一种高空跌落抗冲击减振装置及测试平台

1.本发明属于高空跌落着陆抗冲击缓冲减振技术领域，特别涉及一种高空跌落抗冲击减振装置及测试平台。


背景技术：

2.随着现代化战争面向多样化场景不断发展，以及多发的自然灾害和人为事故的不断增多，对于高空跌落防护的迫切需求日益增强。高精密电子元件、精密仪器等在运输或不慎跌落地面时，会受到冲击振动，如果防护不当，很可能会遭受损坏。抗冲击着陆缓冲减振装置可大幅降低有效载荷着陆时所承受的冲击载荷，能够解决跌落冲击和振动带来的诸多负面影响。在一定的跌落高度、隔冲效率和质量约束等限制条件下，如何实现轻型化、高效化的抗冲击着陆缓冲装置是领域内一直以来的研究热点和难点。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高空跌落抗冲击减振装置及测试平台，针对高精密电子器件和精密仪器等有效载荷的高空跌落冲击工况，实现对有效载荷的有效防护。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
5.本发明一实施例提供一种高空跌落抗冲击减振装置，包括壳体、上盖、钢丝绳减振器、内部缓冲垫、内部配重载荷及底部缓冲装置，其中钢丝绳减振器设置于底部缓冲装置上，壳体设置于钢丝绳减振器上，壳体内设有内部缓冲垫，内部配重载荷嵌设于内部缓冲垫内，内部配重载荷上设置高精密电子元器件，高精密电子元器件上设有内部加速度传感器，壳体的顶部通过内部缓冲上盖和上盖密封；底部缓冲装置上设有外部加速度传感器，通过内部加速度传感器和外部加速度传感器的加速度响应试验测量值测定抗冲击减振装置的隔冲效率。
6.所述壳体包括侧面板ⅰ、下面板、侧面板ⅱ、侧面板加强结构ⅰ及侧面板加强结构ⅱ，其中下面板上设有两个相对设置的侧面板ⅰ和两个相对设置的侧面板ⅱ，两个侧面板ⅰ的外侧均设有与下面板连接的侧面板加强结构ⅰ，两个侧面板ⅱ的外侧均设有与下面板连接的侧面板加强结构ⅱ。
7.所述侧面板加强结构ⅰ包括角接件加强耳片ⅰ及设置于角接件加强耳片ⅰ两侧的两个支撑杆ⅰ，其中角接件加强耳片ⅰ为直角结构，且两个直角面分别与所述侧面板ⅰ和所述下面板连接；支撑杆ⅰ倾斜设置于所述侧面板ⅰ的外侧，且支撑杆ⅰ的上、下端分别与所述侧面板ⅰ和所述下面板连接。
8.所述侧面板加强结构ⅱ包括支撑杆ⅱ及设置于支撑杆ⅱ两侧的两个角接件加强耳片ⅱ，其中两个角接件加强耳片ⅱ为直角结构，且两个直角面分别与所述侧面板ⅱ和所述下面板连接；支撑杆ⅱ倾斜设置于所述侧面板ⅱ的外侧，且支撑杆ⅱ的上、下端分别与所述侧面板ⅱ和所述下面板连接。
9.所述底部缓冲装置包括上底板、下底板及设置于上底板和下底板之间的底部中间缓冲垫；所述外部加速度传感器设置于下底板上。
10.所述上底板的材质采用铝合金，所述下底板的材质采用聚氨酯；所述底部中间缓冲垫和所述内部缓冲垫均采用eva材质。
11.所述钢丝绳减振器为多个，且沿周向依次排列。
12.本发明另一实施例提供一种高空跌落抗冲击减振测试平台，包括钢丝绳链条、固定架、手拉吊葫芦及如上所述的高空跌落抗冲击减振装置，其中手拉吊葫芦设置于固定架的顶部，钢丝绳链条安装于手拉吊葫芦上，钢丝绳链条的一端为手动操作，钢丝绳链条的另一端的吊钩通过尼龙吊绳与高空跌落抗冲击减振装置的上盖连接。
13.所述固定架为人字折叠伸缩梯，所述手拉吊葫芦设置于人字折叠伸缩梯顶部横梁上。
14.在试验前，人工拉动钢丝绳链条，将高空跌落抗冲击减振装置吊起到试验要求的设定离地高度；
15.试验时，剪断尼龙吊绳，使高空跌落抗冲击减振装置自由跌落并与地面发生瞬间的冲击，通过内部加速度传感器和外部加速度传感器的加速度响应试验测量值测定抗冲击减振装置的隔冲效率。
16.本发明的优点与积极效果为：
17.1.本发明结构紧凑，占用体积较小，结构空间利用率高，便于拆装；
18.2.本发明具有较高的载荷质量比，抗冲击结构具有多方向、多级、高效的减振隔振能力，可广泛应用于可重复使用的空投及运输的冲击防护等领域。
附图说明
19.图1为本发明一实施例中一种高空跌落抗冲击减振装置的轴测图；
20.图2为本发明一实施例中一种高空跌落抗冲击减振装置的内部结构示意图；
21.图3为本发明另一实施例中一种高空跌落抗冲击减振测试平台的结构示意图；
22.图中：1为钢丝绳链条，2为人字折叠伸缩梯，3为高空跌落抗冲击减振装置，4为尼龙吊绳，5为手拉吊葫芦，301为上盖，302为侧面板ⅰ，303为支撑杆ⅰ，304为角接件加强耳片ⅰ，305为下面板，306为上底板，307为底部中间缓冲垫，308为下底板，309为钢丝绳减振器，310为支撑杆ⅱ，311为侧面板ⅱ，312为内部缓冲上盖，313为内部缓冲垫，314为外部加速度传感器，315为内部配重载荷，316为内部加速度传感器，317为内部高精密电路板，318为角接件加强耳片ⅱ。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
24.如图1、图2所示，本发明一实施例提供一种高空跌落抗冲击减振装置，包括壳体、上盖301、钢丝绳减振器309、内部缓冲垫313、内部配重载荷315及底部缓冲装置，其中钢丝绳减振器309设置于底部缓冲装置上，壳体设置于钢丝绳减振器309上，壳体内设有内部缓冲垫313，内部配重载荷315嵌设于内部缓冲垫313内，内部配重载荷315上设置高精密电子
元器件，高精密电子元器件上设有内部加速度传感器316，壳体的顶部通过内部缓冲上盖312和上盖301密封；底部缓冲装置上设有外部加速度传感器314。内外两个加速度传感器用于测量抗冲击结构中测点的加速度响应值，即通过内部加速度传感器316和外部加速度传感器314的加速度响应试验测量值测定抗冲击减振装置的隔冲效率。底部缓冲装置和钢丝绳减振器309主要提供结构支撑和抗冲击缓冲减振。
25.如图1所示，本发明的实施例中，壳体包括侧面板ⅰ302、下面板305、侧面板ⅱ311、侧面板加强结构ⅰ及侧面板加强结构ⅱ，其中下面板305上设有两个相对设置的侧面板ⅰ302和两个相对设置的侧面板ⅱ311，两个侧面板ⅰ302和两个侧面板ⅱ311的下端通过螺钉与下面板305连接，且围合成壳体的四方形侧壁。进一步地，两个侧面板ⅰ302的外侧均设有与下面板305连接的侧面板加强结构ⅰ，两个侧面板ⅱ311的外侧均设有与下面板305连接的侧面板加强结构ⅱ，通过侧面板加强结构ⅰ和侧面板加强结构ⅱ实现加强支撑，以提高连接刚度。
26.具体地，侧面板加强结构ⅰ包括角接件加强耳片ⅰ304及设置于角接件加强耳片ⅰ304两侧的两个支撑杆ⅰ303，其中角接件加强耳片ⅰ304为直角结构，且两个直角面分别与侧面板ⅰ302和下面板305连接；支撑杆ⅰ303倾斜设置于侧面板ⅰ302的外侧，且支撑杆ⅰ303的上、下端分别与侧面板ⅰ302和下面板305固定连接。侧面板加强结构ⅱ包括支撑杆ⅱ310及设置于支撑杆ⅱ310两侧的两个角接件加强耳片ⅱ318，其中两个角接件加强耳片ⅱ318为直角结构，且两个直角面分别与侧面板ⅱ311和下面板305连接；支撑杆ⅱ310倾斜设置于侧面板ⅱ311的外侧，且支撑杆ⅱ310的上、下端分别与侧面板ⅱ311和下面板305固定连接。
27.如图2所示，本发明的实施例中，底部缓冲装置包括上底板306、下底板308及设置于上底板306和下底板308之间的底部中间缓冲垫307；外部加速度传感器314粘贴于下底板308上。
28.具体地，上底板306的材质采用铝合金，下底板308的材质采用聚氨酯；底部中间缓冲垫307和内部缓冲垫313均采用eva材质。
29.进一步地，钢丝绳减振器309为多个，且沿周向依次排列于上底板306上。本实施例中，高精密电子元器件为内部高精密电路板317，内部高精密电路板317通过螺栓安装在内部配重载荷315上。
30.本实施例提高的一种高空跌落抗冲击减振装置，内部加速度传感器316粘贴于内部高精密电路板317上，以测定冲击试验时抗冲击结构中受保护载荷测点的加速度响应值；外部加速度传感器314粘贴于下底板308上，以测定冲击试验时抗冲击减振装置与地面直接接触处的冲击加速度响应值；通过以上两个加速度响应试验测量值可测定抗冲击减振装置的隔冲效率，即可以定量和定性地评价整个系统的抗冲击减振性能。通过上述三级抗冲击减振防护系统的综合作用，在特定高度下或一定垂直着陆速度(≥7m/s)下，能够实现对装置内部的高精密电路板或精密仪器设备的有效防护，确保着陆冲击后不发生损坏。
31.如图3所示，本发明的另一实施例提供一种高空跌落抗冲击减振测试平台，包括钢丝绳链条1、固定架、手拉吊葫芦5及如上任意实施例中的高空跌落抗冲击减振装置3，其中手拉吊葫芦5设置于固定架的顶部，钢丝绳链条1安装于手拉吊葫芦5上，钢丝绳链条1的一端为手动操作，钢丝绳链条1的另一端的吊钩通过尼龙吊绳4与高空跌落抗冲击减振装置3的上盖连接。
32.本实施例中，固定架为人字折叠伸缩梯2，手拉吊葫芦5设置于人字折叠伸缩梯2顶部横梁上。
33.在试验前，人工拉动钢丝绳链条1，将高空跌落抗冲击减振装置3吊起到试验要求的设定离地高度；
34.试验时，通过高枝剪将尼龙吊绳4剪断，使高空跌落抗冲击减振装置3自由跌落并与地面发生瞬间的冲击，通过内部加速度传感器316和外部加速度传感器314的加速度响应试验测量值测定抗冲击减振装置的隔冲效率。为保证测量结果的准确性，应保证外部加速度传感器314与下底板308紧密贴合。
35.具体地，首先按压人字折叠伸缩梯2的伸缩按钮，限位关节解锁并将拉杆伸出，由折叠状态展开为人字梯，与地面之间形成稳定三角支撑；手拉吊葫芦5的上吊钩安装在人字折叠伸缩梯2的顶部横杆中间位置，钢丝绳链条1安装于手拉吊葫芦5上，钢丝绳链条1的一端为手动操作，钢丝绳链条1另一端的小吊钩通过尼龙吊绳4与高空跌落抗冲击减振装置3的上盖连接。
36.具体地，内部加速度传感器316粘贴于内部高精密电路板317上，以测定冲击试验时抗冲击结构中受保护载荷测点的加速度响应值；外部加速度传感器314粘贴于下底板308上，以测定冲击试验时抗冲击减振装置与地面直接接触处的冲击加速度响应值；通过以上两个加速度响应试验测量值可测定抗冲击减振装置的隔冲效率，即可以定量和定性地评价整个系统的抗冲击减振性能。通过上述三级抗冲击减振防护系统的综合作用，在特定高度下或一定垂直着陆速度(≥7m/s)下，能够实现对装置内部的高精密电路板或精密仪器设备的有效防护，确保着陆冲击后不发生损坏。
37.对研制的抗冲击减振装置通过室内、外场地搭建的试验平台进行不同高度的跌落试验，对抗冲击减振装置进行试验验证。质量约束：防护载荷质量＞20kg，着陆回收缓冲装置质量＜20kg。
38.试验一：
39.在高度0.5米跌落后，着陆冲击瞬间，外部加速度传感器314的最大冲击值为1386g，内部加速度传感器316的最大冲击值为30.8g，隔冲效率计算值为97.78％。
40.试验二：
41.在高度1米跌落后，着陆冲击瞬间，外部加速度传感器314的最大冲击值为3486g，内部加速度传感器316的最大冲击值为72.38g，隔冲效率计算值为97.92％。
42.试验三：
43.在高度1.5米跌落后，着陆冲击瞬间，外部加速度传感器314的最大冲击值为4778g，内部加速度传感器316的最大值为63.14g，隔冲效率计算值为98.68％。
44.试验四：
45.在高度2.7米跌落后，着陆冲击瞬间，外部加速度传感器314的最大冲击值为5207g，内部加速度传感器316的最大冲击值为310g，隔冲效率计算值为94.05％。
46.每次试验结束后，打开抗冲击减振装置，取出内部受保护的高精度电路板并上电，电路板均正常工作，外观也没有损坏。因此，高空跌落抗冲击减振装置能承受7m/s垂直着陆速度(即距离地面2.45m的着陆高度)，满足隔冲效率≥90％。通过试验验证了本发明的抗冲击减振装置能够对跌落冲击下的内部高精密电路板317提供有效的防护。
47.本发明提供的一种高空跌落抗冲击减振装置及其测试平台，其工作原理为：
48.跌落冲击时直接与地面接触，底部中间缓冲垫307安装于上底板306和下底板308之间，形成第一级抗冲击减振防护系统；
49.周向分布对称布置的五个钢丝绳减振器309安装于下面板305和上底板306中间，形成第二级抗冲击减振防护系统；
50.在抗冲击减振着陆器内部，内部缓冲上盖312安装于内部配重载荷315的上部，内部缓冲垫313安装于内部配重载荷315的下部及四周，形成第三级抗冲击减振防护系统；
51.通过上述三级抗冲击减振防护系统的综合作用，在特定高度下或一定垂直着陆速度(≥7m/s)下，能够实现对装置内部的高精密电路板或精密仪器设备的有效防护，确保着陆冲击后不发生损坏。
52.本发明提供的一种高空跌落抗冲击减振测试平台，通过人字折叠伸缩梯由折叠状态展开为人字梯后与地面之间形成稳定三角支撑，抗冲击减振装置通过手拉吊葫芦、钢丝绳链条和尼龙吊绳等悬挂于人字折叠伸缩梯的下端半空处，受保护的高精密电路板安装于抗冲击减振装置内部。跌落冲击时，通过抗冲击减振装置的三级抗冲击减振系统的有效防护，确保高精密电路板不发生冲击损坏。本发明结构空间利用率高，便于拆装，具有较高的载荷质量比，具有多方向、多级、高效的减振隔振能力，可广泛应用于可重复使用的空投及运输的冲击防护等领域。
53.以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。如本专利正文中仅主要描述了抗冲击减振装置的垂直跌落缓冲情况，利用本装置还可进行多角度、多种不同高度的跌落冲击试验。因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。