[发明专利]假人空投六分量天平测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于航空救生领域，特别涉及一种假人空投六分量天平测试系统及方法。

背景技术

假人空投试验是为了测量在规定高度和速度下救生伞的开伞动载以及伞绳与假人呈不同角度时假人的受力情况，以此确定最大开伞载荷是否低于人体的生理耐限。现阶段国内大多数救生伞测力试验均在风洞中进行，运用救生伞天平作为传感器测量作用在伞上的阻力与开伞时的动载荷，例如杨贤文等人曾利用单分量阻力稳定伞专用天平在某超声风洞中对弹射座椅进行了动态测力试验；[杨贤文,吴军强.弹射座椅稳定伞高速风洞动态测力试验研究.流体力学实验与测量,2003,17(4):48-50.]；余莉等人利用单分量天平在航宇救生公司的φ2.5m低速风洞中进行了救生伞伞衣载荷的性能试验。[余莉,张鑫华,等.降落伞伞衣载荷的性能测试.北京航空航天大学学报,2007,33(10):1178-1181.]常见的低速风洞中的救生伞测试方法有两种。其一，使用应变框式救生伞天平，它由轴向测量元件和法向测量元件两部分组成，静校精度可达0.5%；另一种使用应变环式救生伞天平，它是一种单分量阻力天平，其优点是在设计时充分考虑了开伞动载（一般开伞动载为其满载静态载荷的两倍以上）。然而由于并未参与实际的空投试验，它们只能测量某一时刻救生伞的离散力学性能，而无法得到连续测量数据[贺德馨.风洞天平,北京,国防工业出版社,2001:235-236.]。

运用天平进行假人空投试验数据测量国内还处于起步阶段，中航第一集团公司五二零厂的艾文涛等曾在测试某型号救生伞的关键技术参数时进行了相关研究[艾文涛.18KN肩带力传感器的设计.中国航空学会人体工程、航医、救生专业委员会第六届学术年会,湖北襄阳,2003:304-309.]，他们发现圆柱形拉压单分量天平虽然能够排除弯曲和扭转等载荷的影响，同时其弹性组件具有较高的刚度，但在圆柱表面粘贴应变片时，由于曲率半径太小，必然影响测试效果，最后改用长方形截面弹性组件变形体作为单分量力学传感器。这种方法排除了弯曲以及扭转载荷的干扰，可以达到较高的输出灵敏度，但是无法同时测量多分量载荷，而且无法克服横向力、法向力的影响，试验效果并不令人满意。

针对以上不足与难点，本发明提出了假人空投六分量应变天平测试方法的解决方案，可实现六分量同时获得连续测量数据，且试验数据真实可信。在充分考虑到假人空投试验的实际情况后，对天平系统采取了有效的保护措施。运用六分量应变天平测试方法我们可以准确了解假人在空中的姿态及伞带与假人之间的相互角度。同时可以计算出假人在空中旋转所产生的相对于质心的附加加速度。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高精度测量瞬时载荷的假人空投六分量应变天平测试系统及方法。

一种假人空投六分量天平测试系统，其特征在于：测试装置包括假人模型、天平基座、两个六分量天平、信号调理器、伞带连接架组成；其中两个六分量天平对称置于假人模型胸腔内，保证天平校准轴系与假人体轴系重合，六分量天平的后锥通过天平基座与假人背板连接，采用拉紧斜锲；六分量天平的前锥通过伞带连接架与救生伞伞带连接，采用螺纹连接；天平数据线连接信号调理器。

利用所述的假人空投六分量天平测试系统的测试方法，其特征在于：当假人从高空抛下，下降过程中打开降落伞，伞带将载荷传递至六分量天平，六分量同时获得连续测量数据；通过六分量同时获得的连续测量数据，计算出假人在空中的姿态；利用x，y，z三个方向所受的载荷数据，再通过合力公式可以求得沿着伞带方向所受的合力大小及方向，进而得到伞带与假人之间的相互角度。

需要准确测量的是开伞瞬间作用在伞上的阻力与开伞时伞带作用于人身体上的的动载荷，而假人在空中旋转时，所产生的相对于质心的附加加速度，这个附加加速度会使得测量数据与实际情况有很大偏差。六分量的测试数据分别对应三个方向的平移自由度和三个方向的旋转自由度。假人在空中旋转情况都可以通过三个方向旋转自由度分解表示，而所产生的附加加速度同样可以通过三个方向的力矩来准确表示，由此便可以去除由附加加速度所产生的干扰。这是传统单分量天平测量方法所不能满足的。

这种测量方法不但继承了传统测试方法的固有优点，排除了弯曲以及扭转载荷的干扰，可以达到较高的输出灵敏度，而且可实现六分量同时获得连续测量数据，通过测量数据，我们可以准确了解假人在空中的姿态，及伞带与假人之间的相互角度。同时可以计算出假人在空中旋转所产生的相对于质心的附加加速度，这是传统单分量天平测量方法所不能满足的。

本发明具有如下优点：

1、精度高