本发明属于结构冲击动态力学实验技术领域，涉及一种拦阻系统动态吸能特性实验装置及实验方法，特别是工程材料拦阻系统(engineeredmaterialarrestingsystem，简称emas)的动态吸能特性实验装置及实验方法。
背景技术：
飞机在起降过程中冲出跑道是航空安全的主要威胁之一，机场跑道末端的安全区内铺设吸能的工程材料拦阻系统(emas)是阻滞飞机因冲出跑道带来安全危害的有效设施。emas利用拦阻材料在飞机机轮滚压下的溃缩吸收飞机动能，在保证飞机结构和乘员安全的前提下使飞机逐渐减速并最终停止在安全区域内，避免飞机因冲出跑道后进入危险地形(水域、建筑物等)而引发灾难性的后果。
为深入研究机轮在滚压拦阻材料过程中机轮构型、运动状态和拦阻材料力学特性之间的关系，可以通过特定条件下的真实飞机冲入拦阻系统的真机实验进行验证。美国和我国都开展了类似的实验研究，但考虑到真机实验规模大，实验成本和风险均较高，且不适宜建立力学模型。因此，通过单机轮负载滚压emas实验是一种行之有效的替代方法。同时，考虑到不同滚压速度对emas材料的力学特性的影响因素，通过机轮缓慢(准静态)的滚压材料较难真实体现真实的使用状态，进行机轮动态滚压拦阻材料的实验对于获取材料的动态吸能特性及建立材料和机轮作用过程的力学模型具有重要的指导意义。
技术实现要素：
本发明的目的：本发明提供了一种适用于工程材料拦阻系统动态吸能特性的实验测试装置及实验方法。
本发明的技术方案是：
提供一种阻系统动态吸能特性实验装置，包括：提升机构(1)、吊篮(2)、实验台架立柱(3)、三向力传感器(5)、位移传感器(6)、滑车台轨道(8)、承力滚杠(9)、机轮起落架系统(10)、emas材料(11)、滑车台台面(12)和滑车台推进系统(13)；
吊篮与提升机构(1)连接，提升机构(1)使得吊篮上下移动；且吊篮与实验台架立柱(3)形成滑动配合，在吊篮上下移动时实验台架立柱(3)起导向作用；
机轮起落架系统(10)设置在吊篮底部，且在机轮起落架系统(10)与吊篮底部之间安装有三向力传感器；位移传感器(6)设置在机轮起落架系统(10)上；
机轮起落架系统(10)的机轮置于滑车台台面(12)上，在滑车台台面(12)上还设置有emas材料(11)，且emas材料(11)形成斜坡，emas材料(11)为机轮拦阻材料；
所述滑车台台面(12)通过承力滚杠(9)滚动的设置在滑车台轨道(8)上，在滑车台台面(12)后端设置有滑车台推进系统(13)。
进一步的，吊篮内还设置有配重块，所述配重块(4)用于匹配机轮相应的垂向负载。
进一步的，emas材料(11)均匀铺设在滑车台台面(12)上。
进一步的，还包括吸能拦阻器(7)，所述的吸能拦阻器(7)设置在滑车台台面(12)的前方。
进一步的，滑车台推进系统(13)为气动推进系统，在推进系统(13)中预压有压力气体，释放压力气体推动滑车台台面(12)前进
一种上述权利要求1-5的实验装置的实验方法，具体步骤为：通过提升机构(1)将吊篮起吊放置于滑车台前端无铺设材料的台面上方，保持机轮和台面接触但不重压，使机轮和滑车台同步带转，通过滑车台推进系统(13)将滑车台以一定的速度沿着滑车台轨道(8)发射出去，机轮滚压emas材料吸收滑车台的动能，通过三向力传感器(5)测试机轮滚压emas材料过程中的航向力-时间曲线和垂向力-时间曲线，通过位移传感器(6)测试机轮滚压emas材料过程的机轮相对滑台滚动位移和机轮轮轴的抬高高度。
进一步的，结合高速摄像系统获取机轮滚压材料过程中材料的失效模式，研究不同参数对拦阻效果的影响。
机轮通过三向力传感器固定在吊篮上，吊篮安装在“桥”式实验台架的导向架上，通过调整配重块的质量匹配机轮的垂向负载，利用提升机构将配重块、吊篮及其辅助质量吊起，吊篮仅垂向自由，水平方向自由度均受约束，机轮正下方的地基上安装一套承力滚杠，以支撑机轮起落架系统施加在滑车台台面的垂向载荷和尽可能减小运动系统的摩擦力。将机轮放于滑车台前端无材料的台面上方(提升机构提升吊篮保持机轮和台面接触但不重压，使机轮和滑车台同步带转，保证机轮进入材料前的带转速度和滑车台速度同步，使机轮平稳进入拦阻材料中)，为保证机轮进入拦阻材料时已具有足够的初始速度，实验前需将拦阻材料前端和机轮留有一定的加速行程。机轮滚压完铺设的全部材料后，拦阻系统将滑车台剩余动能全部吸收实现减速并停止运动在安全区域内，以保证实验安全。
实验合格判据为：
1.emas材料的总铺设长度不小于9米，其中正式实验段铺设长度不小于7米；
2.机轮允许停留在emas材料中，但需至少滚压5米的材料长度；
3.各类传感器获取的测试参数完整，滑车台冲击速度的测试相对误差小于1％。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种用于emas材料动态吸能特性的实验测试方法和装置，通过单支柱机轮起落架系统动态滚压emas材料的吸能特性实验，用于研究飞机起落架机轮类型、机轮垂向负载状态、机轮滚转速度等参数对emas拦阻载荷的影响关系，更便于建立机轮起落架系统和emas材料作用过程的力学关系，掌握emas材料的动态吸能特性。本方法可部分替代真实飞机冲入emas材料的真机验证实验，规避了真机验证实验的风险大和成本高的缺点，经实测表明，本发明提供的方法具有经济高效，可操作性强等优点，可为民航及军用机场跑道末端应急拦阻系统研发提供支撑，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实验系统示意图；
图2为实验台架示意图；
图3为实验获得的典型的航向载荷-位移曲线。
图中：1-提升机构、2-吊篮、3-实验台架立柱、4-配重块、5-三向力传感器、6-位移传感器、7-吸能拦阻器、8-滑车台轨道、9-承力滚杠、10-机轮系统、11-emas材料、12-滑车台台面、13-滑车台推进系统。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：
将机轮起落架系统(10)通过三向力传感器(5)固连于吊篮(2)的底部，调整配重块(4)的重量匹配机轮相应的垂向负载，emas材料(11)均匀铺设在滑车台台面(12)上，通过提升机构(1)将吊篮起吊放置于滑车台前端无材料的台面上方，保持机轮和台面接触但不重压，使机轮和滑车台同步带转，滑车台推进系统(13)充入相应的压力，将滑车台以一定的速度沿着滑车台轨道(8)发射出去，机轮滚压emas材料吸收滑车台的动能，通过三向力传感器(5)测试机轮滚压emas材料过程的航向力-时间曲线和垂向力-时间曲线，通过位移传感器(6)测试机轮滚压emas材料过程的机轮相对滑台滚动位移和机轮轮轴的抬高高度，并结合高速摄像机和非接触分析系统获得机轮动态滚压材料过程滑车台的速度变化情况，机轮滚压材料后滑车台的剩余速度通过滑车台轴向撞击吸能拦阻器(7)吸收，实现滑车台减速并停止运动。
图3给出了机轮以19m/s初始速度动态滚压emas材料的典型航向载荷-位移曲线，曲线坐标所围面积为机轮滚压材料吸收的滑车台动能。