[发明专利]一种用于浮空器囊体材料渗透性测试的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料渗透性技术领域，尤其是涉及一种用于浮空器囊体材料渗透性测试的实验装置及方法。

背景技术

为了适应试验过程中昼夜温差大、高辐射、高臭氧等复杂而又特殊的环境要求,浮空器囊体材料需要具备高强度、轻质、耐环境性好、抗撕裂性、低的气体渗透性、低蠕变和良好的加工工艺性等性能。浮空器的囊体材料主要包括承力层、阻气层、防老化层和粘接层等几个部分，通过对层压成分进行适宜的选取以达到良好的综合性能。其中阻气层材料是囊体材料中关键的技术,囊体材料的渗透性能直接决定了浮空器运行时间、氦气损失和成本。

氦气渗透率是表征囊体材料渗透性的重要指标，随着阻气层的发展，一些高性能阻隔材料及金属涂层的应用，在标准测试条件下(GB/T1038-2000)，囊体材料的氦气渗透率已经降到了1L/m2·d·atm以下，完全满足浮空器的指标要求。在浮空器囊体加工过程中，主要包括裁剪、焊接、折叠，存在对囊体材料的折叠和揉搓，以织物为基底的材料在揉搓时局部应力可能过大，造成局部微孔损伤，从而影响囊体材料的渗透率。同时，由于在实际应用中浮空器需要测试以及飞行中需要承受一定的内压，囊体在高压差载荷的作用下，囊体表面张力和应变比较大，原本致密的表层或涂层的间隙增大，可能导致囊体材料实际渗透率远大于标准测试值。

目前材料渗透性的压差法测试为选取圆形试样，在一个标准大气压的作用下进行测试，无法模拟材料的加工过程以及使用过程中浮空器的真实气压。因此在未能发现揉搓对囊体材料的影响规律、囊体材料渗透率与形变规律之前，囊体材料的标准测试渗透率只能作为参考，不能作为设计分析依据。

在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有的浮空器囊体材料的渗透性测试的实验装置和方法，由于无法模拟浮空器的加工工况(裁剪、焊接、折叠)，或者浮空器囊体气压载荷产生的应力，导致实验得到的浮空器囊体材料的渗透量不准确，无法作为设计浮空器的依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何解决现有的浮空器囊体材料的渗透性测试的实验装置和方法，由于无法模拟浮空器的加工工况(裁剪、焊接、折叠)，或者浮空器囊体气压载荷产生的应力，导致实验得到的浮空器囊体材料的渗透量不准确，无法作为设计浮空器的依据的问题。

针对以上技术问题，本发明的实施例提供了一种用于浮空器囊体材料渗透性测试的实验装置，包括由待测浮空器囊体材料加工而成的试件、锚泊部件、充排气部件、压差传感器、拉力传感器、储气部件和工控机；

其中，所述试件通过绳索固定在所述锚泊部件上，所述拉力传感器设置在所述绳索上，并与所述工控机连接；

所述储气部件连接所述充排气部件，所述充排气部件安装在所述试件上，并与所述工控机连接；

设置在所述试件上的压差口连接所述压差传感器，所述压差传感器连接所述工控机；

所述压差传感器将采集的所述试件内部和外部的压力差传输至所述工控机，所述工控机根据所述压力差控制所述充排气部件，使得所述试件内部的压力为预设压力；所述工控机根据所述拉力传感器测量的所述试件的净浮力计算所述待测浮空器囊体材料的渗透量。

可选地，还包括显示部件；

所述显示部件连接在所述工控机和所述拉力感应器之间，或者连接在所述工控机上，用于实时显示所述拉力感应器测量的净浮力。

可选地，还包括设置在所述试件上的拉袢，所述绳索一端固定在所述拉袢上，另一端固定在所述拉力传感器上，所述拉力传感器固定在所述锚泊部件上。

可选地，所述拉袢分布在所述试件的表面，且每一拉袢和所述拉力传感器之间的绳索长度相等。

可选地，所述锚泊部件的质量大于所述试件的净浮力的最大值。

可选地，所述储气部件中的气体的密度小于空气的密度。

第二方面，本发明的实施例提供了一种基于以上所述的实验装置的实验方法，包括：

获取通过裁剪、焊接和折叠的工艺，加工成预设形状的所述试件的表面积、所述压差传感器测量的所述压力差；

根据所述压力差，控制所述充排气部件，使得所述试件内的压力为所述预设压力；

获取所述拉力传感器测量的所述净浮力，以及测量得到的每一所述净浮力对应的时间点；

根据所述表面积、不同时间点测量得到的净浮力计算所述待测浮空器囊体材料的渗透量。

可选地，所述根据所述表面积、不同时间点测量得到的净浮力计算所述待测浮空器囊体材料的渗透量，包括：