一种舰载飞机载荷测量与舰面特性模拟装置及方法与流程

本发明涉及飞机试验，具体是涉及一种舰载飞机载荷测量与舰面特性模拟装置及方法。

背景技术：

1、舰载飞机在航母舰面着舰时，舰面撞击载荷对其结构设计评估，减重优化方案设计等至关重要。舰面撞击载荷在研制阶段通常由试验室进行地面试验通过地面载荷测试平台测量。

2、上述地面试验只针对正常着舰起落架地面载荷测试情况。但对于偏航落震、拦阻钩着舰撞击等特殊场景，无法采用机轮带转的方式模拟航向速度，传统的起落架落震试验方法无法满足航向速度模拟要求，需通过在试验件下方安装一旋转飞轮的方法模拟。

3、国内目前尚无该类型的舰载飞机载荷测量与舰面特性模拟装置。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明提供了一种舰载飞机载荷测量与舰面特性模拟装置及方法。

2、本发明的技术方案是：

3、一种舰载飞机载荷测量与舰面特性模拟装置，包括第一旋转飞轮、第二旋转飞轮以及配重块，所述第一旋转飞轮和第二旋转飞轮通过驱动电机同步驱动转动，所述驱动电机下方固定连接有滑块，所述滑块底部滑动连接有滑槽，滑块前端设有用于驱动其沿所述滑槽滑动的推杆电机；

4、所述第一旋转飞轮的侧壁依次固定有第一测力部、第二测力部和第三测力部，所述第一测力部的内壁设有若干个紧密排列的第一测力传感器，所述第一测力传感器与第一旋转飞轮的侧壁贴合；

5、所述第二测力部的内壁设有若干个紧密排列的第二测力传感器，所述第二测力传感器与第一旋转飞轮的侧壁贴合；

6、所述第三测力部的内壁设有若干个紧密排列的第三测力传感器，所述第三测力传感器与第一旋转飞轮的侧壁贴合；

7、所述第二旋转飞轮的侧壁固定套设有一圈第四测力部，所述第四测力部的内壁设有若干个紧密排列的第四测力传感器，所述第四测力传感器与第二旋转飞轮的侧壁贴合；

8、所述配重块顶部通过电液推杆与试验室顶部连接，配重块后侧底部铰接设有拦阻钩试验件，所述拦阻钩试验件的末端钩头位于所述第一旋转飞轮初始位置的正上方。

9、进一步地，所述驱动电机的输出轴与所述第一旋转飞轮的后侧面中心处固定连接，第一旋转飞轮的前侧面中心处设有连杆，所述连杆与所述第二旋转飞轮的后侧面中心处固定连接，第二旋转飞轮的前侧面中心处设有转动杆，所述滑块顶面前侧设有固定块，所述转动杆与所述固定块的后侧壁转动连接，滑块顶面后侧通过固定杆与所述驱动电机底部固定连接。

10、说明：通过连杆和转动杆的设置能够使第一旋转飞轮和第二旋转飞轮同步转动，从而实现快速调节的目的，使第二旋转飞轮在移动后立即能够达到设定速度。

11、进一步地，所述第一测力部为一段弧度为π/4~π/3的中空冖型圆环，第一测力部的外环半径为所述第一旋转飞轮半径的1.1~1.2倍，所述第二测力部为一段弧度为π/2~2π/3的中空冖型圆环，第二测力部的外环半径为第一旋转飞轮半径的0.5~0.8倍，所述第三测力部为一段弧度为2π/3~3π/4的中空冖型圆环，第三测力部的外环半径为第一旋转飞轮半径的2~2.5倍，所述第四测力部为中空冖型圆环，第四测力部的外环半径为所述第二旋转飞轮半径的1.1~1.2倍，第一测力部的外环半径与第四测力部的外环半径相同。

12、说明：由于平整舰面受碰撞的情况最为普遍，因此通过将第一测力部和第四测力部的外环半径设置成能够模拟平整舰面的接触受力情况，能够更加接近真实情况。

13、进一步地，所述第三测力部的外壁上设有若干个凹槽。

14、说明：通过凹槽的设置能够模拟出拦阻钩撞击舰面障碍物的情况。

15、进一步地，所述第一旋转飞轮和第二旋转飞轮的前后两侧边缘均等间距设有若干个螺纹孔，所述第一测力部、第二测力部、第三测力部、第四测力部的前后两侧内边缘均等间距设有若干个螺纹杆，所述螺纹杆贯穿所述螺纹孔且与螺纹孔螺纹连接，螺纹杆两端均设有螺帽。

16、说明：通过螺纹杆连接的方式能够保证各个测力部与旋转飞轮之间连接紧密牢固，加强各个测力传感器的稳定性。

17、进一步地，所述第一旋转飞轮外侧面对应所述第一测力部、第二测力部和第三测力部位置处均设有一个编码器，第一测力部、第二测力部、第三测力部和第四测力部外壁表面均涂刷有航母甲板涂层材料。

18、说明：通过编码器的设置能够确保精确控制拦阻钩的落点位置，通过涂刷航母甲板涂层材料使测力部更加接近真实情况。

19、本发明还提供了一种舰载飞机载荷测量与舰面特性模拟方法，基于上述一种舰载飞机载荷测量与舰面特性模拟装置，包括以下步骤：

20、s1、试验准备：通过推杆电机将滑块复位至滑槽的最前端，使拦阻钩试验件位于第一旋转飞轮的正上方，通过电液推杆将配重块提升至指定高度；

21、s2、落震试验：包括平整舰面落震或倾斜舰面落震或障碍物舰面落震；

22、其中，平整舰面落震：开启驱动电机使其带动第一旋转飞轮和第二旋转飞轮同步转动，通过外部控制器对第一旋转飞轮外侧面进行扫频，确定第一测力部经过第一旋转飞轮正上方的时间，随后通过拦阻钩试验件的末端钩头距离第一旋转飞轮正上方的初始高度以及拦阻钩试验件下落至第一旋转飞轮正上方时的瞬时速度从而计算得到拦阻钩试验件的下落时间，进而可以确保拦阻钩试验件下落后准确碰撞到第一测力部上，通过第一测力传感器测得撞击载荷，模拟舰载飞机拦阻钩落下后首先与平整舰面接触碰撞时的受力载荷；

23、倾斜舰面落震：开启驱动电机使其带动第一旋转飞轮和第二旋转飞轮同步转动，通过外部控制器对第一旋转飞轮外侧面进行扫频，确定第二测力部经过第一旋转飞轮正上方的时间，随后通过拦阻钩试验件的末端钩头距离第一旋转飞轮正上方的初始高度以及拦阻钩试验件下落至第一旋转飞轮正上方时的瞬时速度从而计算得到拦阻钩试验件的下落时间，进而可以确保拦阻钩试验件下落后准确碰撞到第二测力部上，通过第二测力传感器测得撞击载荷，模拟舰载飞机拦阻钩落下后首先与倾斜舰面接触碰撞时的受力载荷；

24、障碍物舰面落震：开启驱动电机使其带动第一旋转飞轮和第二旋转飞轮同步转动，通过外部控制器对第一旋转飞轮外侧面进行扫频，确定第三测力部经过第一旋转飞轮正上方的时间，随后通过拦阻钩试验件的末端钩头距离第一旋转飞轮正上方的初始高度以及拦阻钩试验件下落至第一旋转飞轮正上方时的瞬时速度从而计算得到拦阻钩试验件的下落时间，进而可以确保拦阻钩试验件下落后准确碰撞到第三测力部上，通过第三测力传感器测得撞击载荷，模拟舰载飞机拦阻钩落下后首先与舰面障碍物接触碰撞时的受力载荷；

25、s3、平整舰面二次落震：当拦阻钩试验件与第一测力部、第二测力部或第三测力部碰撞后弹起，拦阻钩试验件绕其与配重块的铰接点向上运动后下落，此时开启推杆电机使其带动滑块沿滑槽滑动，将仍在转动中的第二旋转飞轮移动至拦阻钩试验件的正下方，使拦阻钩试验件下落后与第四测力部发生碰撞，通过第四测力传感器测得撞击载荷，模拟舰载飞机拦阻钩二次落下后与平整舰面接触碰撞时的受力载荷。

26、更进一步地，所述步骤s2中开启驱动电机使其带动第一旋转飞轮和第二旋转飞轮同步转动的线速度为260~300km/h，拦阻钩试验件下落至第一旋转飞轮正上方时的瞬时速度为6~8m/s。

27、说明：通过调整第一旋转飞轮和第二旋转飞轮同步转动的线速度从而能够模拟真实舰载飞机着舰时拦阻钩的碰撞速度，配合调整拦阻钩试验件下落至第一旋转飞轮正上方时的瞬时速度从而实现力的平衡以及速度的平衡。

28、更进一步地，所述步骤s3中开启推杆电机使其带动滑块沿滑槽滑动的同时，调整驱动电机的转速使其带动第一旋转飞轮和第二旋转飞轮同步转动的线速度为240~260km/h。

29、说明：通过调整第二旋转飞轮转动的线速度从而能够真实模拟舰载飞机着舰时拦阻钩弹起后二次碰撞的速度。

30、本发明的有益效果是：

31、（1）本发明的舰载飞机载荷测量与舰面特性模拟装置可直接模拟舰载飞机着舰时航母甲板的方向角度及运动特性，模拟边界条件更为真实，主要通过在高速旋转的旋转飞轮上安装测力部，并配合拦阻钩试验件的自由下落进行碰撞模拟，克服了以往高速旋转体撞击载荷需通过应变片测量推导撞击载荷的情况，可通过本装置直接测试，无需通过其他公式进行理论推导，具有较高的试验与测量精度；

32、（2）本发明的舰载飞机载荷测量与舰面特性模拟装置通过设置两个旋转飞轮并配合对应的测力部能够实现模拟舰载飞机着舰时拦阻钩弹起后二次碰撞的情况，并且通过滑块以及推杆电机能够实现快速调节的目的，使第二旋转飞轮在移动后立即能够达到设定速度；

33、（3）本发明的舰载飞机载荷测量与舰面特性模拟装置通过不同的测力部能够模拟出不同的着舰情况，由于平整舰面受碰撞的情况最为普遍，因此通过将第一测力部和第四测力部的外环半径设置成能够模拟平整舰面的接触受力情况，能够更加接近真实情况，而第二测力部设置成小半径大弧度的圆环用于模拟倾斜舰面落震的情况，第三测力部则通过设有的凹槽模拟出拦阻钩撞击舰面障碍物的情况，通过螺杆连接的方式能够保证各个测力部与旋转飞轮之间的连接紧密牢固，加强各个测力传感器的稳定性；

34、（4）本发明的舰载飞机载荷测量与舰面特性模拟方法通过调整第一旋转飞轮和第二旋转飞轮同步转动的线速度从而能够模拟真实舰载飞机着舰时拦阻钩的碰撞速度，配合调整拦阻钩试验件下落至第一旋转飞轮正上方时的瞬时速度从而实现力的平衡以及速度的平衡；通过调整第二旋转飞轮转动的线速度从而能够真实模拟舰载飞机着舰时拦阻钩弹起后二次碰撞的速度。