【技术实现步骤摘要】
本申请涉及航空设备，尤其涉及一种曲面结构表面载荷加载装置及试验方法。
技术介绍
1、在航天领域，航天器的迎风面防护结构通常被设计为特殊的曲面外形，以满足飞行工况下的气动需求。在特定的飞行状态下，这种曲面壳体结构会受到气动载荷的作用，其外表面将承受最大约一个大气压的正压力载荷。为了对曲面结构表面施加均布载荷进行试验，传统方法主要依赖于气囊加载技术。
2、具体而言，传统方法是根据试验件的外形尺寸设计支撑工装，该支撑工装的外形接近试验件的外表面且尺寸稍大于试验件本身。在支撑工装与试验件之间，布置有特定形状的气囊。通过向气囊充气，利用气囊的膨胀来实现对曲面结构表面均布载荷的有效施加。
3、然而，对于大尺寸壳体曲面结构的加载需求，传统的气囊加载方案面临着诸多挑战。首先，气囊往往无法保证完全覆盖试验件的整个表面，尤其是对于表面存在凹面结构的情况，容易出现未直接加载的区域，这会导致载荷分布不均匀，影响试验的准确性。此外，为了使气囊能够适应试验件的复杂外形，需要定制特殊外形的气囊，这不仅增加了成本，还延长了试验准备时间。其次，气囊支承工装的加工难度较大且成本高昂。由于其体积庞大且重量较重，安装过程也极为困难，这进一步限制了传统加载方案在大尺寸壳体曲面结构加载中的应用。
4、因此，亟需一种新的加载技术，能够有效解决传统气囊加载方案在大尺寸壳体曲面结构加载中存在的问题，以满足航天器等复杂结构的试验需求，确保试验的准确性和可靠性，同时降低试验成本和提高试验效率。
技术实现思路p>
1、有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本申请旨在提供一种曲面结构表面载荷加载装置及试验方法。
2、根据本申请的第一方面，提供一种曲面结构表面载荷加载装置，该装置包括加载平台、试样固定组件、密封法兰和多个支撑传感组件以及覆膜，加载平台的中心设置贯通孔，密封法兰同轴心设置在贯通孔的下方并与加载平台的底部固定连接，多个支撑传感组件和试样固定组件由内向外圆周分布在贯通孔的外侧并与加载平台的上部固定连接，密封法兰上设置真空管路接头和多个航空插头，通过试样固定组件将曲面结构试样固定在加载平台的上部，通过航空插头对支撑传感组件进行载荷信号采集，通过真空管路接头对曲面结构试样与加载平台之间的空间进行真空度控制，实现对曲面结构试样加载均匀的表面载荷。
3、可选地，本申请的曲面结构表面载荷加载装置中，支撑传感组件包括支撑传感底座、载荷传感器、传感器支承、支撑螺杆和固定螺母，支撑传感底座固定装配在加载平台的上部，载荷传感器和传感器支承从下至上依次固定设置在支撑传感底座的上部，支撑螺杆的下端与传感器支承固定连接，支撑螺杆的上端设置固定螺母。
4、可选地，本申请的曲面结构表面载荷加载装置中，载荷传感器为三轴载荷传感器，能够测量受力状态下曲面结构试样支撑位置的轴压载荷、周向载荷和径向载荷。
5、可选地，本申请的曲面结构表面载荷加载装置中，试样固定组件包括径向固定组件，该径向固定组件整体呈圆环形，径向固定组件的内径由下至上依次减小。
6、可选地，本申请的曲面结构表面载荷加载装置中，径向固定组件由两个对称的径向固定瓣结构组成，该径向固定瓣结构整体呈半圆环形，径向固定瓣结构的内径由下至上依次减小。
7、可选地，本申请的曲面结构表面载荷加载装置中，试样固定组件还包括纵向固定组件，纵向固定组件包括多个圆周分布在加载平台上的边缘支撑螺柱，边缘支撑螺柱的顶部设置一体相连的支撑凸起，边缘支撑螺柱的底部与加载平台连接装配并能够根据试验要求调整边缘支撑螺柱的纵向高度，边缘支撑螺柱的底部同轴心装配锁紧螺母。
8、可选地，本申请的曲面结构表面载荷加载装置中，密封法兰的上部设置密封槽，密封槽内设置密封圈。
9、可选地，本申请的曲面结构表面载荷加载装置中，加载平台的底部设置多个支撑底座。
10、可选地，本申请的曲面结构表面载荷加载装置中，覆膜设置在加载平台上，对试样固定组件以及多个支撑传感组件进行包覆密封。
11、根据本申请的第二方面，提供一种曲面结构表面载荷加载试验方法，该方法包括：
12、将多个支撑传感组件安装在具有支撑底座的加载平台上，安装时使载荷传感器的两个水平测力方向分别与曲面结构试样的径向和周向一致，从而确保对曲面结构试样支撑位置的径向载荷和周向载荷进行精确的测定；
13、将纵向固定组件安装在加载平台上，将边缘支撑螺柱的高度调整至最低位置；将曲面结构试样放置在纵向固定组件上方，通过支撑传感组件的支撑螺杆定位连接，并通过支撑螺杆上端部的固定螺母锁紧固定；
14、调整边缘支撑螺柱高度，使边缘支撑螺柱顶部支撑凸起上端面与曲面结构试样底部接触贴合，通过锁紧螺母对边缘支撑螺柱锁紧固定，从而对曲面结构试样进行纵向支撑固定；将径向固定组件安装在加载平台上对曲面结构试样进行径向固定；
15、将密封法兰同轴心设置在加载平台的贯通孔的下方，通过密封法兰上的航空插头对支撑传感组件进行电气控制的传输；采用覆膜对曲面结构试样以及加载平台上部的所有组件进行完整包覆，构建密封空间；
16、通过密封法兰上的真空管路接头对曲面结构试样内腔体形成真空负压，对曲面结构试样的表面加载均匀的载荷，通过逐级加载不同的真空度，记录支撑传感组件采集的试验数据，试验数据包括载荷数据、气密压力数据以及曲面结构试样的结构应变、位移测量值。
17、本申请的曲面结构表面载荷加载装置及试验方法，通过在曲面结构试样外表面覆膜以实现内腔密闭，采用抽真空的方式在内腔形成负压，从而巧妙地实现了对曲面结构试样外表面施加均布载荷的效果。与传统加载方法相比，本申请实施例具有以下显著的有益技术效果：
18、一、提升加载均匀性与准确性
19、无加载空隙：传统气囊加载方式由于气囊与曲面结构试样表面之间可能存在未直接加载的区域，导致载荷分布不均匀。而本申请通过覆膜抽真空的方式，使曲面结构试样内腔形成一个完整的负压环境，不存在加载空隙，确保了施加载荷在整个外表面的均匀分布。这种均匀的载荷分布能够更准确地模拟实际飞行工况下气动载荷对曲面壳体结构的作用，提高了试验结果的可靠性。
20、精确控制载荷：抽真空过程可以通过精确控制真空度来实现对施加载荷大小的准确控制。真空度与施加的负压力之间存在明确的对应关系，通过高精度的真空泵和压力传感器等设备，可以精确地实现对载荷的微调，满足不同试验阶段对载荷精度的要求，为精确研究曲面壳体结构在不同载荷水平下的力学性能提供了有力保障。
21、二、加载装置优势
22、加工难度低：与传统气囊支承工装相比，本申请的加载装置无需复杂的外形加工和高精度的配合要求。覆膜可以根据曲面结构试样的外形尺寸进行定制，加工过程相对简单，大大降低了加工难度和成本，缩短了试验准备周期。
23、安装操作方便：由于加载装置结构简单，安装过程也极为便捷。无需像传统气囊加载方案那样，需要精确安装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种曲面结构表面载荷加载装置，其特征在于，所述装置包括加载平台、试样固定组件、密封法兰和多个支撑传感组件以及覆膜，加载平台的中心设置贯通孔，密封法兰同轴心设置在贯通孔的下方并与加载平台的底部固定连接，多个支撑传感组件和试样固定组件由内向外圆周分布在贯通孔的外侧并与加载平台的上部固定连接，密封法兰上设置真空管路接头和多个航空插头和，通过试样固定组件将曲面结构试样固定在加载平台的上部，通过航空插头对支撑传感组件进行载荷信号采集，通过真空管路接头对曲面结构试样与加载平台之间的空间进行真空度控制，实现对曲面结构试样加载均匀的表面载荷。
2.根据权利要求1所述的曲面结构表面载荷加载装置，其特征在于，支撑传感组件包括支撑传感底座、载荷传感器、传感器支承、支撑螺杆和固定螺母，支撑传感底座固定装配在加载平台的上部，载荷传感器和传感器支承从下至上依次固定设置在支撑传感底座的上部，支撑螺杆的下端与传感器支承固定连接，支撑螺杆的上端设置固定螺母。
3.根据权利要求2所述的曲面结构表面载荷加载装置，其特征在于，载荷传感器为三轴载荷传感器，能够测量受力状态下曲面结构试样支撑位置
4.根据权利要求1所述的曲面结构表面载荷加载装置，其特征在于，试样固定组件包括径向固定组件，该径向固定组件整体呈圆环形，径向固定组件的内径由下至上依次减小。
5.根据权利要求4所述的曲面结构表面载荷加载装置，其特征在于，径向固定组件由两个对称的径向固定瓣结构组成，该径向固定瓣结构整体呈半圆环形，径向固定瓣结构的内径由下至上依次减小。
6.根据权利要求1所述的曲面结构表面载荷加载装置，其特征在于，试样固定组件还包括纵向固定组件，纵向固定组件包括多个圆周分布在加载平台上的边缘支撑螺柱，边缘支撑螺柱的顶部设置一体相连的支撑凸起，边缘支撑螺柱的底部与加载平台连接装配并能够根据试验要求调整边缘支撑螺柱的纵向高度，边缘支撑螺柱的底部同轴心装配锁紧螺母。
7.根据权利要求1所述的曲面结构表面载荷加载装置，其特征在于，密封法兰的上部设置密封槽，密封槽内设置密封圈。
8.根据权利要求1所述的曲面结构表面载荷加载装置，其特征在于，加载平台的底部设置多个支撑底座。
9.根据权利要求1所述的曲面结构表面载荷加载装置，其特征在于，覆膜设置在加载平台上，对试样固定组件以及多个支撑传感组件进行包覆密封。
10.一种曲面结构表面载荷加载试验方法，其特征在于，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种曲面结构表面载荷加载装置，其特征在于，所述装置包括加载平台、试样固定组件、密封法兰和多个支撑传感组件以及覆膜，加载平台的中心设置贯通孔，密封法兰同轴心设置在贯通孔的下方并与加载平台的底部固定连接，多个支撑传感组件和试样固定组件由内向外圆周分布在贯通孔的外侧并与加载平台的上部固定连接，密封法兰上设置真空管路接头和多个航空插头和，通过试样固定组件将曲面结构试样固定在加载平台的上部，通过航空插头对支撑传感组件进行载荷信号采集，通过真空管路接头对曲面结构试样与加载平台之间的空间进行真空度控制，实现对曲面结构试样加载均匀的表面载荷。
2.根据权利要求1所述的曲面结构表面载荷加载装置，其特征在于，支撑传感组件包括支撑传感底座、载荷传感器、传感器支承、支撑螺杆和固定螺母，支撑传感底座固定装配在加载平台的上部，载荷传感器和传感器支承从下至上依次固定设置在支撑传感底座的上部，支撑螺杆的下端与传感器支承固定连接，支撑螺杆的上端设置固定螺母。
3.根据权利要求2所述的曲面结构表面载荷加载装置，其特征在于，载荷传感器为三轴载荷传感器，能够测量受力状态下曲面结构试样支撑位置的轴压载荷、周向载荷和径向载荷。
4.根据权利要求1所述的曲面结构表面载荷加载...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，于文涛，宋文理，任学冲，严振刚，王晓地，程远，杨梦梦，田振，江涛，韩天宇，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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