一种端头帽承压试验工装及试验方法

技术领域

本发明属于航天制品承压强度试验技术领域，尤其涉及一种端头帽承压试验工装及试验方法。

背景技术

航天整流罩是航天飞行器和运载火箭的重要组成部分，用于保护卫星及其有效载荷，以防止卫星受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响；飞出大气层后，整流罩的保护作用完成，此时已成为多余的质量，整流罩会被适时抛掉。整流罩在飞行过程中承受轴力、弯矩、外压、气动等外载荷，并维持良好的气动外形，其端头帽位于整流罩的最前端，承受着较大的外压，为了提高效率，增大运载能力，其结构质量应尽可能轻。

如图2所示，端头帽半罩11结构为球缺体(1/4球壳)，由蒙皮111组成端头帽半罩11的外形，蒙皮111边缘通过加强边框112和端框113进行加强，并通过支撑梁114支撑端头帽半罩11的整体结构；如图1所示，两个端头帽半罩11组成一个完整端头帽1结构，中间通过胶垫12密封，两个端头帽半罩11之间并无紧固连接，端头帽半罩11通过端框113与整流罩的锥段连接，飞出大气层之后，便于两个端头帽半罩11分开。

端头帽目前多采用纤维复合材料制造，其承压能力如何，是否满足端头帽的工况要求，必须经过验证。承压试验如何保证端头帽受力均匀，模拟端头帽的真实受力环境，且数值模拟结果显示的变形较大的位置是否和真实状况相匹配，如何来进行验证，均是现在面临的技术难题。

发明内容

为解决现有技术存在的如何提高航天整流罩的端头帽的承压试验的准确性和便捷性的问题，本发明提供一种端头帽承压试验工装及试验方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种端头帽承压试验方法，包括如下步骤：

S1：在端头帽的外表面标记出若干位移测量点；

S2：在端头帽的内表面和外表面粘贴若干应变片；

S3：将端头帽放置于真空袋内；

S4：将真空袋抽真空至端头帽的球面达到设定的初始外压，并保压时间为t1，再测量位移测量点处的端头帽的变形位移值，以及测量应变片的应变值；

S5：对真空袋继续抽真空达到设定的极限外压，并保压时间为t2，再测量位移测量点处的端头帽的变形位移值，以及测量应变片的应变值；

S6：泄压，泄压结束后，移除真空袋，再测量位移测量点处的端头帽的变形位移值，以及测量应变片的应变值。

作为优选，该端头帽承压试验方法还包括设置于步骤S1之前的步骤S0，S0：数值模拟出端头帽承压的变形位移最大区域；步骤S1中的位移测量点标记在变形位移最大区域。利用现有数值模拟技术先模拟出端头帽承压的变形位移最大区域，再验证数值模拟结果显示的变形位移较大的位置是否和真实状况相匹配，提高验证效率和验证准确性。

作为优选，步骤S1中，测量两个端头帽半罩之间的对接缝环向均匀位置点的间隙值，并在端头帽的外表面标记出若干所述位移测量点，所述位移测量点应避开间对接缝进行标记；步骤S6中，移除真空袋后，还测量两个端头帽半罩之间的对接缝环向均匀位置点的间隙值。便于测量端头帽承压后其对接缝的间隙变化，且通过真空袋模拟更加接近端头帽的实际承压工况，大幅提高了对端头帽的对接缝间隙的测量精度。

进一步地，步骤S2中的若干所述应变片中，一部分所述应变片粘贴在端头帽的内表面和外表面的相对设置，一部分应变片只粘贴在端头帽的内表面，以及一部分应变片只粘贴在端头帽的外表面；步骤S4和步骤S5中均使用千分表测量位移测量点处的端头帽的变形位移值。应变片的粘贴位置应避开螺栓等连接件，以确保端头帽的局部应变值测量精度，若干应变片的粘贴位置既确保主要变形区域的测量，又尽量节省应变片的数量，以降低成本；千分表便于测量位移测量点处的端头帽的变形位移值，测量精度高，测量便捷，成本低。

进一步地，步骤S3中先在两个端头帽半罩之间的对接缝中采用密封胶条进行填隙，并在端头帽的外表面粘贴应变片的局部位置垫透气毡，再在端头帽的外表面整体铺设透气毡；再将端头帽放置于真空袋内。密封胶条进行填隙有效防止真空袋被吸入对接缝而造成爆袋及影响试验结果；局部位置垫透气毡有效保护应变片和真空袋；整体铺设透气毡起到导气作用，提高真空袋模拟施压的均匀性，大幅提高承压试验精度。

进一步地，步骤S4中保压时间t1至少分三段时间保压，每段保压时间后均测量位移测量点处的端头帽的变形位移值，以及测量应变片的应变值；步骤S5中保压时间t2与t1的条件相同，也至少分三段时间保压，每段保压时间后均测量位移测量点处的端头帽的变形位移值，以及测量应变片的应变值。模拟更加接近端头帽的实际承压工况，确保承压试验精度。

进一步地，保压时间t1分三段时间保压，且每段保压时间均为5分钟，则t1＝15分钟；保压时间t2也分三段时间保压，且每段保压时间均为5分钟，则t2＝15分钟。模拟更加接近端头帽几个阶段的实际承压工况，确保承压试验全面性和试验精度。

一种端头帽承压试验工装，该端头帽承压试验工装用于任一种上述的端头帽承压试验方法，该端头帽承压试验工装包括真空吸附台、真空袋和圆环形工作台，所述真空袋罩设在真空吸附台上，所述真空吸附台上设置有与真空袋连通的导气槽，所述端头帽的底端与圆环形工作台的正面可拆卸固定连接，所述圆环形工作台的背面设置在真空吸附台上，且所述端头帽位于真空袋内。

作为优选，所述导气槽上开设有导气孔，所述导气孔沿端头帽的径向对称布置，所述导气孔用于连接抽真空设备和压力表。便于通过抽真空的方式利用真空袋对端头帽的外球面施加均匀压力，可保证测量准确，由于压力表与端头帽内部通过导气孔连通，可以采用真空压力表的真空度评判端头帽外表面受到的大气压力，测量精度高，测量更加便捷，成本低。

作为优选，所述圆环形工作台的正面边缘沿其圆周方向均匀设置有多个第一吊环，所述圆环形工作台的背面利用其自重设置在真空吸附台上；所述圆环形工作台的正面和背面均设置有角度刻线和角度数值。便于通过第一吊环将圆环形工作台吊装至端头帽的底端上，圆环形工作台与端头帽的底端固定连接后，再将端头帽吊装至真空吸附台上，先松开部分第一吊环便可翻转端头帽至真空吸附台上；角度刻线和角度数值的设置可以减少使用测量工具，便于准确的标记出位移测量点，以及便于将应变片粘贴至准确位置。

进一步地，该端头帽承压试验工装还包括支撑框架和移动小车，所述支撑框架的底端设置有连接套，所述移动小车的顶端设置有连接头，所述连接套沿竖直方向固定套设在连接头上，所述支撑架上设置有第二吊环和/或叉车孔，所述真空吸附台固定设置在支撑框架上。便于组装该端头帽承压试验工装，便于整体移动该端头帽承压试验工装。

有益效果：

本发明的端头帽承压试验方法，试验步骤简单巧妙，易于实现，采用对真空袋抽真空施加压力的方法，保证施加压力的均匀，巧妙的模拟端头帽的真实受力环境，在指定位置粘贴应变片检测变形大小，与数值模拟结果进行对比，考核了端头帽在设计外压载荷下的整体承载能力，确保数值模拟结果显示的变形较大的位置和真实状况相匹配，大幅提高试验精度；

本发明的端头帽承压试验工装，圆环形工作台与端头帽的装配，模拟端头帽的实际安装状态，保证了试验与实际状态的匹配度，且该试验工装的结构简单可靠，设计巧妙，便于操作，保证试验过程中压力测量的准确性；圆环形工作台上的角度刻线和角度数值，保证了应变片粘贴的便利性和粘贴位置的准确性，避免了采用其它辅助工具去标识位置而引起的不确定性和繁琐操作；导气孔沿端头帽的径向对称布置，确保对真空袋的抽真空的均匀性，保证试验过程中压力测量的准确性；圆环形工作台的导线孔便于应变片的导线引出，而不影响端头帽本身和加压试验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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它附图。

图1是本发明端头帽的立体结构示意图；

图2是本发明端头帽半罩的立体结构示意图；

图3是本发明端头帽承压试验方法的应变片的粘贴位置示意图，其中端头帽处于俯视状态；

图4是本发明端头帽承压试验方法的位移测量点和对接缝测量点的示意图，其中端头帽处于侧视状态；

图5是本发明端头帽承压试验工装的立体结构示意图；

图6是本发明端头帽承压试验工装的俯视示意图；

图7是本发明端头帽承压试验工装的立体结构示意图，其中装夹有待测试的端头帽；

图中：1、端头帽，11、端头帽半罩，111、蒙皮，112、加强边框，113、端框，114、支撑梁，12、胶垫，2、真空吸附台，21、导气槽，22、导气孔，3、圆环形工作台，31、第一吊环，32、角度刻线，33、角度数值，4、支撑框架，41、连接套，42、第二吊环，43、叉车孔，5、移动小车，51、连接头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1、图2、图5、图6和图7所示，一种端头帽承压试验工装，包括真空吸附台2、真空袋和圆环形工作台3，所述真空袋罩设在真空吸附台2上(图中未示意出)，所述真空吸附台2上设置有与真空袋连通的导气槽21，本实施例的所述导气槽21上开设有导气孔22，所述导气孔22沿端头帽1的径向对称布置，所述导气孔22用于连接抽真空设备和压力表；所述端头帽1的底端与圆环形工作台3的正面可拆卸固定连接，所述圆环形工作台3的背面设置在真空吸附台2上，且所述端头帽1位于真空袋内。

为了便于试验操作，在本实施例中，如图1～3所示，所述圆环形工作台3的正面边缘沿其圆周方向均匀设置有多个第一吊环31，所述圆环形工作台3的背面利用其自重设置在真空吸附台2上；所述圆环形工作台3的正面和背面均设置有角度刻线32和角度数值33；所述圆环形工作台3上开设有导线孔，所述导线孔用于引出测试元件的导线，且导线孔和导线之间设置有密封件。

为了便于组装该端头帽承压试验工装，便于整体移动该端头帽承压试验工装，在本实施例中，如图5和图7所示，该端头帽承压试验工装还包括支撑框架4和移动小车5，所述支撑框架4的底端设置有连接套41，所述移动小车5的顶端设置有连接头51，所述连接套41沿竖直方向固定套设在连接头51上，所述支撑架上设置有第二吊环42和/或叉车孔43，所述真空吸附台2固定设置在支撑框架4上。

一种端头帽承压试验方法，包括如下步骤：

S0：利用强度计算软件进行数值模拟，数值模拟出端头帽1承压的变形位移最大区域，本实施例利用现有的Patran/Nastran强度计算软件进行数值模拟，先计算出端头帽1承压的变形位移最大区域，再验证数值模拟结果显示的变形位移较大的位置是否和真实状况相匹配，提高验证效率和验证准确性；

S1：通过第一吊环31将圆环形工作台3吊装至端头帽1的底端上，通过连接件将圆环形工作台3与端头帽1的底端固定连接，再参照圆环形工作台3上的角度刻线32和角度数值33，在端头帽1的外表面标记出若干位移测量点，本实施例的位移测量点标记在变形位移最大区域，如图4中所示的W1、W2和W3的标记点；

S2：参照圆环形工作台3上的角度刻线32和角度数值33，在端头帽1的内表面和外表面的设定位置粘贴若干应变片；具体地，在本实施例中，两个端头帽半罩11的应变片粘贴位置镜面对称，一部分所述应变片粘贴在端头帽1的内表面和外表面的相对设置，如图3中所示的a、b、c、d、e、f位置；一部分应变片只粘贴在端头帽1的内表面，如图3中所示的g、h、i、j位置；以及一部分应变片只粘贴在端头帽1的外表面，如图3中所示的k位置，应变片的粘贴位置应避开螺栓等连接件，应变片的导线从圆环形工作台3的导线孔内引出；

S3：吊装端头帽1至真空吸附台2的上方，再松开部分第一吊环31便可翻转端头帽1至真空吸附台2上，再将真空袋罩设在端头帽1上，此时端头帽1位于真空袋内，再通过导气孔22连接抽真空设备和压力表；

S4：抽真空设备将真空袋抽真空至端头帽1的球面达到设定的初始外压，采用真空压力表的真空度评判端头帽1外表面受到的大气压力，并保压时间为t1，再使用千分表测量位移测量点处的端头帽1的变形位移值，以及测量应变片的应变值；在本实施例中，保压时间t1至少分三段时间保压，具体地，保压时间t1分三段时间保压，且每段保压时间均为5分钟，则t1＝15分钟，每段保压时间后均测量位移测量点处的端头帽1的变形位移值，以及测量应变片的应变值；

S5：抽真空设备对真空袋继续抽真空达到设定的极限外压，采用真空压力表的真空度评判端头帽1外表面受到的大气压力，并保压时间为t2，再使用千分表测量位移测量点处的端头帽1的变形位移值，以及测量应变片的应变值；在本实施例中，t2也至少分三段时间保压，具体地，保压时间t2也分三段时间保压，且每段保压时间均为5分钟，则t2＝15分钟，每段保压时间后均测量位移测量点处的端头帽1的变形位移值，以及测量应变片的应变值；

S6：泄压，泄压结束后，移除真空袋，再测量位移测量点处的端头帽1的变形位移值，以及测量应变片的应变值。

在本实施例中，步骤S3中先在两个端头帽半罩11之间的对接缝中采用密封胶条进行填隙，有效防止真空袋被吸入对接缝而造成爆袋及影响试验结果；并在端头帽1的外表面粘贴应变片的局部位置垫透气毡，有效保护应变片和真空袋；再在端头帽1的外表面整体铺设透气毡起到导气作用，提高真空袋模拟施压的均匀性；再将端头帽1放置于真空袋内。

在本实施例中，还便捷且准确的测量两个端头帽半罩11之间的对接缝环向均匀位置点的间隙变化，具体地，步骤S1中，测量两个端头帽半罩11之间的对接缝环向均匀位置点的间隙值，并在端头帽1的外表面标记出若干所述位移测量点，所述位移测量点应避开间对接缝进行标记；步骤S6中，移除真空袋和密封胶条后，还测量两个端头帽半罩11之间的对接缝环向均匀位置点的间隙值，如图4中所示的J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7测量位置点。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。