阀12，同步控制空气弹簧输气阀门13的打开状态，监控每个空气弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由‑自由边界模拟装置，其特征在于，试验件被竖立支撑，试验件下表面设置转接工装，所述转接工装的下表面均布若干空气弹簧，两彼此相邻的空气弹簧之间设置位移保护块，各空气弹簧背离试验件的一端连接相应的空气弹簧附加气室，各空气弹簧附加气室固定于试验固定面，各位移保护块也固定于试验固定面，各空气弹簧上设置相应的空气弹簧压力表。

【技术特征摘要】
1.一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置，其特征在于，试验件被竖立支撑，试验件下表面设置转接工装，所述转接工装的下表面均布若干空气弹簧，两彼此相邻的空气弹簧之间设置位移保护块，各空气弹簧背离试验件的一端连接相应的空气弹簧附加气室，各空气弹簧附加气室固定于试验固定面，各位移保护块也固定于试验固定面，各空气弹簧上设置相应的空气弹簧压力表。2.如权利要求1所述的一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置，其特征在于，空气弹簧设置于竖立状态的试验件的下端面并沿其圆周分布。3.如权利要求1所述的一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置，其特征在于，试验件上段设置围绕并紧包所述试验件外径的包带，所述包带上均布若干条沿所述试验件径向延伸的弹性支撑带，所述弹性支撑带包括绳和弹性元件，所述绳为钢丝绳或尼龙绳，所述弹性元件为弹簧或橡皮绳。4.如权利要求3所述的一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置，其特征在于，各个所述空气弹簧附加气室通过各自的输气管路支路连接至输气管路，各输气管路支路上设置相应的空气弹簧输气阀门，输气管路上设置气源开关阀，输气管路连接至气源。5.如权利要求4所述的一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置，其特征在于，根据竖立的试验件的支撑要求和质量分布特性，确定空气弹簧的设置数量和布局方案。6.如权利要求5所述的一种空气弹簧弹性支撑竖立结构自由-自由边界模拟装置，其特征在于，空气弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永亮，李宝海，王薇，李会娜，李庆新，刘文会，左祥昌，丁洋，孝春成，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11