浮空器囊体材料应变测量装置及方法

1.本技术涉及应变性能检测技术领域，尤其涉及浮空器囊体材料应变测量装置及方法。


背景技术：

2.浮空器为利用轻于空气的气体(氢气、氦气、热气等)提供升力的飞行器，由于浮空器的滞空时间长、环保、节能、经济等优势被广泛应用于军事和民用领域。浮空器主要有系留气球和飞艇两种，系留气球一般没有动力系统，依靠系留缆绳与地面设备或站点相连接；飞艇有动力，可在遥控或自动控制下自主飞行。
3.平流层飞艇体体积较大，一般能达到数万立方，在飞行状态状态下，为了保持其气动外形，囊体内外存在一定压差，囊体结构处于张紧状态。囊体在较小内外压差的情况下即会产生较大的应变，囊体材料需要承受较大的应力，给飞艇囊体的安全带来隐患。需要对囊体材料的应变情况进行测量，为飞行控制系统和压力控制系统提供重要的数据依据，进而有效的控制飞艇囊体的内外压差，避免出现超压导致囊体破裂，造成飞行失败。
4.相关技术中关于浮空器囊体材料应变值的测量主要是将待检测的囊体材料放置在拉力试验机上进行单向拉伸，得到材料单向应变值，此时囊体材料的受力状态与实际情况并不相同，并不是浮空器囊体气压载荷对囊体材料产生的应力，无法对囊体材料的应变进行真实模拟，也就无法准确的对囊体材料的应变进行准确测量。


技术实现要素：

5.本技术旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种浮空器囊体材料应变测量装置，可以模拟浮空器囊体气压载荷对囊体材料产生的应力，对囊体材料在真实使用条件下的应变值进行检测，提高了囊体材料应变测量的准确性，可以得到囊体材料在真实使用条件下的应变值。
6.本技术还提出一种浮空器囊体材料应变测量方法。
7.根据本技术实施例的浮空器囊体材料应变测量装置，包括：
8.控制组件；
9.吹胀组件，与所述控制组件连接；
10.囊体材料试件，安装在所述吹胀组件上，所述囊体材料试件和所述吹胀组件之间形成有吹胀空间，所述吹胀组件用于向所述吹胀空间内充气；
11.压差检测组件，与所述控制组件连接，所述压差检测组件用于检测所述吹胀空间与外界的压力差；
12.应变测量组件，与所述控制组件连接，所述应变测量组件用于测量所述囊体材料试件的应变值。
13.根据本技术实施例的浮空器囊体材料应变测量装置，将待检测的囊体材料试件安装在吹胀组件上，使得囊体材料试件和吹胀组件之间形成有吹胀空间，通过吹胀组件向吹
胀空间内输送气体，在吹胀空间内形成一定的气压。同时压差检测组件可以实时的检测吹胀空间和外界的压力差，并将检测数据传输给控制组件，当吹胀空间和外界的压力差低于预设值时，控制组件则控制吹胀组件继续向吹胀空间内输送气体，直到吹胀空间内的气压和外界的压力差达到预设值，使得囊体材料试件受到的压力差，与囊体材料应用在浮空器上时受到的压力差保持一致，然后通过应变测量组件对囊体材料试件的应变值进行测量。实现了对真实使用情况的模拟，可以模拟浮空器囊体气压载荷对囊体材料产生的应力，对囊体材料在真实使用条件下的应变值进行检测，提高了囊体材料应变测量的准确性，可以得到囊体材料在真实使用条件下的应变值。且可以避免不同测量环境的大气压不同对测量结果的影响。通过改变预设值的大小，可以在浮空器处于不同高度或不同使用环境时，对浮空器囊体气压载荷对囊体材料的应力进行真实模拟，进而可以对不同使用条件下囊体材料的应变值进行测量。
14.根据本技术的一个实施例，所述吹胀组件包括安装座和充气部件，所述囊体材料试件固定安装在所述安装座上，所述囊体材料试件和所述安装座之间形成有所述吹胀空间，所述充气部件与所述控制组件连接，所述充气部件与所述吹胀空间连通，所述充气部件用于向所述吹胀空间内充气。
15.根据本技术的一个实施例，所述安装座上设置有充气口，所述充气口连通所述充气部件和所述吹胀空间。
16.根据本技术的一个实施例，所述安装座上设置有与所述压差检测组件相匹配的压差口，所述压差检测组件安装在所述压差口，所述压差检测组件与所述压差口密封连接。
17.根据本技术的一个实施例，所述压差检测组件包括压差传感器，所述压差传感器与所述控制组件连接，所述压差传感器与所述压差口密封连接。
18.根据本技术的一个实施例，所述吹胀组件包括密封连接件，所述密封连接件设置于所述安装座与所述囊体材料试件连接的一端上，所述囊体材料试件位于所述密封连接件和安装座之间，所述密封连接件用于将所述囊体材料试件的边缘与所述安装座密封固定连接。
19.根据本技术的一个实施例，所述囊体材料试件远离所述吹胀组件的一端上设置有应变测量标记，所述应变检测组件用于检测所述应变测量标记的尺寸变化。
20.根据本技术的一个实施例，所述应变测量组件包括测量支架和应变测量仪，所述测量支架固定安装在所述吹胀组件上，所述应变测量仪安装在所述测量支架上，且所述应变测量仪高于所述囊体材料试件。
21.根据本技术第二方面实施例的浮空器囊体材料应变测量方法，包括：
22.在待检测的囊体材料试件上设置应变测量标记；
23.将待检测的所述囊体材料试件安装在吹胀组件上，并在待检测的所述囊体材料试件和所述吹胀组件之间形成吹胀空间；
24.所述吹胀组件向所述吹胀空间内输送气体，使得所述吹胀空间与外界之间的压力差处于预设值，并所述压力差进行检测，使得所述压力差始终保持在所述预设值；
25.通过应变测量组件测量所述应变测量标记的尺寸变化。
26.根据本技术的浮空器囊体材料应变测量方法，可以使得吹胀空间和外界之间的压力差始终保持在预设值，保证了在应变测量期间，囊体材料试件始终处于真实使用情况下，
进而应变测量组件可以对囊体材料试件在真实使用条件下的应变值进行测量，提高了测量的准确性。
27.根据本技术的一个实施例，所述吹胀组件向所述吹胀空间内输送气体，具体包括：所述吹胀组件向所述吹胀空间内输送无毒且无味的气体。
28.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
30.图1是本技术实施例提供的浮空器囊体材料应变测量装置的结构示意图；
31.图2是本技术实施例提供的浮空器囊体材料应变测量装置的俯视图；
32.图3是本技术实施例提供的浮空器囊体材料应变测量方法的流程图。
33.附图标记：
34.1、控制组件；2、吹胀组件；3、囊体材料试件；4、压差检测组件；
35.5、应变测量组件；21、安装座；22、充气部件；23、充气口；24、压差口；
36.25、密封连接件；31、应变测量标记；51、测量支架；52、应变测量仪。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例对本技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不能用来限制本技术的范围。
38.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
40.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
41.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
42.下面结合图1至图3描述本技术的浮空器囊体材料应变测量装置及方法。
43.根据本技术第一方面的实施例，如图1和图2所示，浮空器囊体材料应变测量装置包括控制组件1、吹胀组件2、囊体材料试件3、压差检测组件4和应变测量组件5，吹胀组件2与控制组件1连接，囊体材料试件3安装在吹胀组件2上，囊体材料试件3和吹胀组件2之间形成有吹胀空间，吹胀组件2用于向吹胀空间内充气，压差检测组件4与控制组件1连接，压差检测组件4用于检测吹胀空间与外界的压力差，应变测量组件5与控制组件1连接，应变测量组件5用于测量囊体材料试件3的应变值。
44.在使用时，将待检测的囊体材料试件3安装在吹胀组件2上，使得囊体材料试件3和吹胀组件2之间形成有吹胀空间，通过吹胀组件2向吹胀空间内输送气体，在吹胀空间内形成一定的气压。同时压差检测组件4可以实时的检测吹胀空间和外界的压力差，并将检测数据传输给控制组件1，当吹胀空间和外界的压力差低于预设值时，控制组件1则控制吹胀组件2继续向吹胀空间内输送气体，直到吹胀空间内的气压和外界的压力差达到预设值，使得囊体材料试件3受到的压力差，与囊体材料应用在浮空器上时受到的压力差保持一致，然后通过应变测量组件5对囊体材料试件3的应变值进行测量。实现了对真实使用情况的模拟，可以模拟浮空器囊体气压载荷对囊体材料产生的应力，对囊体材料在真实使用条件下的应变值进行检测，提高了囊体材料应变测量的准确性，可以得到囊体材料在真实使用条件下的应变值。且可以避免不同测量环境的大气压不同对测量结果的影响。通过改变预设值的大小，可以在浮空器处于不同高度或不同使用环境时，对浮空器囊体气压载荷对囊体材料的应力进行真实模拟，进而可以对不同使用条件下囊体材料的应变值进行测量。
45.在本技术的实施例中，囊体材料应用到浮空器上时，浮空器内部和外界的气压差的数值，就是预设值的大小。
46.在本技术的实施例中，控制组件1例如为工控机。但是应当了解，控制组件1还可以是其他任何合适的控制部件。
47.在本技术的实施例中，本技术中所提到的吹胀组件2和控制组件1之间的连接，可以是电连接，也可以是通信连接。
48.在本技术的实施例中，本技术中所提到的压差检测组件4和控制组件1之间的连接，可以是电连接，也可以是通信连接。
49.在本技术的实施例中，本技术中所提到的应变测量组件5和控制组件1之间的连接，可以是电连接，也可以是通信连接。
50.需要注意的是，本技术中电子部件之间的连接，均可以是电连接或通信连接。
51.在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，吹胀组件2包括安装座21和充气部件22，囊体材料试件3固定安装在安装座21上，囊体材料试件3和安装座21之间形成有吹胀空
间，充气部件22与控制组件1连接，充气部件22与吹胀空间连通，充气部件22用于向吹胀空间内充气。在使用时，将囊体材料试件3与安装座21密封连接，在囊体材料试件3和安装座21之间形成一个吹胀空间，然后通过充气部件22向吹胀空间内输送气体，使得吹胀空间内充满气体并对囊体材料试件3产生压力。同时压差检测组件4实时的检测吹胀空间和外界的压力差，并将检测数据传输给控制组件1，当压力差达到预设值时，控制组件1则控制充气部件22停止往吹胀空间输送气体，当压力差低于预设值时，控制组件1则控制充气部件22继续往吹胀空间内输送气体，直到压力差达到预设值。进而可以使得吹胀空间和外界之间的压力差始终保持在预设值，保证了在应变测量期间，囊体材料试件3始终处于真实使用情况下，进而应变测量组件5可以对囊体材料试件3在真实使用条件下的应变值进行测量，提高了测量的准确性。
52.具体的，充气部件22例如包括充气机，充气部件22还可以包括储气部件。但是应当了解，充气部件22还可以包括其他任何合适的结构。
53.在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，安装座21上设置有充气口23，充气口23连通充气部件22和吹胀空间。在使用时，将充气部件22与充气口23连接，且充气口23与吹胀空间连通，进而当充气部件22可以通过充气口23向吹胀空间内输送气体，使得吹胀空间和外界的气压保持在预设值。
54.在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，安装座21上设置有与压差检测组件4相匹配的压差口24，压差检测组件4安装在压差口24，压差检测组件4与压差口24密封连接。在使用时，将压差检测组件4安装在压差口24处，使得压差检测组件4可以对吹胀空间内的气压进行检测，进而可以得到吹胀空间和外界的压力差。使得压差检测组件4和压差口24密封连接，避免吹胀空间内的气体通过压差口24和压差检测组件4的连接处流出。
55.在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，吹胀组件2包括密封连接件25，密封连接件25设置于安装座21与囊体材料试件3连接的一端上，囊体材料试件3位于密封连接件25和安装座21之间，密封连接件25用于将囊体材料试件3的边缘与安装座21密封固定连接。在使用时，囊体材料试件3的边缘通过密封连接件25与安装座21连接，使得囊体材料试件3与安装座21固定连接的同时密封连接，且可以在囊体材料试件3和安装座21之间形成一个吹胀空间，便于充气部件22往吹胀空间内输送气体，使得吹胀空间和外界之间的压力差处于预设值，进而模拟囊体材料的真实使用情况。
56.在本技术的实施例中，密封连接件25例如包括法兰圈，法兰圈和安装座21将囊体材料试件3的边缘夹在中间，然后通过夹紧螺丝将法兰圈和安装座21固定连接，进而使得囊体材料试件3的边缘和安装座21密封固定连接。但是应当了解，密封连接件25还可以是其他任何合适的结构件。
57.在本技术的一个实施例中，囊体材料试件3远离吹胀组件2的一端上设置有应变测量标记31，应变检测组件用于检测应变测量标记31的尺寸变化。在使用时，通过在囊体材料试件3上设置应变测量标记31，使得应变检测组件可以对应变测量标记31的尺寸变化进行测量，应变测量标记31的尺寸变化可以反应囊体材料试件3的应变量，则应变检测组件只需要对应变测量标记31的尺寸变化进行测量即可，相比于直接对囊体材料试件3进行全面检测，仅对应变测量标记31进行检测可以提高检测的准确性。
58.在本技术的实施例中，应变测量标记31为点、线和散斑中的任意一种。但是应当了
解，应变测量标记31还可以是其他任何合适的形状。
59.在本技术的一个实施例中，压差检测组件4包括压差传感器，压差传感器与控制组件1连接，压差传感器与压差口24密封连接。在使用时，压差传感器实时的检测吹胀空间内的压力，与外界的大气压进行对比即可得到压力差。压差传感器也可以同时对吹胀空间和外界的压力进行检测，进而可以直接得出压力差。压差传感器将检测数据传输给控制组件1，控制组件1则根据实际的压力差是否达到了预设值控制充气部件22的工作，当压力差达到预设值时，则控制充气部件22停止工作，当压力差低于预设值时，则控制充气部件22继续工作。
60.在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，应变测量组件5包括测量支架51和应变测量仪52，测量支架51固定安装在吹胀组件2上，应变测量仪52安装在测量支架51上，且应变测量仪52高于囊体材料试件3。在使用时，将测量支架51的两端安装在吹胀组件2上，并使得部分测量支架51位于囊体材料试件3的上方，应变测量仪52则是安装在测量支架51高于囊体材料试件3的部位上，使得应变测量仪52和囊体材料试件3之间存在一定的高度，避免应变测量仪52受到囊体材料试件3膨胀的影响，进而应变测量仪52可以对囊体材料试件3的应变进行测量。
61.根据本技术第二方面的实施例，如图3所示，浮空器囊体材料应变测量方法包括：
62.101、在待检测的囊体材料试件3上设置应变测量标记31。
63.具体的，在待检测的囊体材料试件3上设置点或线或散斑的应变测量标记31，进而通过检测应变测量标记31的尺寸变化，即可得知囊体材料试件3的应变值，提高了检测的准确性，无需对整个囊体材料试件3的应变进行检测。
64.102、将待检测的囊体材料试件3安装在吹胀组件2上，并在待检测的囊体材料试件3和吹胀组件2之间形成吹胀空间。
65.具体的，将囊体材料试件3的边缘与吹胀组件2密封固定连接，使得囊体材料试件3上的应变测量标记31朝上，便于对应变测量标记31进行检测。
66.103、吹胀组件2向吹胀空间内输送气体，使得吹胀空间与外界之间的压力差处于预设值，并压力差进行检测，使得压力差始终保持在预设值。
67.具体的，通过工控机等控制部件对检测到的压力差数据进行记录，进而可以根据实时数据，控制吹胀组件2的工作，使得吹胀空间内的压力值保持在预设值。
68.104、通过应变测量组件5测量应变测量标记31的尺寸变化。
69.具体的，对应变测量标记31的尺寸变化进行检测，进而可以计算出应变测量标记31的应变值，应变测量标记31的应变值也就是囊体材料试件3的应变值。
70.本技术的浮空器囊体材料应变测量方法可以使得吹胀空间和外界之间的压力差始终保持在预设值，保证了在应变测量期间，囊体材料试件3始终处于真实使用情况下，进而应变测量组件5可以对囊体材料试件3在真实使用条件下的应变值进行测量，提高了测量的准确性。
71.在本技术的一个实施例中，吹胀组件2向吹胀空间内输送气体，具体包括：吹胀组件2向吹胀空间内输送无毒且无味的气体。向吹胀空间内输送任一无毒、无味气体，包括空气、氦气、氮气、氧气等，进而在使得吹胀空间和外界之间的压力差处于预设值的同时，可以避免对人体造成伤害或对环境造成污染。
72.最后应说明的是，以上实施方式仅用于说明本技术，而非对本技术的限制。尽管参照实施例对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本技术的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本技术的权利要求范围中。