一种用于模拟硬物损伤轻气炮的瞄准装置的制作方法

本发明涉及一种用于模拟硬物损伤轻气炮的瞄准装置，属于航空发动机结构强度技术领域。

背景技术：

航空发动机在工作过程中，高速旋转的风扇、压气机和涡轮叶片不仅承受着巨大的离心力载荷，同时还承受着气流强迫振动引起的高频振动载荷，使得高循环疲劳失效成为设计中必须考虑的关键问题。由于高循环失效对结构表面状态非常敏感，而航空发动机在起飞、着陆或低空飞行过程中，常常会因为强大的气流压力吸入一些硬物(如砂子、水泥块、螺钉等)，随后进入发动机气流通道后与高速旋转的叶片发生碰撞形成硬物冲击损伤而极易成为疲劳源，造成叶片过早发生高循环疲劳失效危及飞行安全。

预防叶片的高循环疲劳失效问题的有效途径之一是确保设计振动应力小于构件的许用振动应力(即疲劳极限强度)。准确预估与评定构件的疲劳极限强度是解决这一问题的首要条件。航空发动机叶片等构件遭受硬物损伤后，其疲劳极限强度会出现不同程度的下降，所以准确评估硬物损伤后构件的疲劳极限强度下降程度是评判损伤保证飞行安全的前提。

工程中通常采用轻气炮高速弹道冲击试验装置发射硬物冲击叶片或试样以模拟实际外场出现的硬物损伤，由于硬物损伤的随机性使得模拟冲击试验中需要让弹道轨迹瞄准叶片或试样上的不同位置从而获得不同形状和大小的冲击损伤，而裸眼瞄准往往将导致较大的试验分散性甚至导致试验失败，因此模拟硬物损伤的轻气炮试验系统需要一种快速而准确的瞄准装置。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于模拟硬物损伤轻气炮的瞄准装置，解决裸眼瞄准导致较大的试验分散性甚至导致试验失败的问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种用于模拟硬物损伤轻气炮的瞄准装置，其特征是，包括滤光头(1)、轻气炮炮管(2)和二极管激光器(3)；所述滤光头(1)插入轻气炮炮管(2)的止托口(h)中，二极管激光器(3)插入轻气炮炮管(2)的装弹口(i)中，二极管激光器发射的光束经过滤光头后产生与轻气炮炮管(2)轴线重合的光束。

前述的一种用于模拟硬物损伤轻气炮的瞄准装置，其特征是，所述滤光头包括定位端面、安装圆柱面、一级滤光孔和二级滤光孔；所述一级滤光孔和二级滤光孔依次位于安装圆柱面内，且一级滤光孔、二级滤光孔与安装圆柱面具有较高的同轴度，同轴度误差小于0.02mm；所述一级滤光孔的另一端贯穿定位端面；所述安装圆柱面(b)与氢气炮炮管(2)的止托口(i)之间采用间隙配合且具有较小的间隙量，配合间隙小于0.02mm，不仅便于拆装同时保证二级滤光孔(d)与出射弹体飞行轨迹具有较高同轴度，实现精确瞄准；所述二极管激光器发射的光束依次经过滤光头的一级滤光孔(c)和二级滤光孔(d)后产生与轻气炮炮管(2)轴线重合且光斑极小的光束以达到快速瞄准的目的。

前述的一种用于模拟硬物损伤轻气炮的瞄准装置，其特征是，所述二极管激光器(3)包括依次连接的可拆镜头(e)、激光发生器(f)和电导线(g)；所述可拆镜头(e)的外圆柱直径与轻气炮炮管(2)的装弹口的内经相同并采用间隙量较小的间隙配合，配合间隙小于0.02mm，已实现便于拆卸的同时保证激光光束与轻气炮炮管(2)具有较好的同轴度。

前述的一种用于模拟硬物损伤轻气炮的瞄准装置，其特征是，所述滤光头(1)的二级滤光孔(d)具有极小孔径，孔径应不大于0.5mm，以保证透过二级滤光孔(d)的光束形成极小的光斑。

本发明所达到的有益效果：本技术方案有效解决了实验室模拟硬物损伤试验中轻气炮的快速而准确的瞄准问题。采用二极管激光器发射激光束并采用具有微孔的滤光器进行滤光的原理，既能产生微小光斑又不至于光斑强度不够而造成观察困难。二极管激光器、轻气炮炮管、滤光器之间采用间隙量较小的配合方式不仅能保证出射光束与出射弹体弹道轨迹一致亦能实现拆装便捷的要求。该瞄准装置不仅具有部件少，装配便捷而且还具有使用简单可靠的优点。

附图说明

图1是本发明一种用于模拟硬物损伤轻气炮的瞄准装置与炮台结构总图；

图2是本发明一种模拟硬物损伤轻气炮的瞄准装置及装配图；

图3是激光束在本发明装置中的路径图；

图4是瞄准装置中的滤光头示意图；

图5是轻气炮炮管示意图；

图6是瞄准装置中的二极管激光器示意图；

图7是冲击凹坑损伤与激光束光斑的大小与相对位置示意图。

图中附图标记的含义：

1-滤光器，2-炮管，21-炮管始端，22-炮管，23-炮管末端，24-原始激光束，25-通过滤光孔的激光束，26-光斑，27-冲击凹坑损伤，3-二极管激光器，

4-高压气源，5-阀门，6-压力传感器，7-压力读数，8-高压气室，9-发射开关，10-电磁阀，11-支架，12-激光传感器，13-防护罩，14-试样，15-可调夹具，16-硬物速度激光测量系统，17-计时器，

a-定位端面，b-安装圆柱面，c-一级滤光孔，d-二级滤光孔，e-可拆镜头，f-激光发生器，g-电导线，h-止托口，i-装弹口，g-局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

参阅图2/4/5/6，本瞄准装置包括滤光头(1)和二极管激光器(3)。

工作时，将滤光头(1)插入轻气炮炮管(2)的止托口(h)中，将二极管激光器(3)插入轻气炮炮管(2)的装弹口(i)中，二极管激光器发射的光束经过滤光头的一级滤光孔(c)和二级滤光孔(d)后产生与轻气炮炮管(2)轴线重合且光斑极小的光束，以此达到快速瞄准的目的，如图1所示。该瞄准装置装配图如图2所示，其中激光束路径如图3所示。

本实施例中滤光头如图4所示，其配合圆柱面(b)的直径为12mm，一级滤光孔(c)的直径为4mm，二级滤光孔的直径为0.5mm。一级滤光孔、二级滤光孔与安装圆柱面具备同轴度误差为0.02mm。

轻气炮炮管如图5所示，炮管装弹口(i)与止托口(h)的直径均为12mm。二极管激光器如图6所示，其可拆镜头的外圆柱面直径为12mm。

本实施例中二极管激光器与炮管装弹口的装配间隙为0.02mm，滤光头与炮管止托口的装配间隙为0.02mm。本实施例中通过滤光器的激光束落在试样表面上的光斑直径小于1.0mm。

为了验证该瞄准装置的准确性，如图1,3所示，所搭载的实验平台，本实施例中首先采用该瞄准装置对准期望的位置，然后以300m/s速度发射3mm钢球冲击试样表面形成凹坑型冲击损伤，最后在保持试样及炮管状态不变的前提下重新安装瞄准装置，即二极管激光器以及滤光头，结果发现出射光束光斑完全落于凹坑底部如图7，因此能够说明本瞄准装置的准确性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。