消声组件、异物冲击试验装置以及试验方法与流程

1.本发明异物冲击试验领域，尤其涉及一种消声组件、异物冲击试验装置以及试验方法。


背景技术：

2.异物冲击试验，例如发动机鸟撞试验中，高速空气炮被广泛应用。例如用于研究飞鸟、冰雹等外来物对航空飞行器的撞击损伤，枪弹对装甲、人体和建筑等目标的侵彻效应，空间碎片对航天器的毁伤作用等高速冲击问题。所用的气体压力和速度从中速的2-3个大气压100-200m/s到高速6-7个大气压300-310m/s的高压音速，到200多个大气压1000m/s以上的高超音速。
3.承上可知，鸟撞试验是通过空气炮投鸟，在试验中，为了模拟多个鸟撞场景，需要鸟具有多个撞击速度，但对于空气炮的结构复杂，开启时间长，因此在试验过程中对空气炮的气体速度进行调速较为费时，且需要较长的调试时间才能较为精确地调整速度。
4.同时，当空气炮把弹体加速到预定速度飞离炮口后，大量高压气体瞬时超音速冲入实验室的开放空间，产生强烈的冲击波和震耳欲聋的噪音。这种冲击波对高速摄像机、激光测速议等试验监测设备及其电缆的安全构成很大的威胁。
5.实验室常用的方法是通过在炮口和试验监测设备间设置笨重的钢架挡板阻挡高速气流对设备的威害，但高速气流遇到挡板后改向又对实验室内其它设备的安全造成安全隐患，且冲击波造成的强噪音对试验人员造成很大的心理压力。
6.因此，本领域需要一种异物冲击试验方法、试验装置以及消声组件，以提高异物冲击试验效率，同时也可以减少对周边观测设备的冲击波威胁，大大降低噪音对试验人员的影响。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种异物冲击试验方法。
8.本发明的目的在于提供一种消声组件。
9.本发明的目的在于提供一种异物冲击试验装置。
10.根据本发明一个方面的一种异物冲击试验方法，通过空气炮进行异物投放，包括：步骤s1.确定空气炮的速度为第一速度，异物投放的速度为第二速度；步骤s2.根据所述空气炮的所述第一速度以及所述异物的第二速度，确定空气炮的消声组件具有的可拆卸的消声模块为所述消声组件的第一结构；步骤s3.空气炮释放的气体输入所述第一结构的消声组件消声后施加至所述异物；步骤s4.确定所述异物的速度为第三速度，所述第三速度与所述第二速度不同；步骤s5.根据所述异物的所述第三速度，将所述第一结构状态的消声组件的增加或者拆卸至少部分消声模块或者消声模块的部分消声级，使得空气炮的消声组件为第二结构；步骤s6.空气炮释放的气体输入所述第二结构的消声组件消声后施加至所述异物。
11.在所述试验方法的一个或多个实施例中，所述消声组件对应所述空气炮的速度范围为从100m/s至大于1000m/s。
12.在所述试验方法的一个或多个实施例中，所述消声模块包括激波消声模块以及涡流对冲消声模块。
13.根据本发明一个方面的一种消声组件，进气口；出气口；本体，所述本体的侧壁封闭，两端分别连接为所述进气口、所述出气口，所述本体包括可拆卸的消声模块，包括激波消声模块和/或涡流对冲消声模块；所述消声组件具有第一结构状态以及第二结构状态；在所述第一结构状态，所述消声模块具有涡流对冲消声模块，所述涡流对冲消声模块的进气端、出气端分别连接所述进气口、出气口；在所述第二结构状态，所述消声模块具有激波消声模块以及涡流对冲消声模块，所述激波消声模块的进气端连接所述进气口，所述涡流对冲消声模块的出气端连接所述出气口。
14.在所述消声组件的一个或多个实施例中，所述激波消声模块包括膨胀腔以及收缩段，所述膨胀腔具有进气端，所述收缩段包括至少一个消声级，所述至少一个消声级中至少有一个消声级具有带孔隔板。
15.在所述消声组件的一个或多个实施例中，所述涡流对冲消声模块包括至少一个消声级，一个所述消声级包括外腔体以及位于所述外腔体内部的内腔体，所述内腔体包括柱形段以及位于所述柱形段下游的锥形段，所述柱形段具有所述消声级的进气端，所述锥形段的大端具有所述消声级的出气端。
16.在所述消声组件的一个或多个实施例中，所述外腔体的上游端以及下游端具有安装凸缘，相邻的消声级的连接结构包括上游的消声级的下游端的安装凸缘与下游的消声级的上游端的安装凸缘以及连接两者的连接件。
17.在所述消声组件的一个或多个实施例中，所述内腔体的柱形段与锥形段焊接连接，所述锥形段的大端具有安装凸缘，所述锥形段的安装凸缘与所述外腔体的安装凸缘通过连接件连接。
18.根据本发明一个方面的一种异物冲击试验装置，包括空气炮，还包括如以上任意一项所述的消声组件。
19.在所述试验装置的一个或多个实施例中，所述空气炮的速度范围为小于100m/s的亚音速到大于1000m/s的高超音速。
20.在所述试验装置的一个或多个实施例中，所述试验装置为发动机鸟撞试验装置。
21.综上，本发明的进步效果包括但不限于以下之一或组合：
22.1.通过将消声组件设置为具有可拆卸的消声模块，使得消声组件为一种模块化组装拆卸的结构，通过消声模块的增加与拆卸即可实现对于异物例如鸟的速度的调节，相对于现有技术的异物冲击试验装置而言，不仅节省了大量的调试空气炮速度的时间，速度调节精度高，使得在短时间内可以进行多组不同异物冲击场景的试验，大大提高了试验效率；同时由于模块化组装，也便于维护和拆卸；
23.2.同时，还可以达到消除或有效降低空气炮炮口冲击波及其相伴的噪音的目的，大幅减少冲击波对周边观测设备的威胁，并大大降低噪音对试验人员的影响；
24.3.通过消声模块包括激波消声模块以及涡流对冲消声模块设置，消声模块使用的气体速度范围广，可以适用于100m/s的亚音速到大于1000m/s的高超音速的较大速度区间
的空气炮。
附图说明
25.本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制，其中：
26.图1是根据一实施例的消声组件的结构示意图。
27.图2是根据图1的消声组件的主视图。
28.图3是根据图2的a-a向剖视图。
29.图4是根据图1的消声组件的内部结构图。
30.图5是一实施例的消声组件的出气口的结构图。
31.图6是一实施例的激波消声模块的示意图。
32.图7是一实施例的带孔隔板的示意图。
33.图8a至图8d是涡流对冲消声模块的消音级的结构图。
34.图9是一实施例的涡流对冲消声模块内部的空气云图。
35.图10为一实施例的异物冲击试验方法的流程图。
36.图11为一实施例的异物冲击试验装置的结构示意框图。
具体实施方式
37.下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。“一个实施例”、“一个或多个实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一些实施例”或“一个实施例”或“一个或多个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
38.本技术中使用了流程图用来说明根据本技术的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
39.参考图1至8d，以及图10，在一些实施例中，异物冲击试验装置100包括空气炮20以及连接空气炮的炮口的消声组件10。空气炮20释放的气体经过消声组件10打到鸟30，将鸟30以一定速度投入试验件中，以进行鸟撞试验。
40.参考图1至图4，在一个或多个实施例中，消声组件10包括进气口1、出气口2以及本体3，如图1所示的，本体3的侧壁是封闭的，本体3的两端分别连接进气口1、出气口2。本体3包括可拆卸的消声模块4，消声模块4可以包括激波消声模块5和/或涡流对冲消声模块6。出气口2的具体结构，在一些实施例中，可以参考听图1以及图5所示的，进气口1通过法兰连接至本体3，出气口2通过法兰21连接到本体3。
41.参考图3、图4以及图6、图7，在一些实施例中，激波消声模块5可以包括膨胀腔51以及收缩段52，膨胀腔51具有进气端，膨胀腔51为锥形结构。收缩段52包括至少一个消声级
520，例如图2所示的两个消声级，但不以此为限，其中至少有一个消声级520具有图7所示的中间圆孔的带孔隔板521结构。激波消声模块5的消声原理为，在膨胀腔51的区域使得气体膨胀加速以达到较大的马赫数，收缩段52具有的带孔隔板521使得超音速气流产生阻隔和收缩管道，从而在入口处形成激波，多个的消声级520具有带孔隔板521可以使得激波数量增加，使得总压的进一步降低。因此，激波消声模块主要针对超音速气体的消声，对于炮口出来的超音速气体，首先通过设计的膨胀腔对空气进行膨胀做功使得其空气压强增大，再进入消声级520，使超音速气体在消声器的内腔体内部产生激波，激波使得高速气体参数会发生突跃变化，从而达到降低气体总压，最终使得气体能量也相应的降低以达到消音的目的。消声器的性能和效果主要取决于内部产生的激波强度以及气流折角的大小。因此激波消声模块5可以通过改变内部带孔隔板521的个数来达到不同程度的降压消声效果。
42.参考图3、图4以及图8a至图8d，在一些实施例中，涡流对冲消声模块6可以包括至少一个消声级60，例如图3所示的四个消声级，至少一个消声级60包括外腔体61以及位于所述外腔体内部的内腔体62，例如图3以及图4所示的三个消声级具有外腔体61以及内腔体62的结构。内腔体62包括柱形段621以及位于柱形段621下游的锥形段622，柱形段621具有消声级60的进气端，锥形段622的大端具有消声级60的出气端。涡流对冲消声模块6的消声原理在于，使用空气涡流对冲原理降压，最终实现消声的作用，可以参考图9所示的涡流对冲内部空气云图，在消声级的下游空气压力越低。在涡流对冲消声模块6模块中，可以通过改变消声模块的级数来改变消声组件的本体3的长度，同时也可以通过改变内腔体的形状和大小使得高速空气在消音器内逐步扩散，例如图8c所示的，调节内腔体的柱形段621直径，以及锥形段的锥角α的大小，以及内腔体61的长度l，最后达到不同程度的降压消音效果。
43.参考图3、图4以及图8a至图8d，在一些实施例中，可拆卸的消声模块或者消声级的具体结构可以是，以涡流对冲消声模块6威力，相邻消声级60之间通过安装凸缘63连接，参考图8a，外腔体61的上游端以及下游端具有安装凸缘63，如图4所示，相邻的消声级60的连接结构包括上游的消声级60的下游端的安装凸缘63与下游的消声级60的上游端的安装凸缘63以及连接两者的连接件64，例如螺栓连接两安装凸缘63，以实现消声级60的可拆卸，从而灵活地增加或者减少消声级60的个数，以改变消声组件的本体3的长度，调节消声的效果。类似的，在一实施例中，参考图4所示的，在激波消声模块5中，不同的消声级520之间，消声级520与膨胀腔51之间，以及激波消声模块5与涡流对冲消声模块6之间，均可以通过安装凸缘与螺栓连接的结构进行连接，如此的可拆卸结构，进一步地便于试验人员调整本体3的长度，以及根据空气速度灵活的对消声模块以及消声级进行增加或减少。消声级60内部结构可以是内腔体62的柱形段621与锥形段622焊接连接，锥形段622的大端具有安装凸缘6221，锥形段622的安装凸缘6221与外腔体61的安装凸缘63通过连接件64连接。如此结构的消声级60结构紧凑，内腔体662易于固定连接于外腔体61。
44.在一些实施例中，当空气炮的速度为初始音速为亚音速时，可以只布置涡流对冲消声模块6，即涡流对冲消声模块6的进气端、出气端分别连接进气口1、出气口2，此时消声组件10为第一结构状态。在一些实施例中，当空气炮的速度为超音速时，只需加装激波消声模块5，即在上游布置激波消声模块5，下游布置涡流对冲消声模块6，使得空气速度经过激波消声模块5降为亚音速后，再进入涡流对冲消声模块6进行消声，即激波消声模块5的进气端连接进气口1，涡流对冲消声模块6的出气端连接出气口2，此时消声组件10为第二结构状
态。可以理解到，不管是第一结构状态、第二结构状态，激波消声模块5，涡流对冲消声模块6内的消声级数量均可以通过可拆卸结构灵活地调整。消声组件10还可以具有第三结构状态，此时只具有激波消声模块5，例如此时需要输出较高的速度至鸟30。通过可拆卸组装的消声模块，均可以灵活地实现。
45.承上所述，参考图11，对于通过空气炮进行异物投放的异物冲击试验的方法，可以包括以下步骤：
46.步骤s1.确定空气炮的速度为第一速度，异物的速度为第二速度；
47.步骤s2.根据所述空气炮的所述第一速度以及所述异物的第二速度，确定空气炮的消声组件具有的可拆卸的消声模块为所述消声组件的第一结构；例如根据空气炮20的第一速度以及鸟30的第二速度，组装合适的消声模块，例如空气炮20的第一速度为超音速，鸟30的第二速度的速度为亚音速时，可以设置以及激波消声模块5以及涡流对冲消声模块6；
48.此处的第一结构为泛指，并非限于前文所述实施例中的第一结构状态的结构。
49.步骤s3.空气炮释放的气体输入所述第一结构的消声组件消声后施加至所述异物；
50.步骤s4.确定所述异物的速度为第三速度，所述第三速度与所述第二速度不同；
51.步骤s5.根据所述异物的所述第三速度，将所述第一结构状态的消声组件的增加或者拆卸至少部分消声模块或者消声级，使得空气炮的消声组件为第二结构；例如在测试了异物速度为第二速度后，接着需要测试异物速度为第三速度的场景，此时无需调节空气炮的速度，或只是微调空气炮的速度，而只对消声组件增加或者拆卸部分消声模块或者消声级，此时鸟30的第三速度相比第二速度提升，则可以拆卸涡流对冲消声模块6的部分消声级，甚至拆卸涡流对冲消声模块6。类似地，此处的第二结构为泛指，并非限于前文所述实施例中的第二结构状态的结构。
52.采用以上步骤的有益效果在于，通过将消声组件设置为具有可拆卸的消声模块，使得消声组件为一种模块化组装拆卸的结构，通过消声模块的增加与拆卸即可实现对于异物例如鸟的速度的调节，相对于现有技术的异物冲击试验装置而言，不仅节省了大量的调试空气炮速度的时间，速度调节精度高，使得在短时间内可以进行多组不同异物冲击场景的试验，大大提高了试验效率；同时由于模块化组装，也便于维护和拆卸。
53.步骤s6.空气炮释放的气体输入所述第二结构的消声组件消声后施加至所述异物。
54.综上，采用上述实施例提供消声组件、异物冲击试验装置以及试验方法的有益效果在于：
55.1.通过将消声组件设置为具有可拆卸的消声模块，使得消声组件为一种模块化组装拆卸的结构，通过消声模块的增加与拆卸即可实现对于异物例如鸟的速度的调节，相对于现有技术的异物冲击试验装置而言，不仅节省了大量的调试空气炮速度的时间，速度调节精度高，使得在短时间内可以进行多组不同异物冲击场景的试验，大大提高了试验效率；同时由于模块化组装，也便于维护和拆卸；
56.2.同时，还可以达到消除或有效降低空气炮炮口冲击波及其相伴的噪音的目的，大幅减少冲击波对周边观测设备的威胁，并大大降低噪音对试验人员的影响；
57.3.通过消声模块包括激波消声模块以及涡流对冲消声模块设置，消声模块使用的
气体速度范围广，可以适用于100m/s的亚音速到大于1000m/s的高超音速的较大速度区间的空气炮。
58.本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。