1.本技术属于航空发动机零部件冲击载荷试验领域，特别涉及一种冲击试验载荷预估试验装置及方法。
背景技术：2.航空发动机安装系统零部件承担着发动机推力传递等重要工况。尤其在叶片飞出等极端工况产生的冲击载荷，通过主轴、机匣等传递到安装系统各零部件，各零部件需要承担，以保证发动机不从飞机失效脱落，满足危险工作条件。这就要求安装系统必须通过包括冲击载荷试验在内的试验考核，以充分验证安装系统零部件，为整机能够顺利通过叶片飞出包容试验打下基础，由于安装系统零部件结构较为复杂，如采用备份结构，传力路径不唯一；另外，结构设计不规则，现有落锤等冲击试验设备要么是垂直向下(落锤)，要么是横向(摆锤)，致使当安装系统零部件进行试验时，无法采用一种加载方式完成多种零部件加载要求，功能较为单，无法满足对各类零部件对冲击加载方式，方向等要求比较灵活的需求。另外，采用常规的方法需要提前进行冲击试验，以确定合适的冲击载荷。提前的冲击调试试验除了必然会对试验件产生一定的影响外，由于试验件成本较高，也难以提供过多的试验件进行提前调试。因此急需一种载荷预估方法，减小或避免提前调试，以更好的保护试验件。
技术实现要素：3.为了解决上述问题，本技术提供了一种冲击试验载荷预估试验装置，包括：
4.冲击加载结构具有相互垂直连接的第一臂与第二臂，第一臂与第二臂通过铰接点铰接于安装座；所述第一臂具有第一内壁面以及与其对面的第一外壁面，所述第二壁具有第二内壁面以及与其对面的第二外壁面，优选的是，第一臂的轴线与水平方向垂直，第二臂与水平方向平行，冲击加载结构具有沿所述铰接点旋转的自由度；
5.所述第一内壁面具有水平拉力加载点，所述第一外壁面具有水平推力加载点；所述第二内壁面具有竖直推力加载点，所述第二外壁面具有竖直拉力加载点；
6.所述第二外壁面还具有冲击点，所述冲击点处安装有轴线垂直于地面的落锤约束筒，落锤约束筒的筒内具有沿落锤约束筒轴向滑动的质量块，质量块连接有安装于落锤约束筒的释放机构，质量块通过驱动装置能够提成到预设高度，质量块到达预设高度之后，能够通过释放机构释放，使质量块冲击所述冲击点，冲击点的冲击载荷传递到水平拉力加载点，水平推力加载点；竖直推力加载点，竖直拉力加载点，一般的，在水平拉力加载点，水平推力加载点；竖直推力加载点，竖直拉力加载点安装试验件，所述试验件的另一端安装在承载机构上。
7.优选的是，水平拉力加载点、水平推力加载点、竖直推力加载点以及竖直拉力加载点均位于同一平面，使冲击点的载荷传递到加载点上边时，能够不会产生弯矩等载荷。
8.优选的是，所述冲击点位于所述第二臂的末端，冲击点位于末端能够使冲击点距
离所述铰接点的距离更远，能够使有限的质量块重量在各个加载点上产生更大的冲击载荷。
9.优选的是，水平拉力加载点有多个，沿所述第一臂轴向方向分布；水平推力加载点有多个，沿所述第一臂轴向方向分布。
10.优选的是，水平拉力加载点与水平推力加载点在垂直于轴线方向上一一对应，也就是说每个水平拉力加载点均有一个水平推力加载点与其轴线重合。
11.优选的是，所述第一臂的长度大于第二臂的长度，使力臂长度增加。
12.优选的是，所述冲击点位置处安装有承载轴，所述承载轴承载所述质量块的下落冲击。
13.一种冲击试验载荷预估方法，采用上述的冲击试验载荷预估试验装置，所述方法包括：
14.步骤s1：选取水平拉力加载点、水平推力加载点、竖直推力加载点或者竖直拉力加载点的任意一点作为试验点；
15.步骤s2：当所述试验点在所述第一臂上时，获取所述试验点与所述铰接点的沿第一臂轴向的距离，当所述试验点在所述第二臂上时，获取所述试验点与所述铰接点的沿第二臂轴向的距离；获取冲击点与所述铰接点沿所述第二臂的轴向距离；
16.步骤s3：建立所述试验点的冲击载荷与所述冲击点的冲击载荷的初级关系式；
17.步骤s4：引入修正系数，修正所述初级关系式得到冲击试验载荷预估模型。
18.优选的是，包括：
19.所述修正系数包括能量传递损失衰减系数α；冲击载荷随距离衰减的系数β；刚度系数γ。
20.优选的是，所述修正系数获取方法：通过所述质量块对所述冲击点施加冲击载荷，测量所述冲击点的冲击载荷以及测量所述试验点的冲击载荷；基于所述初级关系式获得所述修正系数
21.本技术的优点包括：本技术的冲击试验载荷预估试验装置能灵活调整加载方向，具有多种方向加载功能，满足推力冲击载荷、拉力冲击载荷，以及水平、竖直等多种方向较灵活多样的加载要求。本发明在传统落锤冲击试验方法的基础上，通过设计的转接加载装置，实现对各类构件的水平、竖直等方向的推、拉力加载；即不改变落锤加载方式，通过设计灵活的加载转接结构，实现4个方向的冲击载荷加载。同时，建立冲击加载的载荷预估方法，便于选择合适的落锤加载重量及安装位置，便于提前确定合适的落锤加载重量及安装位置，减少试验件调试次数，达到保护试验件的目的。
附图说明
22.图1是本技术一优选实施方式冲击试验载荷预估试验装置示意图；
23.图2是本技术一优选实施方式试验件与冲击试验载荷预估试验装置安装示意图；
24.1-安装座；4-冲击加载结构；5-落锤约束筒；6-质量块；7-释放机构；21-水平拉力加载点；22-水平推力加载点；31-竖直推力加载点；32-竖直拉力加载点；8-与水平推力加载点连接的试验件；9-与竖直推力加载点连接的试验件；10-与竖直拉力加载点连接的试验件；11-与水平推力加载点连接的试验件。
具体实施方式
25.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，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他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
26.如图1所示冲击加载结构4具有相互垂直连接的第一臂与第二臂，第一臂与第二臂的连接通过铰接点铰接于安装座1；所述第一臂具有第一内壁面以及与其对面的第一外壁面，所述第二壁具有第二内壁面以及与其对面的第二外壁面；优选的是，第一臂的轴线与水平方向垂直，第二臂与水平方向平行，冲击加载结构具有沿所述铰接点旋转的自由度。
27.所述第一内壁面具有水平拉力加载点21，所述第一外壁面具有水平推力加载点22；所述第二内壁面具有竖直推力加载点31，所述第二外壁面具有竖直拉力加载点32；
28.所述第二外壁面还具有冲击点，所述冲击点处安装有轴线垂直于地面的落锤约束筒5，落锤约束筒5的筒内具有沿落锤约束筒5轴向滑动的质量块6，质量块6连接有安装于落锤约束筒5的释放机构7，质量块通过驱动装置能够提成到预设高度，质量块到达预设高度之后，能够通过释放机构释放，使质量块冲击所述冲击点，冲击点的冲击载荷传递到水平拉力加载点21，水平推力加载点22；竖直推力加载点31，竖直拉力加载点32，一般的，在水平拉力加载点21，水平推力加载点22；竖直推力加载点31，竖直拉力加载点32安装试验件，所述试验件的另一端安装在承载机构上。
29.在一些可选实施方式中，水平拉力加载点21、水平推力加载点22、竖直推力加载点31以及竖直拉力加载点32均位于同一平面，使冲击点的载荷传递到加载点上边时，能够不会产生弯矩等载荷。
30.在一些可选实施方式中，所述冲击点位于所述第二臂的末端。
31.在一些可选实施方式中，水平拉力加载点21有多个，沿所述第一臂轴向方向分布；水平推力加载点22有多个，沿所述第一臂轴向方向分布。
32.在一些可选实施方式中，水平拉力加载点21与水平推力加载点22在垂直于轴线方向上一一对应。
33.在一些可选实施方式中，所述第一臂的长度大于第二臂的长度。
34.在一些可选实施方式中，所述冲击点位置处安装有承载轴，所述承载轴承载所述质量块6的下落冲击。
35.一种冲击试验载荷预估方法，采用权利要求1～7任意一项所述的冲击试验载荷预估试验装置，其特征在于，包括：
36.步骤s1：选取水平拉力加载点21、水平推力加载点22、竖直推力加载点31或者竖直拉力加载点32的任意一点作为试验点；
37.步骤s2：当所述试验点在所述第一臂上时，获取所述试验点与所述铰接点的沿第一臂轴向的距离，当所述试验点在所述第二臂上时，获取所述试验点与所述铰接点的沿第二臂轴向的距离；获取冲击点与所述铰接点沿所述第二臂的轴向距离；
38.步骤s3：建立所述试验点的冲击载荷与所述冲击点的冲击载荷的初级关系式；
39.步骤s4：引入修正系数，修正所述初级关系式得到冲击试验载荷预估模型，所述修正系数包括能量传递损失衰减系数α；冲击载荷随距离衰减的系数β；刚度系数γ，所述修正系数获取方法：通过所述质量块6对所述冲击点施加冲击载荷，测量所述冲击点的冲击载荷以及测量所述试验点的冲击载荷；基于所述初级关系式获得所述修正系数。
40.如图2所示，当不考虑冲击载荷时，在静力平衡状态下冲击加载结构各位置的载荷与冲击位置载荷的力平衡关系可以得到。
41.假设落锤在l处产生载荷f，则在l1、l2和l3处产生的冲击载荷可用杠杆平衡原理得到所述初级关系式：
42.f
l1
＝f(l1+l2+l3+l)/l1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
43.f
l2
＝f(l1+l2+l3+l)/(l1+l2)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
44.f
l3
＝f(l1+l2+l3+l)/(l1+l2+l3)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
45.其中，f为冲击位置的载荷；
46.f
l1
、f
l2
、f
l3
为冲击加载结构各位置产生的冲击载荷。
47.同理，可得在其他位置产生竖直冲击推力载荷以及水平推拉力冲击载荷的所述初级关系式：
48.竖直方向推力：
49.f
l1
＝f(l1+l2+l3+l)/l1ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
50.f
l2
＝f(l1+l2+l3+l)/(l1+l2)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
51.水平方向拉力：
52.f
d1
＝f(l1+l2+l3+l)/d1ꢀꢀ
(6)
53.水平方向推力：
54.f
s1
＝f(l1+l2+l3+l)/s1ꢀꢀ
(7)
55.以则l3位置的冲击载荷为例，冲击载荷f
l3
的修正包括如下步骤：
56.考虑到实际冲击载荷的传递过程会有能量损失，其冲击载荷幅值会与静力平衡公式得到的结果会产生相应的变化，设定一个衰减系数α；
57.另外，考虑到加载点与冲击点距离也会引起冲击载荷的变化，设定一个冲击载荷随距离衰减的系数β；
58.试验件的刚度是一个重要的影响因素，因此引入试验件的刚度系数γ；
59.则l3位置的冲击载荷变为：
[0060][0061]
式中，e为试验件刚度，α，β和γ三个系数由加载臂和被试件的刚度等系数决定。同理，其他方向的冲击载荷幅值也可以由公式7得到。由此通过公式1可以确定各位置的冲击载荷幅值与落锤冲击位置载荷f的关系，而f由落锤质量与高度决定。由此可以建立冲击载荷幅值的预估公式，以便于选取合适的加载位置与重锤参数，减少过多的调试次数，最终降低试验成本和提高试验控制精度，对于结构复杂、成本又较高的试验件尤其重要。
[0062]
冲击加载结构设计完成加工后，通过调试得到α、β和γ这三个系数，形成冲击试验
装置自己的参数库，当试验件确定后，根据其刚度调用α、β和γ参数，即可进行预估，由设计施加冲击载荷幅值确定重锤参数。
[0063]
其他加载方向各位置的冲击载荷预估方法相同，可参考公式8，由公式1到7演化出来。
[0064]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
技术特征：1.一种冲击试验载荷预估试验装置，其特征在于，包括：冲击加载结构(4)具有相互垂直连接的第一臂与第二臂，第一臂与第二臂通过铰接点铰接于安装座(1)；所述第一臂具有第一内壁面以及与第一内壁面形成对面的第一外壁面，所述第二臂具有第二内壁面以及与第二内壁面形成对面的第二外壁面；所述第一内壁面具有水平拉力加载点(21)，所述第一外壁面具有水平推力加载点(22)；所述第二内壁面具有竖直推力加载点(31)，所述第二外壁面具有竖直拉力加载点(32)；所述第二外壁面还具有冲击点，所述冲击点处安装有轴线垂直于地面的落锤约束筒(5)，落锤约束筒(5)的筒内具有沿落锤约束筒(5)轴向滑动的质量块(6)，质量块(6)连接有安装于落锤约束筒(5)的释放机构(7)。2.如权利要求1所述的冲击试验载荷预估试验装置，其特征在于，水平拉力加载点(21)、水平推力加载点(22)、竖直推力加载点(31)以及竖直拉力加载点(32)均位于同一平面。3.如权利要求2所述的冲击试验载荷预估试验装置，其特征在于，所述冲击点位于所述第二臂的末端。4.如权利要求1所述的冲击试验载荷预估试验装置，其特征在于，水平拉力加载点(21)有多个，沿所述第一臂轴向方向分布；水平推力加载点(22)有多个，沿所述第一臂轴向方向分布。5.如权利要求4所述的冲击试验载荷预估试验装置，其特征在于，水平拉力加载点(21)与水平推力加载点(22)在垂直于轴线方向上一一对应。6.如权利要求1所述的冲击试验载荷预估试验装置，其特征在于，所述第一臂的长度大于第二臂的长度。7.如权利要求1所述的冲击试验载荷预估试验装置，其特征在于，所述冲击点位置处安装有承载轴，所述承载轴承载所述质量块(6)的下落冲击。8.一种冲击试验载荷预估方法，采用权利要求1～7任意一项所述的冲击试验载荷预估试验装置，其特征在于，包括：步骤s1：选取水平拉力加载点(21)、水平推力加载点(22)、竖直推力加载点(31)或者竖直拉力加载点(32)的任意一点作为试验点；步骤s2：当所述试验点在所述第一臂上时，获取所述试验点与所述铰接点的沿第一臂轴向的距离，当所述试验点在所述第二臂上时，获取所述试验点与所述铰接点的沿第二臂轴向的距离；获取冲击点与所述铰接点沿所述第二臂的轴向距离；步骤s3：建立所述试验点的冲击载荷与所述冲击点的冲击载荷的初级关系式；步骤s4：引入修正系数，修正所述初级关系式得到冲击试验载荷预估模型。9.如权利要求8所述的冲击试验载荷预估方法，其特征在于，包括：所述修正系数包括能量传递损失衰减系数α；冲击载荷随距离衰减的系数β；刚度系数γ。10.如权利要求8所述的冲击试验载荷预估方法，其特征在于，所述修正系数获取方法：通过所述质量块(6)对所述冲击点施加冲击载荷，测量所述冲击点的冲击载荷以及测量所述试验点的冲击载荷；基于所述初级关系式获得所述修正系数。
技术总结本申请属于航空发动机零部件冲击载荷试验领域，特别涉及一种冲击试验载荷预估试验装置及方法，冲击加载结构具有相互垂直连接的第一臂与第二臂，第一臂与第二臂的连接通过铰接点铰接于安装座；所述第一臂具有第一内壁面以及与其对面的第一外壁面，所述第二壁具有第二内壁面以及与其对面的第二外壁面，优选的是，第一臂的轴线与水平方向垂直，第二臂与水平方向平行，冲击加载结构具有沿所述铰接点旋转的自由度；所述第一内壁面具有水平拉力加载点，所述第一外壁面具有水平推力加载点；所述第二内壁面具有竖直推力加载点，所述第二外壁面具有竖直拉力加载点；其满足推力冲击载荷、拉力冲击载荷，以及水平、竖直等多种方向较灵活多样的加载要求。样的加载要求。样的加载要求。
技术研发人员：苏军 刘伟强 吴法勇 刘向田 王长林 安中彦 田常棵 项钧清
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/11/1
