本发明涉及浮空器技术领域，尤其涉及一种浮空器囊体软附件测试系统及测试方法。
背景技术：
浮空器囊体软附件主要包括拉袢、帘布、绳扣、撕裂幅、蝴蝶结、布套等。浮空器完成设计后，在正式生产前，将囊体软附件通过缝纫或者焊接工艺固定在基布上，基布用于模拟浮空器囊体，对基布进行固定，对这些软附件按设计或工艺要求进行多种承载性能测试，包括极限承载测试、不同承载方向的静载测试、反复加载与卸载的动载测试、周期性疲劳测试、抗承载蠕变性能测试及拉伸冲击测试等，验证设计、工艺及材料等达到技术指标要求，并通过这些试验测试获得的测试结果（测试数值和现象），以更进一步的指导囊体软附件加工工艺和设计的改善与优化。
目前行业内缺乏专门针对囊体软附件类的力学性能测试装置，一般是采用简陋的测试台架进行测试，这种简陋的测试台架功能简单、软附件样件的安装与拆卸复杂、测试精度低，仅能开展一些简单的、单方向的静力试验，不能满足囊体软附件不同承力角度下的测试，也不能对软附件开展疲劳、冲击等动力学试验，不能准确把握囊体软附件实际工况下的力学性能，使得囊体软附件难以满足飞行过程中的安全性。
目前针对囊体软附件力学性能的测试主要是采用简陋的测试台架，这种简陋的测试台架主要由承力框架、手动葫芦、张紧力传感器、d型卸扣及钢丝绳等组成。
采用这种简陋的测试台架，主要的测试方法如下：
（1）用两根钢管穿过在基布上预先设计好的套筒，再将两根钢管的两端与承力框架进行连接；
（2）通过卸扣等连接件将基布上软附件的受力点与张紧力传感器的一端连接；
（3）通过卸扣等连接件将张紧力传感器的另外一端与钢丝绳的一端连接；
（4）通过卸扣等连接件将钢丝绳的另外一端与手动葫芦进行连接；
（5）将手动葫芦固定在承力框架上；
（6）拉动手动葫芦，将软附件进行预紧；
（7）继续拉动葫芦，对软附件进行加载，并时刻观察软附件的受力情况，并记录张紧力传感器的读数，直到试验结束。
目前囊体软附件测试系统主要存在以下几个问题：
（1）测试台架只能进行单方向的静载试验，且测试角度仅限于水平或竖直方向，很难进行调整，不能满足囊体附件不同承力角度下的测试，很多角度下的张紧力值只能通过空间角度计算换算到常用角度下进行测试，测试结果的正确性不能保证。
（2）不能对测试样件的基布进行预张紧来模拟浮空器囊体实际工况，测试结果与实际受力值存在较大偏差。
（3）该测试台架，功能简陋，样件的安装与拆卸复杂，工装较重且存在安全隐患。
（4）不能开展软附件疲劳、冲击等动力学试验。
（5）主要是通过手动葫芦进行位移及力值加载，其位移及力值完全是人工操作，不能满足力值、位移精确调节的要求，无法对囊体软附件的力学性能进行精确的测试。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种浮空器囊体软附件测试系统及测试方法，以解决目前浮空器囊体软附件测试装置存在的软附件样件的安装与拆卸复杂、测试精度低、不能满足囊体附件不同承力角度下的测试、不能对软附件开展疲劳、冲击等动力学试验等问题。
本发明的技术方案是：一种浮空器囊体软附件测试系统包括台架、设于所述台架底部用于对基布分别或同步在x/y方向施加张紧力的张紧装置、以及设于所述台架的上端用于对基布施加在x/y/z三个方向上的各角度、高度偏摆加载力的加载装置。
优选的，所述台架包括底座；所述张紧装置包括张紧机构和用于固定基布的基布夹具，所述底座连接在所述台架的底部，所述张紧机构在所述底座的x/y方向上相对设置，所述基布夹具与所述张紧机构一一对应设置；所述张紧机构安装在所述底座的侧边，且每个所述张紧机构均相对于各自的所述侧边正负滑动位移；所述张紧机构正负滑动位移时，所述基布夹具锁紧或松开。
优选的，所述张紧机构包括张紧电机、第一丝杆、滑块组件和第一直线导轨；所述张紧电机安装在所述底座侧边的外侧，所述第一丝杆与所述张紧电机的驱动轴连接，所述第一丝杆水平伸入所述底座内并固定；所述第一直线导轨设于所述底座上，所述滑块组件与所述第一直线导轨滑动连接，所述基布夹具与所述第一丝杆驱动连接，且所述基布夹具与所述滑块组件连接；所述基布夹具与所述滑块组件在滑动方向上间隔设置；所述滑块组件的滑动方向与所述第一丝杆的延伸方向一致。
优选的，所述滑块组件包括滑块、基板和梯形螺母，所述滑块与所述第一直线导轨滑动连接，所述基布夹具连接于所述基板的上侧，所述基板的下侧与所述滑块连接；所述梯形螺母在所述基板的下侧连接所述底座和基布夹具。
优选的，所述基布夹具包括用于套装基布的钢管、固定块、活动块和铰链，所述固定块设于所述张紧机构上，所述铰链的一端与所述张紧机构远离固定块的一端铰接，所述铰链的另一端与所述活动块铰接；所述活动块通过各铰接点向所述固定块扣合后，将所述钢管锁紧于所述固定块和活动块之间。
优选的，所述基布夹具还包括夹具导轨，所述夹具导轨固设于所述张紧机构上，所述活动块上设有与所述夹具导轨插接的槽。
优选的，所述加载装置包括加载缸、定滑轮、角度调节机构和钢丝绳，所述加载缸水平设于所述台架的上端；所述定滑轮设于所述台架的上端且位于所述加载缸输出轴的旁侧；所述角度调节机构设于所述台架上并在x/y/z三个方向上滑动，所述钢丝绳的一端与所述加载缸的输出轴连接，另一端穿过所述角度调节机构与置于所述张紧装置上的基布相连。
优选的，所述角度调节机构包括横移导向轮机构、x向移动导向轮机构、y向移动导向轮机构和z向移动导向轮机构；所述横移导向轮机构水平设于所述台架的上端且位于所述加载缸的下方；所述x向移动导向轮机构、y向移动导向轮机构设于所述台架的底部，且所述x向移动导向轮机构位于台架底部的y方向的边沿并在x方向上滑动，所述y向移动导向轮机构位于台架底部的x方向的边沿并在y方向上滑动；所述z向移动导向轮机构在z方向上滑动设于所述台架上。
优选的，所述x向移动导向轮机构包括在x方向上滑动的导向轮，所述y向移动导向轮机构包括在y方向上滑动的导向轮，所述z向移动导向轮机构包括在z方向上滑动的z导向轮，所述角度调节机构还包括换向轮，所述换向轮设于所述台架上，且所述换向轮位于所述z导向轮和所述y向移动导向轮机构的导向轮之间；所述钢丝绳自横移导向轮机构依次穿过所述z导向轮、换向轮、y向移动导向轮机构的导向轮和x向移动导向轮机构的导向轮与基布连接。
本发明还提供一种浮空器囊体软附件测试方法，采用上述的浮空器囊体软附件测试系统进行，包括：
将浮空器囊体软附件所在基布的四条边与所述张紧装置连接；所述张紧装置给基布的四条边同步或分别施加一定的预紧力，以模拟浮空器囊体在空中的受力状态；
将所述浮空器囊体软附件通过钢丝绳与加载装置连接，通过加载装置向所述浮空器囊体软附件施加加载力，并保证加载力的加载方向与浮空器囊体软附件实际受力方向一致；
收放所述钢丝绳，使所述浮空器囊体软附件处于预紧状态；
根据浮空器囊体软附件实际受力情况，旋转合适的试验类型，对加载装置的参数进行设置；启动加载装置，完成试验。
与相关技术相比，本发明的有益效果为：
一、各组成部分采用模块化设计，安装于拆卸方便；测试系统操作方便，测试精度高，能满足浮空器囊体软附件不同承力角度下的测试，能完成静载、动载、冲击、疲劳等测试试验；
二、本测试系统能对基布的四条边进行单独或整体同步预紧，在最大限度地模拟囊体在空中的实际受力工况，对软附件开展充分的力学性能测试，准确掌握软附件的力学性能，保证囊体及囊体软附件在飞行过程中的安全性；
三、本测试系统不仅适用于浮空器囊体软附件的测试，同时还适用于各种浮空器硬附件的测试，如头锥、尾锥、侧推支架、载荷支架等结构的测试，在浮空器领域有很大的应用前景。
附图说明
图1为本发明提供的浮空器囊体软附件测试系统的结构示意图；
图2为图1中的台架的结构示意图；
图3为图1中的张紧装置的结构示意图；
图4为图3中的张紧机构的安装示意且对基板进行局部剖的示意图；
图5为图3中的滑块组件的安装示意且对基板进行局部剖的示意图；
图6为图3中的基布夹具打开时的示意图；
图7为图3中的基布夹具闭合锁紧时的示意图；
图8为图1中的加载装置的安装示意图；
图9为图8中的角度调节机构的安装示意图；
图10为图9中的横移导向轮机构的结构示意图；
图11为图9中的x/y向移动导向轮的安装示意图；
图12为图9中的z向移动导向轮机构的安装示意图。
附图中：1-台架，2-加载装置，3-张紧装置，4-电控系统，5-浮空器囊体软附件，6-底座，7-立柱，8-斜撑，9-横梁，10-楼梯，11-张紧机构，12-基布夹具，13-基布，14-张紧电机，15-第一丝杆，16-滑块组件，17-第一直线导轨，18-滑块，19-基板，191-固定梁，20-梯形螺母，21-钢管，22-固定块，23-活动块，24-夹具导轨；25-铰链；26-加载缸，27-定滑轮，28-角度调节机构，29-钢丝绳，30-横移导向轮机构，31-x向移动导向轮机构，32-y向移动导向轮机构，33-z向移动导向轮机构，34-换向轮，35-导向轮机构，36-横向减速电机，37-第二丝杆，38-第二直线导轨，39-导向轮，40-t型槽导轨，41-第三丝杆，42-摇把，43-减速机，44-z导向轮，45-第四丝杆，46-z向减速电机，47-导轨，48-高速相机。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
如图1所示，本实施例提供的一种浮空器囊体软附件测试系统包括台架1、设于所述台架1底部用于对基布分别或同步在x/y方向施加张紧力的张紧装置3、设于所述台架1的上端用于对基布施加在x/y/z三个方向上的各角度、高度偏摆加载力的加载装置2以及电控系统4。
如图1、图2所示，所述台架1采用钢结构或钢结构与其他器件组合的刚性台架，为构成测试系统的本体，是测试系统各部分的安装平台。其主要用于浮空器囊体附件5的安装，以及对加载方向、角度、高度进行调整。
所述台架包括底座6、立柱7、斜撑8、横梁9及楼梯10。考虑便于运输，大尺寸部件拆解为多个拼装框架，框架采用型钢焊接而成，框架之间采用螺栓连接。
所述立柱7的数量有两根，左右对侧，所述立柱7的底部与底座6通过螺栓连接，顶部通过螺栓与横梁9连接。所述立柱7上设有爬梯10，用于对横梁9上的设备进行维修。所述斜撑8支撑于所述立柱7和底座6之间。
所述横梁9采用型钢焊接而成，其顶部和底部均铺设有导轨，用于安装加载装置2，用于加载装置2在横梁9上进行横移或角度调整。所述横梁9设计为镂空结构。
如图1、图3所示，所述张紧装置3包括张紧机构11和用于固定基布的基布夹具12。所述张紧机构11在所述底座6的x/y方向上相对设置有四个，所述基布夹具12与所述张紧机构11一一对应设置。所述基布夹具12用于张紧浮空器囊体软附件的基布13，模拟浮空器囊体实际工况。
所述张紧机构11安装在所述底座6的侧边上，且每个所述张紧机构11均相对于各自的所述侧边正负滑动位移。所述张紧机构11正负滑动位移时，所述基布夹具12锁紧或松开基布13的侧边。
如图4所示，所述张紧机构11包括张紧电机14、第一丝杆15、滑块组件16和第一直线导轨17。所述张紧电机14安装在所述底座6侧边的外侧，所述第一丝杆15与所述张紧电机14的驱动轴连接，所述第一丝杆15水平伸入所述底座6内并固定。所述第一直线导轨17设于所述底座6上，所述滑块组件16与所述第一直线导轨17滑动连接。
如图5所示，所述滑块组件16包括滑块18、基板19和梯形螺母20。
如图6、图7所示，所述基布夹具12包括用于套装基布的钢管21、固定块22、活动块23、夹具导轨24和铰链25。所述基布夹具12连接于所述基板19的上侧，所述滑块18与所述基板19的下侧外端面固定，所述滑块18与所述第一直线导轨17滑动连接，使所述基板19及其上的各部件能整体通过张紧电机14位移。且所述滑块组件16的滑动方向与所述第一丝杆15的延伸方向一致。所述梯形螺母20在所述基板19的下侧连接所述底座6和基布夹具12。
如图3~图7所示，所述基板19上设有固定梁191和固定块22，所述固定梁191临近的张紧电机14设置。所述第一丝杆15与基布夹具12远离所述固定梁191的一端驱动连接，所述第一丝杆15在基板19的下侧外设置。所述固定块22位于固定梁191相对的另一端。所述铰链25的一端与所述张紧机构11远离固定块22的一端铰接，所述铰链25的另一端与所述活动块23铰接。所述固定块22和活动块23均为倒l形结构，所述活动块23通过各铰接点向所述固定块22扣合后，两个l形结构之间形成扣合腔体，所述钢管21在该扣合腔体内锁紧。
所述夹具导轨24固定于所述基板19上，其为t形结构。所述活动块23上设有与所述夹具导轨24插装的t型槽。该t型槽在活动块23的厚度方向上，可为向铰链25的方向的部分贯通，也可以为两端均全部贯通。当活动块23和铰链25一同相对于铰链25与固定梁191的铰接点向固定块22的方向扣合时，所述活动块23在其与铰链25的铰接点的作用下转动，使活动块23插入夹具导轨24上，实现位置的锁定。
所述基布13的边与所述钢管21套接，再将钢管21放置在固定块22的扣合腔体内（如图6所示），再将活动块23扣合（如图7所示）。当张紧电机14工作时，第一丝杆15作用于基布夹具12的固定块22上，使整个基布夹具12对基布13产生向外的张紧力，以张紧基布13。所述基布13的四条边上各设置有张紧电机14，可实现四条边的分别施加张紧力，也可以四个张紧电机14同步动作施加张紧力。
如图8所示，所述加载装置2包括加载缸26、定滑轮27、角度调节机构28和钢丝绳29。所述加载缸26水平设于所述台架1的横梁9的上端。所述定滑轮27设于横梁9上且位于所述加载缸26输出轴的旁侧。所述角度调节机构28设于所述台架1上并在x/y/z三个方向上滑动，所述钢丝绳29的一端与所述加载缸26的输出轴连接，另一端穿过所述角度调节机构28与置于所述张紧装置3上的基布相连。
所述加载缸26用于提供加载力或加载位移。为降低安装高度，保证整体外形尺寸符合要求，所述加载缸26采用卧式固定安装，通过定滑轮27改变钢丝绳29的方向。所述角度调节机构28实现加载方向的调整。
所述加载缸26为电动缸，通过前法兰安装在所述横梁9的顶部。所述钢丝绳29穿过所述定滑轮27与加载缸26连接，避免加载缸承受的径向力导致损坏。
角度调节机构28用于实现加载钢丝绳29对被试件加载力方向调整。
如图9所示，所述角度调节机构28包括横移导向轮机构30、x向移动导向轮机构31、y向移动导向轮机构32、z向移动导向轮机构33和换向轮34。所述横移导向轮机构30水平设于所述横梁9的下端。所述x向移动导向轮机构31、y向移动导向轮机构32设于所述底座6上，且所述x向移动导向轮机构31位于台架1底部的y方向的边沿并在x方向上滑动。所述y向移动导向轮机构32位于台架1底部的x方向的边沿并在y方向上滑动。所述z向移动导向轮机构33在z方向上滑动设于一侧的所述立柱7上。
如图9、图10所示，所述横移导向轮机构30包括导向轮机构35、横向减速电机36、第二直线导轨38和第二丝杆37。所述横向减速电机36安装在所述横梁9上，所述第二丝杆37的一端与所述横向减速电机36的输出轴驱动连接，所述第二丝杆37的另一端与所述横梁9连接。所述第二直线导轨38设于所述横梁9上，所述导向轮机构35与所述第二丝杆37驱动连接，且所述导向轮机构35与所述第二直线导轨38滑动连接。第二丝杆37的旋转运动转成导向轮机构35相对于第二直线导轨38的滑动位移。所述钢丝绳29与所述导向轮机构35连接（如图9所示）。
如图9、图11所示，所述x向移动导向轮机构31和y向移动导向轮机构32结构相同，只是安装的方向在俯视投影平台上互为垂直。所述x向移动导向轮机构31包括导向轮39、t型槽导轨40、第三丝杆41、摇把42、减速机43。导向轮39与所述t型槽导轨40滑动连接。所述t型槽导轨40安装在所述底座6上。所述摇把42与所述减速机43动力输入端连接，所述减速机43的动力输出端与所述第三丝杆41驱动连接，同样，所述第三丝杆41与所述导向轮39连接，通过所述第三丝杆41的旋转运动，转成导向轮39相对t型槽导轨40的滑动位移，调节完成后采用螺栓进行锁紧。
如图9、图12所示，所述z向移动导向轮机构33包括z导向轮44、z向减速电机46、第四丝杆45、z向导轨47。所述z向导轨47安装在所述立柱7上。其他部件的安装结构原理与x向移动导向轮机构31相同。所述z导向轮44可以通过第四丝杆45进行移动，z向减速电机46具有自锁功能，可保证z导向轮44任意位置的锁紧。
所述换向轮34设于所述立柱7上，且所述换向轮34位于所述z导向轮44和所述y向移动导向轮机构32的导向轮39之间。
所述钢丝绳29自横移导向轮机构30依次穿过所述z导向轮44、换向轮34、y向移动导向轮机构32的导向轮39和x向移动导向轮机构31的导向轮39与基布13连接。
所述钢丝绳29穿过横移导向轮机构30和z向移动导向轮机构33时，可实现垂直角度的连接调整。所述钢丝绳29穿过横移导向轮机构30、z向移动导向轮机构33、换向轮34、x向移动导向轮机构31或y向移动导向轮机构32时，可实现水平角度的连接调整。具体可根据实际的工况要求，选择性的将钢丝绳安装对应的机构中。
如图1所示，所述电控系统4包括主控计算机、plc、高速相机48和操作软件。所述主控计算机主要控制加载缸26、张紧电机14、横向减速电机36、z向减速电机46，同时可发出高速相机48的触发信号，用于高速相机48进行画面捕捉。所述高速相机48通过铰接转动角度和伸缩调节长度的杆件安装在所述台架1上，且临近基布13设置，使其对准浮空器囊体软附件重点关系的位置进行拍摄。
所述电控系统4主要采集加载位移传感器、加载力传感器、检测力传感器、张紧力检测传感器、位移传感器及各个限位开关等。
电控系统可实现对试验加载过程的自动控制，还可通过计算机进行手动控制（开环与闭环可选）；系统在全程闭环控制状态下，具备力控制、位移控制等多种控制功能，用于监视、控制测试系统的运行、停止操作，设置加载装置的运动参数及载荷施加曲线或施加程序，监视并记录试验过程。高速相机48与加载装置2互联，可利用力传感器信号作为触发信号，控制高速相机48的启动拍摄的时间，记录软附件破坏的时刻及破坏的位置。
静力学试验、动力学试验、冲击试验、疲劳试验均可设置加载振幅，加载频率，加载时间，加载位移曲线，通过加载曲线来实现加载。
在本实施例中，所述第一丝杆15、第二丝杆37、第三丝杆41和第四丝杆45均为梯形丝杆。
本发明还提供一种浮空器囊体软附件测试方法，采用上述的浮空器囊体软附件测试系统进行，包括以下步骤：
s1、将浮空器囊体软附件5所在基布13的四条边与所述张紧装置3连接：基布13的边与钢管21套装，再将钢管21安装在固定块22内，并锁紧活动块23
s2、所述张紧装置3给基布的四条边同步或分别施加一定的预紧力，以模拟浮空器囊体在空中的受力状态；
s3、将基布13上的所述浮空器囊体软附件5通过专用连接接头与钢丝绳29等传力器件（张紧装置3和加载装置2中相应的机构）连接；
s4、打开电控系统，将高速摄像机48固定并调整角度，让其对准浮空器囊体软附件5的重点关心的位置；
s5、启动加载装置2向所述浮空器囊体软附件5施加加载力，并保证加载力的加载方向与浮空器囊体软附件5实际受力方向一致；
s6、启动加载缸26，对钢丝绳29的长度进行收放，让浮空器囊体软附件5处于低受力预紧状态，方便下一步的加载；
s7、根据浮空器囊体软附件5的实际受力情况，选择静力学试验、动力学试验、冲击试验、疲劳试验等类型；并可重复步骤s3；
s8、根据确定的试验类型，对加载装置的参数进行设置；
s9、启动加载装置，完成试验。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
