发射冲击模拟实验系统的制作方法

1.本发明用于模拟燃气对设备的冲击，特别涉及一种发射冲击模拟实验系统。


背景技术：

2.对于喷出式推进器，其瞬间喷出的气体压力极大，气体压力的大小直接影响推进器本身部件以及外设相关部件的设计要求，故需要一种模拟燃气对设备的冲击的装置；
3.因此，为解决以上问题，需要一种发射冲击模拟实验系统，用于模拟发射载荷，同时该装置通过活动阀芯配合阻尼结构，可对气体的冲击力进行增压延时，防止活动阀芯被刚性冲击导致碰撞损坏。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种发射冲击模拟实验系统，用于模拟发射载荷，该装置通过活动阀芯配合阻尼结构，可对气体的冲击力进行增压延时，防止活动阀芯被刚性冲击导致碰撞损坏。
5.本发明的发射冲击模拟实验系统，包括供气系统、储气罐以及增压延时装置，所述增压延时装置包括进气段、出气段、阻尼段、阻尼件以及活动阀芯，所述阻尼段同轴连接于进气段的右侧，所述出气段与进气段垂直连接，所述活动阀芯轴向密封滑动安装于进气段和/或阻尼段内，所述活动阀芯轴向滑动可打开或关闭出气段，所述进气段用于通入高压气体并冲击活动阀芯轴向右滑以打开出气段，所述阻尼件安装于阻尼段内用于缓冲活动阀芯被冲击向右滑动的动能，所述储气罐出气端与进气段连通，所述供气系统的出气端与储气罐连通，所述供气系统的出气端与阻尼段内位于活动阀芯右侧的腔室连通，所述供气系统出气端与储气罐之间、供气系统出气端与阻尼段之间以及储气罐出气端与进气段之间设置有阀门。
6.进一步，所述阻尼件包括位于活动阀芯右侧的缓冲活塞以及弹性件，所述缓冲活塞与阻尼段轴向滑动配合，所述弹性件连接于缓冲活塞轴向一端并具有阻止缓冲活塞轴向右滑的弹性力，所述活动阀芯轴向右滑打开出气段时与缓冲活塞碰撞形成缓冲。
7.进一步，所述阻尼段内具有缩口段，所述缓冲活塞轴向滑动配合安装于缩口段内，所述活动阀芯的右端具有阻尼器，所述阻尼器与缩口段同轴设置且阻尼器外径小于缩口段内径，所述活动阀芯轴向右滑打开出气段时，阻尼器伸至缩口段内且阻尼器外圆与缩口段内圆之间形成环形阻尼间隙。
8.进一步，还包括连接于阻尼段右端的泄压段，所述泄压段具有密闭腔室，所述阻尼段中位于缓冲活塞右侧的腔室与泄压段腔室之间通过泄压通道连通，所述泄压通道上设置有泄压调节阀，所述泄压调节阀可调节泄压通道的开度。
9.进一步，所述活动阀芯包括中空的左阀体和右阀体，所述右阀体连接于左阀体右端，所述阻尼器连接于右阀体右端，所述右阀体与阻尼段轴向密封滑动配合，所述活动阀芯轴向左滑关闭出气段时，左阀体用于封闭进气段以阻止气流由进气段向出气段流动。
10.进一步，所述泄压调节阀包括设置于泄压段上的调节阀体以及以沿调节阀体轴向滑动的方式内套于调节阀体内的调节阀杆，所述调节阀体一端与泄压通道垂直连接、另一端穿至泄压段外，所述调节阀杆外端沿调节阀体穿至泄压段外，所述调节阀杆内端部可被驱动伸至泄压通道内进而调节泄压通道的开度。
11.进一步，所述左阀体外圆呈左小右大的阶梯结构，所述进气段内腔靠近左端侧呈内径左小右大的阶梯腔，所述出气段与进气段内腔大径段径向正对并连通，所述进气段大径段内径大于左阀体大径段外径，所述左阀体上沿圆周阵列开设有多个排气槽，所述活动阀芯轴向左滑关闭出气段时，左阀体的小径端伸至进气段内腔小径段内并封闭进气段，所述左阀体的大径段位于进气段内腔大径段处，且进气段内腔通过排气槽与左阀体内腔连通。
12.进一步，所述泄压段的左端面处设置有封闭的连接盘，所述阻尼件还包括阻尼管，所述阻尼管连接于连接盘上并向左延伸至缩口段内，所述缓冲活塞外套于阻尼管上并与阻尼管轴向滑动配合，所述阻尼管内腔与泄压段内腔连通。
13.进一步，所述缓冲活塞包括外套以及安装于外套内的缓冲件，所述外套的右端面具有径向向内延时形成的连接环，所述缓冲件固定连接于连接环上。
14.进一步，所述阻尼器为中空结构，所述阻尼器右端开设有供阻尼管左端穿过的避让孔。
15.进一步，所述串料装置还包括竖向驱动器，所述竖向驱动器可驱动底座升降。
16.本发明的有益效果：
17.本发明中通过调整储气罐内的充气压强可调整输出燃气冲击强度，模拟发射载荷；当进气段通入高压气体时，活动阀芯受到冲击载荷，在阻尼段内快速运动，为降低活动阀芯的冲击，在活动阀芯向右滑动过程中，具有两级缓冲结构，阻尼器与缩口段构成了一级缓冲结构；利用缩口段与阻尼器之间的间隙控制活动阀芯打开后的放气速度，减小活动阀芯运动速度；缓冲活塞和弹性件、二级缓冲气室以及泄压通道构成了二级缓冲结构，利用二级缓冲气室配合弹性件减缓活动阀芯运动；活动阀芯的缓冲延时性能可受泄压调节阀以及阻尼段内部气压控制；
18.活动阀芯可轴向进行往复运动，在两个方向上，活动阀芯全程运行平稳、无爬行和震颤现象，且该结构可用于不同进气气压的模拟，适用范围较广，且装置可靠性好，可重复试验使用。
附图说明
19.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
20.图1为本发明系统结构示意图；
21.图2为增压延时装置结构示意图；
22.图3为增压延时装置局部结构示意图1；
23.图4为增压延时装置局部结构示意图2；
24.图5为缓冲活塞结构示意图；
具体实施方式
25.本实施例的发射冲击模拟实验系统，包括供气系统70、储气罐80以及增压延时装置，所述增压延时装置包括进气段10、出气段20、阻尼段30、阻尼件40以及活动阀芯50，所述阻尼段同轴连接于进气段的右侧，所述出气段与进气段垂直连接，所述活动阀芯轴向密封滑动安装于进气段和/或阻尼段内，所述活动阀芯轴向滑动可打开或关闭出气段，所述进气段用于通入高压气体并冲击活动阀芯轴向右滑以打开出气段，所述阻尼件安装于阻尼段内用于缓冲活动阀芯被冲击向右滑动的动能，所述储气罐80出气端与进气段10连通，所述供气系统70的出气端与储气罐80连通，所述供气系统的出气端与阻尼段内位于活动阀芯50右侧的腔室连通，所述供气系统出气端与储气罐之间、供气系统出气端与阻尼段之间以及储气罐80出气端与进气段10之间设置有阀门。
26.结合图1所示，供气系统包括空气压缩机71、吸附式干燥机72以及高压过滤器73，其中吸附式干燥机72安装于空气压缩机71的出气口，高压过滤器73安装于吸附式干燥机72的出气口，高压过滤器73出气端通过管道74与储气罐80以及阻尼段30的内腔连通，高压过滤器73出气端与储气罐80之间的管路上设置有阀门ⅰ75，高压过滤器73出气端与阻尼段30的内腔之间的管路上设置有阀门ⅱ76，储气罐80出气端与进气段10之间设置有阀门ⅲ77；另外在出气段20外接实验工装91，增压延时装置上还设置有快开电磁阀65，快开电磁阀用于使增压延时装置内快速排气；
27.往储气罐80充气时，储气罐80内空气压强达到9mpa的时间不大于1小时。空气压缩机工作压力不低于10mpa，采用风冷冷却方式，吸附式干燥机72以及高压过滤器73的工作参数与高压空压机相匹配，过滤要求不低于c级；储气罐80采用卧式放置，主要由充气阀、气罐、压力表、安全阀、泄压阀等组成，储气罐80设置排污口。
28.待实验工装91安装到位且测试系统调试完毕后，开始试验；试验前，关闭快开电磁阀，打开阀门ⅱ76，向增压延时装置内充入规定压强的空气，此时用于控制增压延时装置内位于活动阀芯50右侧腔室的压强；然后关闭阀门ⅱ76，打开阀门ⅰ75储气罐内充规定压强空气；充气完毕关闭阀门ⅰ75，打开阀门ⅲ77，让储气罐内空气与活动阀芯接触，然后开启快开电磁阀65。快开电磁阀65开启后，增压延时器内气体压强迅速降低；储气罐80内高压气迅速推开活动阀芯，出气段20被打开，高压空气进入试验工装，冲击在被试件上；
29.本实施中左右方向与与图2中进气段10以及阻尼段30的轴向方向一致；安装于进气段和/或阻尼段内含义为，活动阀芯50可单独安装于进气段10或单独安装于阻尼段30，也可以一部分安装于进气段10内，其余部分安装于阻尼段30内；
30.结合图2所示，进气段10和阻尼段30之间连接有三通管11，三通管11竖直向下的部分作为出气段20，三通管11水平段作为进气段10的一部分；进气段10外接一个进气单向阀，进气段10中部设置2个压力传感器，通过该压力传感器监测进气段10的气压压力变化情况，进气段10上还设置一个泄压螺栓，泄压阈值可依据实际使用要求设定；三通管11水平段内设置2个压力传感器，并安装2个高压接近开关，用于监测活塞运动情况，高压接近开关承压能力不低于20mpa，当活动阀芯50运动到位时触发反馈信号；
31.如图2所示，活动阀芯50为关闭出气段20的状态，活动阀芯50的左端位于进气段10内并封闭进气段10，活动阀芯50的中部位于出气段20正上方，活动阀芯50的右端位于阻尼段30内；当活动阀芯50向右滑动时，活动阀芯50的左端滑动至出气段20上方时，使得进气段
10与出气段20连通，此时打开出气段20；
32.通过调整储气罐内的充气压强可调整输出燃气冲击强度，模拟发射载荷；当进气段10内通入高压气体，模拟燃气对设备的冲击，高压气体瞬时高压作用于活动阀芯50左端面，会推动活动阀芯50向右滑动，出气段20打开时，高压气体经过出气段20流出，当高压空气快速推动活动阀芯50运动时，能通过阻尼件40的阻尼对活动阀芯50实行增压延时，防止活动阀芯50被冲击与其他部件发生刚性碰撞，产生直接作用力导致碰撞损坏。
33.本实施例中，所述阻尼件40包括位于活动阀芯50右侧的缓冲活塞41以及弹性件42，所述缓冲活塞41与阻尼段30轴向滑动配合，所述弹性件连接于缓冲活塞41轴向一端并具有阻止缓冲活塞41轴向右滑的弹性力，所述活动阀芯50轴向右滑打开出气段20时与缓冲活塞41碰撞形成缓冲。结合图2所示，弹性件为圆柱螺旋弹簧，当然，弹性件也可以采用碟片弹簧或者其他已知的弹性结构，弹性件安装于缓冲活塞41的右侧，弹性件连接于缓冲活塞41的右端以及阻尼段30的右端，当缓冲活塞41被冲击向右滑动时，压缩弹性件，弹性件吸能对冲击力形成缓冲。
34.本实施例中，所述阻尼段30内具有缩口段30a，所述缓冲活塞41轴向滑动配合安装于缩口段30a内，所述活动阀芯50的右端具有阻尼器51，所述阻尼器与缩口段同轴设置且阻尼器外径小于缩口段内径，所述活动阀芯50轴向右滑打开出气段20时，阻尼器伸至缩口段内且阻尼器外圆与缩口段内圆之间形成环形阻尼间隙。
35.阻尼段30包括一级阻尼段31和二级阻尼段32，其中一级阻尼段31的右端和二级阻尼段32的左端设置有连接法兰，二者通过连接法兰同轴密封连接，一级阻尼段31的左端与三通管11的右端口同轴密封连接；二级阻尼段32内设置2个压力传感器，用于监测阻尼管内压力变化，一级阻尼段31内在活动阀芯50右侧设置2个高压接近开关，用于监测活塞运动情况，高压接近开关承压能力不低于20mpa，当活动阀芯50运动到位时触发反馈信号；
36.其中缩口段30a位于二级阻尼段32的左端口处，也就是说，二级阻尼段32内腔整体为左小右大的阶梯腔，弹性件安装于二级阻尼段32大径腔内，其小径段即为缩口段，缩口段的内径小于一级阻尼段31的内径，阻尼器51的外径略小于缩口段的外径，阻尼器的外径优选小于缩口段外径2
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6mm，也就是说阻尼器伸至缩口段内时，阻尼器外圆与缩口段内圆之间形成环形阻尼间隙为1
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3mm；当阻尼器伸至缩口段内时，阻尼器与缓冲活塞41之间的空气被压缩，相应的右阀体53右端与二级阻尼段32左端之间的空气被压缩，形成压缩阻尼力，通过环形间隙的设置，利于阻尼器与缩口段精确的配合，而且阻尼间隙的设置也利于阻尼器与缓冲活塞41之间的空气以及右阀体53右端与二级阻尼段32左端之间的空气自适应流通，调节气体流速，并保证两侧的气压大致相等，进而保证作用于阻尼器和作用于右阀体53右端的压强大致相等。
37.本实施例中，还包括连接于阻尼段30右端的泄压段60，所述泄压段60具有密闭腔室，所述阻尼段30中位于缓冲活塞41右侧的腔室与泄压段60腔室之间通过泄压通道61连通，所述泄压通道61上设置有泄压调节阀62，所述泄压调节阀可调节泄压通道61的开度。结合图4所示，
38.供气系统出气端与泄压段60进而与阻尼段内腔连通，在泄压段60的左端面处，连接有泄压管64，其中泄压管内腔作为泄压通道61，泄压段60的右端处可外接快开电磁阀65以调节泄压段60内气压；缩口段30a处位于缓冲活塞41左侧的腔室构成了一级缓冲气室33，
其中阻尼器51与缩口段30a构成了一级缓冲结构；二级阻尼段32内位于缓冲活塞41和泄压段60之间的空间形成二级缓冲气室34，缓冲活塞41、弹性件42、二级缓冲气室34以及泄压通道61构成了二级缓冲结构。
39.本实施例中，所述活动阀芯50包括中空的左阀体52和右阀体53，所述右阀体53连接于左阀体52右端，所述阻尼器51连接于右阀体53右端，所述右阀体53与阻尼段30轴向密封滑动配合，所述活动阀芯50轴向左滑关闭出气段20时，左阀体52用于封闭进气段10以阻止气流由进气段10向出气段20流动。
40.结合图2和图3所示，左阀体用于封闭或者打开进气段10，右阀体用于与阻尼段30密封配合，右阀体还主要作为导向作用，提高整个活动阀芯50的精度，进而保证左阀体在打开或者闭合进气段10时，可与进气段10内腔精确的配合；其中右阀体外圆设置有两个阀体密封圈54和两个支撑环55，其中两道阀体密封圈位于两个支撑环轴向之间，以提高右阀体的密封性能和滑动性能。
41.本实施例中，所述泄压调节阀62包括设置于泄压段60上的调节阀体以及以沿调节阀体轴向滑动的方式内套于调节阀体内的调节阀杆62a，所述调节阀体一端与泄压通道61垂直连接、另一端穿至泄压段60外，所述调节阀杆外端沿调节阀体穿至泄压段60外，所述调节阀杆内端部可被驱动伸至泄压通道61内进而调节泄压通道61的开度。开度为零时，泄压通道61关闭，开度为最大时，泄压通道61完全打开；
42.调节阀体包括同轴正对设置的上调节阀体62b和下调节阀体62c，其中上调节阀体62b连接于泄压段60上并密封穿至泄压段60外，下调节阀体62c与泄压管64垂直焊接连接形成类似三通结构，调节阀杆上半段与上调节阀体62b螺纹传动配合，调节阀杆上端连接转动手轮，调节阀杆上半段有刻度线，可以记录调节阀口每次开闭程度；
43.其中调节阀杆62a的下半段同时伸至上调节阀体62b和下调节阀体62c内，调节阀杆62a可被从外侧驱动滑动，当调节阀杆62a滑动至最下方时，则泄压通道61完全被关闭，当调节阀杆62a被驱动向上滑动至下调节阀体62c内时，则泄压通道61完全被打开，可通过调节调节阀杆62a的滑动位置调节泄压通道61的开度，装配时先将调节阀杆装入上调节阀体，再装入泄压段60完成装配；通过调节阀对二级缓冲气室34内高压气排放流量进行调节，对不同近期段压强选择最优流量，将活动阀芯50受到的冲击降到最低；
44.本实施例中，所述左阀体52外圆呈左小右大的阶梯结构，所述进气段10内腔靠近左端侧呈内径左小右大的阶梯腔，所述出气段20与进气段10内腔大径段径向正对并连通，所述进气段10大径段内径大于左阀体52大径段外径，所述左阀体52上沿圆周阵列开设有多个排气槽52a，所述活动阀芯50轴向左滑关闭出气段20时，左阀体的小径端伸至进气段10内腔小径段内并封闭进气段10，所述左阀体的大径段位于进气段10内腔大径段处，且进气段10内腔通过排气槽与左阀体内腔连通。
45.结合图2所示，左阀体的左端小径段的端面为弧形端面，该端面也可以设置为半球形端面，利于左阀体向左滑与进气段10配合，整个阀体为中空结构，利于活动阀芯50的轻量化设计，同时也利于设置排气槽辅助排气；结合图2和图3所示，当活动阀芯50向右滑动，进气段10的开度缝隙较小时，排气槽可辅助排气，加快气体排空。
46.本实施例中，所述泄压段60的左端面处设置有封闭的连接盘63，所述阻尼件40还包括阻尼管43，所述阻尼管连接于连接盘上并向左延伸至缩口段30a内，所述缓冲活塞41外
套于阻尼管上并与阻尼管轴向滑动配合，所述阻尼管内腔与泄压段60内腔连通。
47.结合图2和图4所示，阻尼管43伸至缩口段30a内使得阻尼管的左端口与缩口段内腔连通，阻尼管的右端口与泄压段60内腔连通连通，此时阻尼管作为一级缓冲气室33的泄压通道61；在连接盘63的右端面还连接有活塞套筒44，该活塞套筒44同轴内套于二级阻尼段32内，活塞套筒44的内径等于或者略大于缓冲活塞41的外径，缓冲活塞41的右端向右伸出缩口段并伸至活塞套筒44内形成支撑，活塞套筒44外圆与二级阻尼段32大径段内圆之间具有辅助泄压环形通道45，在连接盘63上开设有与辅助泄压环形通道45连通的通孔。
48.本实施例中，所述缓冲活塞41包括外套41a以及安装于外套内的缓冲件41b，所述外套的右端面具有径向向内延时形成的连接环41c，所述缓冲件固定连接于连接环41c上。结合图4所示，外套41a为金属套，缓冲件为环形的聚氨酯，其中缓冲件外圆与外套内圆密封配合，缓冲件与连接环通过螺钉紧固连接，缓冲件轴向密封滑动外套于阻尼管43上，外套41a与缩口段30a的内圆轴向密封滑动配合，为避免阻尼器51撞击外套41a，缩口段30a内圆呈左小右大的阶梯腔，其中外套41a与缩口段的大径段轴向滑动配合，且外套41a的内径等于或者大于缩口段30a小径段的内径，使得阻尼器51外径小于外套的内径，进而阻尼器51向右滑动时，会直接撞击到缓冲件41b上，并不会与外套刚性撞击。
49.本实施例中，所述阻尼器51为中空结构，所述阻尼器右端开设有供阻尼管43左端穿过的避让孔51a。活动阀芯50整体向右滑动时，阻尼管43穿至阻尼器51形成避让结构，利于增大活动阀芯50的轴向滑动行程，同时也利于一级缓冲气室的泄压。
50.当进气段10突然通入高压气体时，活动阀芯50受到冲击载荷，在阻尼段30内快速右滑，为降低活动阀芯50的冲击，在活动阀芯50向右滑动过程中，具有两级缓冲结构；阻尼器51与缩口段30a构成了一级缓冲结构；利用缩口段30a与阻尼器之间的间隙控制活动阀芯50打开后的放气速度，减小活动阀芯50运动速度；缓冲活塞41和弹性件42、二级缓冲气室34以及泄压通道61构成了二级缓冲结构，利用二级缓冲气室配合弹性件减缓活动阀芯50运动，
51.阻尼段30上位于活动阀芯50右侧的位置设置单向阀，当向阻尼段30内充气时，可调节阻尼段30内各个气室的气压，当通过快开电磁阀65放气时，阻尼段30气压随之降低，因此，活动阀芯50的缓冲延时性能可受泄压调节阀62以及阻尼段30内部气压控制，活动阀芯50可轴向进行往复运动，在两个方向上，活动阀芯50全程运行平稳、无爬行和震颤现象，且该结构可用于不同进气气压的模拟，适用范围较广，且装置可靠性好，可重复试验使用。
52.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。