阅读说明：本技术 气动热力联合试验的试验装置 (The experimental rig of aerothermodynamic Combined Trials ) 是由 高宗战 岳珠峰 陈志翔 党扬帆 耿小亮 张可 杜辉 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种试验装置,用于对试验件进行气动热力联合试验。所述试验装置包括施力装置、施热装置以及限位杆。所述施力装置与所述试验件表面连接,用于向所述试验件施加拉力或压力。所述施热装置具有至少一个发热面,所述发热面与所述试验件表面平行,用于对所述试验件加热。所述限位杆两端分别于所述施热装置连接,且中部与所述试验件相抵。本发明的实验装置能够在试验件在受力发生位移时,使施热装置同步位移,从而保障试验件保持定受热,提高试验可靠性。(The present invention provides a kind of experimental rig, for carrying out aerothermodynamic Combined Trials to testpieces.The experimental rig includes force application apparatus, heat application device and gag lever post.The force application apparatus is connect with the testpieces surface, for applying pulling force or pressure to the testpieces.The heat application device has at least one heating surface, and the heating surface is parallel with the testpieces surface, for heating to the testpieces.The gag lever post both ends are connected respectively at the heat application device, and middle part offsets with the testpieces.Experimental provision of the invention can make heat application device synchronous shift in testpieces when stress is subjected to displacement, to ensure that testpieces keeps fixed heated, improve test reliability.)

气动热力联合试验的试验装置

技术领域

本发明涉及测试装置技术领域，尤其涉及一种用于气动热力联合试验的试验装置。

背景技术

高超声速飞行器具有高机动性、远距离精确打击等特点，可有效减少攻击时间，增强突防和反防御能力，成为航空航天领域的重要发展方向之一。

随着高超声速飞行器设计速度的大幅度提高，其气动热环境变得越来越严酷。严重的气动加热所产生的高温，会显著降低高超声速飞行器材料的强度极限和飞行器结构的承载能力，使结构产生热变形，破坏部件的气动外形并影响飞行器结构的安全性能。为保证高超声速飞行器的安全，确认飞行器的材料和结构是否能经得起高速飞行时所产生的热冲击及高温热应力破坏，必须对高超声速飞行器材料和结构进行气动热模拟试验或热强度试验。目前，对上述材料或结构进行热力联合试验时，试验件受力后往往会发生位移，而导致加热部位发生改变，从而使得试验件受热不稳定，导致试验数据不精确。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种试验装置，用于对试验件进行气动热力联合试验，能够保障试验件受热稳定，从而提高热力性能试验的可靠性。

所述试验装置包括施力装置、施热装置以及限位杆。所述施力装置与所述试验件表面连接，用于向所述试验件施加拉力或压力。所述施热装置具有至少两个发热面，所述发热面与所述试验件的倾斜表面平行，用于对所述试验件加热。所述限位杆与所述试验件的倾斜表面相抵，且与所述施热装置连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述施热装置包括：多个支架杆和多个加热管。所述支架杆可互相连接组成多个框架，所述框架与所述限位杆连接；多个所述加热管可拆卸地安装于所述框架上，形成加热面。

在本公开的一种示例性实施例中，所述施热装置还包括：固定铰支座，与所述限位杆相对设置，且与所述框架连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述加热管的数量与所述试验件的表面积呈正相关。

在本公开的一种示例性实施例中，所述施力装置包括：多级杠杆，所述多级杠杆的一端与作动筒相连，另一端与所述试验件表面连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述多级杠杆，包括：多个加载杠，通过连接杆互相连接；第一连接杆，位于一所述加载杠与所述作动筒之间，两端分别与所述作动筒和所述加载杠连接；第二连接杆，位于所述加载杠之间，两端分别与不同的加载杠连接；第三连接杆，位于一所述加载杠与所述试验件之间，两端分别与所述加载杠与所述试验件连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述施力装置还包括：受力块，位于所述第三连接杆与所述试验件之间，与所述第三连接杆连接；垫块，上下表面分别与所述受力块以及所述试验件表面粘接，且为耐高温材料。

在本公开的一种示例性实施例中，所述支架杆为耐高温金属材料。

在本公开的一种示例性实施例中，所述试验件为高超声速飞行器材料。

本公开的试验装置相比现有技术的有益效果在于：

通过限位杆与试验件相抵且与施热装置连接，能够在试验件有位移时施热装置随着试验件的移动而移动，防止试验件因位移而导致受热不均匀，能够提高试验件温度场的稳定性。由于对试验件的热性能测试与力性能测试同时进行，从而提高了试验的可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

通过参照附图来详细描述其示例性实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本公开实施方式的施热装置和限位杆的示意图；

图2为本公开实施方式的试验件受力示意图；

图3为本公开实施方式的固定接头的示意图；

图4为本公开实施方式的实验装置的示意图；

图5为本公开实施方式的施力装置的示意图；

图6为本公开实施方式的试验件和受力块的示意图。

图中：1、试验件；2、施热装置；3、限位杆；4、加热管；5、第一支架杆；6、第二支架杆；7、第三支架杆；8、固定接头；9、连接孔；10、固定孔；11、作动筒；12、第一连接杆；13、第二连接杆；14、第三连接杆；15、加载杠；16、受力块。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免模糊本公开的各方面。

用语“一”和“该”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

本公开实施方式提供一种试验装置，该试验装置用于对一试验件进行气动热力联合试验。如图1所示，试验件1具有两个倾斜表面。该试验件1可以为燕尾型结构，或者三棱柱结构，但本公开实施方式不限于此。如图1和图2所示，该试验装置包括施热装置2和两个限位杆3；以及作用于试验件倾斜表面6的施力装置。其中：

施力装置位于试验件的倾斜表面6的上方，向所述试验件1施加压力或者拉力。试验件1位于施热装置的内部，施热装置包围与试验件1的周围。施热装置为棱柱形结构的框架，该框架具有两个发热面2，两个发热面2与试验件的两个倾斜表面互相平行。而，施热装置的结构并不限于此，其形状结构根据试验件的形状结构而定。两个限位杆3均安装于施热装置上，且一端部与试验件1的倾斜表面6相抵。

本公开实施方式通过两个限位杆3抵在试验件1的倾斜表面，在施力装置向试验件1的倾斜表面6施加压力或拉力时，试验件1可能产生位移，因而能够带动限位杆3与试验件1共同移动，而限位杆3与施热装置2连接，使得施热装置也能随试验件的移动而移动，从而使施热装置2在试验件1的表面均匀加热，有利于更好地测量试验件1的热应力，提高实验数据的精确性与可靠性。

下面对本公开实施方式中拉伸试验装置的夹具的各部分进行详细说明：

在本上下文中，“第一”、“第二”、“第三”等仅作为相应对象的标记使用，并不对数量或顺序造成限定。

本示例实施方式中，试验件可以用于制作高超声速飞行器，例如航天飞机、导弹等，因此试验件可以为金属材料、或者复合材料，其内部可以有梁和肋。

如图1所示，在一实施方式中，施热装置2可以包括多个支架杆，多个支架杆可以连接组成各种形状结构的框架，例如矩形、三角形等，因此施热装置可以具有矩形、三角形或者其他形状的加热面。施热装置可以包括多个支架杆以及多个加热管。在图1所示实施例中，施热装置包括12个支架杆，12个支架杆构成四棱柱型框架结构。其中，加热管4的两端分别可拆卸地安装于两个第一支架杆5上，以形成了施热装置的加热面。施热装置可以包括两个加热面，且加热面与试验件1的两个倾斜表面平行。第一支架杆5上设置用于固定加热管的沟槽，灯管夹子可以通过加热管上的沟槽将加热管4固定在第一支架杆5上，灯管夹子可以是T5、T10灯管夹子等，但本公开实施方式不限于此。上述两个第一支架杆5的两端分别与两个第三支架杆7相连，形成矩形的加热面。施热装置可以包括两个矩形的加热面，试验件置于两个矩形加热面之间，通过加热管发热对试验件1的表面进行加热。两个加热面之间通过4个第二支架杆6相连，构成一四棱柱型框架结构。第一支架杆5上的多个加热管互相平行固定，均匀分布，其数量与试验件的表面积成正比，试验件的表面积越大，加热管的数量越多，第一支架杆5的长度也就越长。限位杆3穿过第二支架杆7，和第二支架杆7连接，且限位杆3的一端部与试验件1表面接触，抵住试验件。限位杆可以是耐高温金属材料，且限位杆的数量可以根据实际需求设置，例如4个、3个等，本实施方式对此不做限定。

应当理解的是，上述四棱柱型框架的结构仅为示例性说明，在本公开其它实施方式中，施热装置2还可以为其它结构，只要能起到相同的作用即可，在此不再详述。

如图2所示，在一实施方式中，四个限位杆分别与支架杆7相连，其位置两两相对。施力装置能够向试验件1施加压力或者拉力，限位杆3可以与施力装置所施加的力的方向平行；或者，与施热装置上的两侧的支架杆6平行；此外，还可以以其他形式安装于支架杆7上，例如垂直于试验件1的表面等，本实施例对此不做特殊限定。如果施力装置对试验件1施加拉力，则试验件1可能会向拉力的方向移动，即，向上偏转，而4个限位杆3中，其中两个限位杆的一端均抵在试验件1的上表面，另外两个限位杆抵在试验件1的下表面，因此限位杆3将被试验件1带动，与试验件的运动状态保持一致。并且，限位杆3与支架杆7相连，因此限位杆3会带动支架杆7移动，从而使得施热装置的整个框架随着试验件的移动而移动，安装于框架上加热管可以在试验件受力的同时，对试验件进行均匀稳定的加热，实现对试验件的热力联合试验。

在示例性实施方式中，为了给试验件提供稳定均匀的温度场，加热管可以为石英加热器。多个石英加热器可以均匀安装在支架杆7上，每一加热面可以包含约20支石英加热器，施热装置的上下两个加热面可以包括约40支石英加热器。每一石英加热器到试验件表面的距离可以相等，该距离可以根据试验要求设置，例如10cm、20cm等。石英加热器互相之间的距离也可以根据试验的实际效果调整，例如为20cm、50cm等。当然，根据试验件表面积的大小以及实际试验的需要，加热管的数量、加热管之间的距离以及加热管到试验件表面的距离均可以进行调整。

并且，上述石英加热器仅为示例性说明，在本公开的其他实施方式中，加热管还可以是其他能够辐射热的仪器。

参考图2及图3，在本示例实施方式中，在搭建试验装置时，需要将试验装置固定在试验台，试验件一端可以通过固定接头8与试验台连接，从而使整个试验装置能够稳定。试验台可以通过多个横梁和纵梁搭建，并且其固定于地面或者桌面等平面。固定接头8的数量可以包括多个，例如2个、4个等，本实施方式对此不做限定。固定接头8与限位杆3的位置相对，连接在试验件除了上述两个倾斜表面外的另一表面。其中，连接孔9与试验件1的表面相连，固定孔10则通过螺栓将固定接头铰连接于试验台的一横梁。应当理解的是，上述固定接头的结构仅为示例性说明，在本公开其它实施方式中，固定接头8还可以为其它结构，只要能起到相同的作用即可，在此不再详述。

在一实施方式中，支架杆6可以通过与固定铰支座连接将施热装置进行固定。并且，连接所述固定铰支座的支架杆与限位杆3的位置相对，在试验件1连接固定接头的一侧。结合图1和2所示，在试验件受力时，试验件1可以以连接固定接头8的一侧为轴产生转动，位于同一侧的支架杆6与固定铰支座连接，从而使施热装置的整个框架进行转动，且转动方向与试验件转动方向一致。因此，在对试验件进行气动热、力联合的试验中，对试验件施力的同时，可以为试验件提供稳定的温度场，进而提高试验数据的可靠性和精确性。

示例性实施方式中，施力装置可以包括液压作动筒，通过液压作动筒能够向试验件施加压力或者拉力，进而测试试验件的承载能力以及在高温下的热形变等性能。通过液压作动筒作用于与试验件1的表面，试验件1的表面有一受力点，为了能够使试验件1的表面受力均匀，可以通过多级杠杆可以将液压作动筒的力分散为多个力，从而作用在试验件1的多处受力点，使试验件1表面均匀受力。

如图4以及图5所示，三级杠杆将液压作动筒的力分散在8个受力点上，作用于试验件1的表面。具体的，液压作动筒11通过第一连接杆12与加载杠15连接，加载杠15通过第二连接杆13与第二级的加载杠连接。第二连接杆13可以为两个，从而将加载杠15上液压作动筒施加的力分为两个，这两个力分别作用在两个加载杠，这两个加载杠作为第二级加载杠。第二级加载杠再次通过第二连接杆13与第三级加载杠相连，将分别作用在两个第二级加载杠上的两个力分为四个，这四个力分别作用于四个第三级加载杠。第三级加载杠通过第三连接杆连接于试验件表面，并最终将力分为8个，作用于试验件1的表面8个受力点上。其中，第一连接杆12用于连接液压作动筒与加载杠15，而第二连接杆13连接在多个加载杠之间，即，第二连接杆的两端连接的均为加载杠，第三连接杆14连接于加载杠15与试验件1的表面。第一级加载杠、第二级加载杠和第三级加载杠材料、形状、结构可以相同。并且，第一连接杆、第二连接杆和第三连接杆均为耐高温材料制成，其形状结构也可以相同。多个加载杠与多个连接杆之间、作动筒与连接杆之间的连接工艺也可以相同。

示例性实施方式中，第三连接杆可以与一受力块连接，该受力块再与试验件连接，可以防止对试验件表面造成集中受力，如图6所示。受力块16可以与第三连接杆以及试验件表面粘接，以对试验件表面施加力。或者，受力块16上表面可以与一橡胶垫块粘接，通过该橡胶垫块与第三连接杆14相连，并且受力块16下表面也与一橡胶垫块粘接，通过该橡胶垫块与试验件表面粘接，本公开实施方式不以此为限。

在利用本实施方式中的试验装置进行气动热力联合试验时，可以在试验件表面不同位置处布置热电偶和高温应变片，测量试验件的温度和应变随时间的变化。通过电压控制系统控制电柜对加热管输出电压，使得加热管向外辐射热量，并且通过控制液压作动筒对试验件表面施加力。示例性地，可以先控制液压作动筒对试验件表面施加静力载荷，直至达到试验要求，然后对加热管输出电压，控制试验件温度上升、保持和下降，记录试验件在温度变化时的各项试验指标，从而完成试验。

本领域技术人员在考虑说明书及实践后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。