本發(fā)明涉及材料滲透性技術領域，尤其是涉及一種用于浮空器囊體材料滲透性測試的實驗裝置及方法。

背景技術：

為了適應試驗過程中晝夜溫差大、高輻射、高臭氧等復雜而又特殊的環(huán)境要求,浮空器囊體材料需要具備高強度、輕質(zhì)、耐環(huán)境性好、抗撕裂性、低的氣體滲透性、低蠕變和良好的加工工藝性等性能。浮空器的囊體材料主要包括承力層、阻氣層、防老化層和粘接層等幾個部分，通過對層壓成分進行適宜的選取以達到良好的綜合性能。其中阻氣層材料是囊體材料中關鍵的技術,囊體材料的滲透性能直接決定了浮空器運行時間、氦氣損失和成本。

氦氣滲透率是表征囊體材料滲透性的重要指標，隨著阻氣層的發(fā)展，一些高性能阻隔材料及金屬涂層的應用，在標準測試條件下(gb/t1038-2000)，囊體材料的氦氣滲透率已經(jīng)降到了1l/m2·d·atm以下，完全滿足浮空器的指標要求。在浮空器囊體加工過程中，主要包括裁剪、焊接、折疊，存在對囊體材料的折疊和揉搓，以織物為基底的材料在揉搓時局部應力可能過大，造成局部微孔損傷，從而影響囊體材料的滲透率。同時，由于在實際應用中浮空器需要測試以及飛行中需要承受一定的內(nèi)壓，囊體在高壓差載荷的作用下，囊體表面張力和應變比較大，原本致密的表層或涂層的間隙增大，可能導致囊體材料實際滲透率遠大于標準測試值。

目前材料滲透性的壓差法測試為選取圓形試樣，在一個標準大氣壓的作用下進行測試，無法模擬材料的加工過程以及使用過程中浮空器的真實氣壓。因此在未能發(fā)現(xiàn)揉搓對囊體材料的影響規(guī)律、囊體材料滲透率與形變規(guī)律之前，囊體材料的標準測試滲透率只能作為參考，不能作為設計分析依據(jù)。

在實現(xiàn)本發(fā)明實施例的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的浮空器囊體材料的滲透性測試的實驗裝置和方法，由于無法模擬浮空器的加工工況(裁剪、焊接、折疊)，或者浮空器囊體氣壓載荷產(chǎn)生的應力，導致實驗得到的浮空器囊體材料的滲透量不準確，無法作為設計浮空器的依據(jù)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是如何解決現(xiàn)有的浮空器囊體材料的滲透性測試的實驗裝置和方法，由于無法模擬浮空器的加工工況(裁剪、焊接、折疊)，或者浮空器囊體氣壓載荷產(chǎn)生的應力，導致實驗得到的浮空器囊體材料的滲透量不準確，無法作為設計浮空器的依據(jù)的問題。

針對以上技術問題，本發(fā)明的實施例提供了一種用于浮空器囊體材料滲透性測試的實驗裝置，包括由待測浮空器囊體材料加工而成的試件、錨泊部件、充排氣部件、壓差傳感器、拉力傳感器、儲氣部件和工控機；

其中，所述試件通過繩索固定在所述錨泊部件上，所述拉力傳感器設置在所述繩索上，并與所述工控機連接；

所述儲氣部件連接所述充排氣部件，所述充排氣部件安裝在所述試件上，并與所述工控機連接；

設置在所述試件上的壓差口連接所述壓差傳感器，所述壓差傳感器連接所述工控機；

所述壓差傳感器將采集的所述試件內(nèi)部和外部的壓力差傳輸至所述工控機，所述工控機根據(jù)所述壓力差控制所述充排氣部件，使得所述試件內(nèi)部的壓力為預設壓力；所述工控機根據(jù)所述拉力傳感器測量的所述試件的凈浮力計算所述待測浮空器囊體材料的滲透量。

可選地，還包括顯示部件；

所述顯示部件連接在所述工控機和所述拉力感應器之間，或者連接在所述工控機上，用于實時顯示所述拉力感應器測量的凈浮力。

可選地，還包括設置在所述試件上的拉袢，所述繩索一端固定在所述拉袢上，另一端固定在所述拉力傳感器上，所述拉力傳感器固定在所述錨泊部件上。

可選地，所述拉袢分布在所述試件的表面，且每一拉袢和所述拉力傳感器之間的繩索長度相等。

可選地，所述錨泊部件的質(zhì)量大于所述試件的凈浮力的最大值。

可選地，所述儲氣部件中的氣體的密度小于空氣的密度。

第二方面，本發(fā)明的實施例提供了一種基于以上所述的實驗裝置的實驗方法，包括：

獲取通過裁剪、焊接和折疊的工藝，加工成預設形狀的所述試件的表面積、所述壓差傳感器測量的所述壓力差；

根據(jù)所述壓力差，控制所述充排氣部件，使得所述試件內(nèi)的壓力為所述預設壓力；

獲取所述拉力傳感器測量的所述凈浮力，以及測量得到的每一所述凈浮力對應的時間點；

根據(jù)所述表面積、不同時間點測量得到的凈浮力計算所述待測浮空器囊體材料的滲透量。

可選地，所述根據(jù)所述表面積、不同時間點測量得到的凈浮力計算所述待測浮空器囊體材料的滲透量，包括：

根據(jù)所述表面積、不同時間點測量得到的凈浮力，通過公式計算所述待測浮空器囊體材料的滲透量；

其中，a為所述待測浮空器囊體材料的滲透量，ρ0為所述試件外部的環(huán)境中氣體的密度，ρ1為所述試件內(nèi)部的氣體的密度，s為所述試件的表面積，f1為t1時刻測量得到的凈浮力，f2為t2時刻測量得到的凈浮力。

本發(fā)明的實施例提供了一種用于浮空器囊體材料滲透性測試的實驗裝置及方法，該裝置將采用裁剪、焊接和折疊等模擬浮空器的加工工況制造的浮空器囊體組裝成實驗裝置，通過工控機控制浮空器囊體內(nèi)的氣壓，然后通過測量的不同時刻浮空器的凈浮力計算出制造該浮空器囊體的材料的滲透量。該裝置測試的浮空器囊體的制造過程模擬了浮空器囊體材料的實際加工過程，且實驗過程中保持浮空器囊體內(nèi)部的氣壓，模擬了真實使用過程中浮空器囊體材料承受的氣壓載荷，使得測量得到的凈浮力的值接近浮空器真實使用過程中的凈浮力，提高了實驗得到的浮空器囊體材料的滲透量的準確性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一個實施例提供的用于浮空器囊體材料滲透性測試的實驗裝置的結(jié)構示意圖；

圖2是本發(fā)明另一個實施例提供的基于上述的實驗裝置的實驗方法的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1是本實施例提供的用于浮空器囊體材料滲透性測試的實驗裝置的結(jié)構示意圖。參見圖1，該實驗裝置包括由待測浮空器囊體材料加工而成的試件101、錨泊部件102、充排氣部件103、壓差傳感器104、拉力傳感器105、儲氣部件106和工控機107；

其中，所述試件101通過繩索108固定在所述錨泊部件102上，所述拉力傳感器105設置在所述繩索108上，并與所述工控機107連接；

所述儲氣部件106連接所述充排氣部件103，所述充排氣部件103安裝在所述試件101上，并與所述工控機107連接；

設置在所述試件101上的壓差口110連接所述壓差傳感器104，所述壓差傳感器104連接所述工控機107；

所述壓差傳感器104將采集的所述試件內(nèi)部和外部的壓力差傳輸至所述工控機107，所述工控機107根據(jù)所述壓力差控制所述充排氣部件103，使得所述試件內(nèi)部的壓力為預設壓力；所述工控機107根據(jù)所述拉力傳感器105測量的所述試件101的凈浮力計算所述待測浮空器囊體材料的滲透量。

其中，拉力傳感器設置在繩索上，目的是為了測量繩索的拉力，因為繩索的拉力即為該浮空器囊體收到的凈浮力。本實施例不對拉力傳感器具體的安裝位置進行限制，只要能夠測量繩索108對試件101的拉力值即可。拉力傳感器105和工控機107之間存在信號的傳輸，其可以是通過信號傳輸線連接，進而傳輸測量的凈浮力，也可以是通過無線信號進行連接(例如，通過無線網(wǎng)絡將測量的凈浮力傳輸至工控機或者通過藍牙將測量的凈浮力傳輸至工控機)，本實施例不做具體限制。

另一方面，壓差口110作為壓力差數(shù)據(jù)采集的位置，其和壓差傳感器之間的連接為電路連接，例如，將壓差口受壓產(chǎn)生的機械變形轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺瑐鬏斨翂翰顐鞲衅?04，壓差傳感器104根據(jù)該電信號計算出試件101的內(nèi)部和外部的壓力差，并將該壓力差傳輸至工控機107，工控機根據(jù)該壓力差和當前試件101外部的空氣壓力，即可計算出試件101內(nèi)部的壓力。同樣的，壓差傳感器104和工控機107之間存在信號的傳輸，其可以是通過信號傳輸線連接，進而傳輸測量的壓力差，也可以是通過無線信號進行連接(例如，通過無線網(wǎng)絡將測量的壓力差傳輸至工控機或者通過藍牙將測量的壓力差傳輸至工控機)，本實施例不做具體限制。

再者，工控機107通過充排氣部件103控制試件101內(nèi)部的氣壓，充排氣部件103可以是電子閥門，工控機根據(jù)壓力差和預設壓力，控制電子閥門對試件101進行充氣或者放氣。例如，工控機107根據(jù)壓力差和當前試件101外部的氣壓，計算出當前試件101內(nèi)部的氣壓，在根據(jù)預設的試件101內(nèi)部需要達到的預設壓力，調(diào)節(jié)充排氣部件103對試件101內(nèi)部進行充氣或者放氣，使得試件101內(nèi)部的氣壓為預設壓力。

儲氣部件106可以是一存儲氣體的氣罐或者其它存儲氣體的設備，儲氣部件106和充排氣部件103(例如，可以是充排氣閥)通過管道連接，以通過管道將氣體充入試件101內(nèi)部，或者通過管道將試件101內(nèi)部的氣體放出，存儲在儲氣部件106內(nèi)。

本實施例提供了一種用于浮空器囊體材料滲透性測試的實驗裝置將采用裁剪、焊接和折疊等模擬浮空器的加工工況制造的浮空器囊體組裝成實驗裝置，通過工控機控制浮空器囊體內(nèi)的氣壓，然后通過測量的不同時刻浮空器的凈浮力計算出制造該浮空器囊體的材料的滲透量。該裝置測試的浮空器囊體的制造過程模擬了浮空器囊體材料的實際加工過程，且實驗過程中保持浮空器囊體內(nèi)部的氣壓，模擬了真實使用過程中浮空器囊體材料承受的氣壓載荷，使得測量得到的凈浮力的值接近浮空器真實使用過程中的凈浮力，提高了實驗得到的浮空器囊體材料的滲透量的準確性。

更進一步地，在上述實施例的基礎上，還包括顯示部件；

所述顯示部件連接在所述工控機和所述拉力感應器之間，或者連接在所述工控機上，用于實時顯示所述拉力感應器測量的凈浮力。

顯示部件為一個顯示器，能夠?qū)崟r顯示拉力感應器105測量的凈浮力，無論顯示部件連接在所述工控機和所述拉力感應器之間，還是連接在所述工控機上，其和其它部件之間的連接可以是通過信號傳輸線連接，也可以是通過無線信號進行連接，本實施例不做具體限制。

更進一步地，在上述各個實施例的基礎上，如圖1所示，還包括設置在所述試件101上的拉袢109，所述繩索108一端固定在所述拉袢109上，另一端固定在所述拉力傳感器105上，所述拉力傳感器105固定在所述錨泊部件102上。

拉袢109的設置方便了將繩索108固定在試件101上。

更進一步地，在上述各個實施例的基礎上，所述拉袢109分布在所述試件的表面，且每一拉袢109和所述拉力傳感器之間的繩索長度相等。

也就是說，當試件101漂浮在環(huán)境中時，拉袢109距離地面的高度相等。拉袢109的這種設置方式保證了每一根繩索上的受力是均勻的，增加了繩索的使用壽命。

更進一步地，在上述各個實施例的基礎上，所述錨泊部件102的質(zhì)量大于所述試件101的凈浮力的最大值。

更進一步地，在上述各個實施例的基礎上，所述儲氣部件106中的氣體的密度小于空氣的密度。

作為一種更為具體的實施例，浮空器囊體材料試件101表面安裝有充排氣部件(充/排氣閥)和壓差口，所述浮空器囊體材料試件101表面預留有四個拉袢109，每個拉袢109連接一段繩子，所述繩子、所述壓差口均與所述拉力傳感器連接，所述拉力傳感器通過繩子連接在浮空器囊體材料試件下端，并將數(shù)據(jù)記錄。

試件101的內(nèi)部具有一定的容積，為充氣結(jié)構。

試件101的形狀為圓球形或其他形狀，只要能夠能夠準確計算該性狀的表面積即可，本實施例不對試件101的具體形狀做限制。

試件101的尺寸可以根據(jù)需要進行設計，本實施例不對試件101的具體尺寸做限制。

試件101由待測浮空器囊體材料加工而成，加工過程包括放料、裁剪、焊接和折疊等。

所述錨泊部件，包括下述的任一種形式：錨泊車，地錨，載重大于浮空器囊體材料試件101對應的最大凈浮力的重物。

所述工控機107，與壓差傳感器連接，用于通過所述充排氣部件103控制所述浮空器囊體材料試件101內(nèi)部的壓力使其保持在預設壓力。同時，壓差傳感器記錄浮空器囊體材料試件內(nèi)部與外部試驗環(huán)境的壓力差，拉力傳感器記錄各時間點對應的浮空器囊體材料試件的凈浮力。

通過顯示部件可以實時觀測凈浮力數(shù)據(jù)。

在制造試件101的過程中也可以根據(jù)實際需求改變焊接方式，例如對接或搭接，從而得到真實加工條件下的浮空器囊體材料試件101。

另一方面，如圖2所示，本發(fā)明的實施例還提供了一種基于上述的實驗裝置的實驗方法，包括：

201：獲取通過裁剪、焊接和折疊的工藝，加工成預設形狀的所述試件的表面積、所述壓差傳感器測量的所述壓力差；

202：根據(jù)所述壓力差，控制所述充排氣部件，使得所述試件內(nèi)部的壓力為所述預設壓力；

203：獲取所述拉力傳感器測量的所述凈浮力，以及測量得到的每一所述凈浮力對應的時間點；

204：根據(jù)所述表面積、不同時間點測量得到的凈浮力計算所述待測浮空器囊體材料的滲透量。

更進一步地，在上述實施例的基礎上，所述根據(jù)所述表面積、不同時間點測量得到的凈浮力計算所述待測浮空器囊體材料的滲透量，包括：

根據(jù)所述表面積、不同時間點測量得到的凈浮力，通過公式計算所述待測浮空器囊體材料的滲透量；

其中，a為所述待測浮空器囊體材料的滲透量，ρ0為所述試件外部的環(huán)境中氣體的密度，ρ1為所述試件內(nèi)部的氣體的密度，s為所述試件的表面積，f1為t1時刻測量得到的凈浮力，f2為t2時刻測量得到的凈浮力。

本實施例提供了一種用于采用上述浮空器囊體材料滲透性測試的實驗裝置的實驗方法，該方法將采用裁剪、焊接和折疊等模擬浮空器的加工工況制造的浮空器囊體組裝成實驗裝置，通過工控機控制浮空器囊體內(nèi)的氣壓，然后通過測量的不同時刻浮空器的凈浮力計算出制造該浮空器囊體的材料的滲透量。該裝置測試的浮空器囊體的制造過程模擬了浮空器囊體材料的實際加工過程，且實驗過程中保持浮空器囊體內(nèi)部的氣壓，模擬了真實使用過程中浮空器囊體材料承受的氣壓載荷，使得測量得到的凈浮力的值接近浮空器真實使用過程中的凈浮力，提高了實驗得到的浮空器囊體材料的滲透量的準確性。

該方法通過將浮空器囊體材料加工成具有一定充氣體積的浮空器囊體材料試件101，模擬了浮空器囊體材料的實際加工過程。通過將試件101內(nèi)部充入一定量的氦氣使其壓力保持在預設壓力，模擬了真實使用中浮空器囊體材料承受的內(nèi)部氣壓載荷。通過設置壓差傳感器和拉力傳感器，全程自動記錄了試件凈浮力的數(shù)據(jù)和試件內(nèi)部與外部試驗環(huán)境的壓力差。即同時模擬浮空器的加工工況(放料、裁剪、焊接)及浮空器囊體氣壓載荷產(chǎn)生的應力，更準確地模擬了浮空器囊體材料在真實使用條件下的滲透情況。

具體來說，作為一種具體的實驗過程，其試件的制造過程如下：將待測浮空器囊體材料通過放料、裁剪、焊接等工藝加工成為表面積為s的充氣結(jié)構的浮空器囊體材料試件。當然，該試件形狀為圓球形，能準確計算出表面積的形狀。該試件可以根據(jù)實際需求改變形狀，可以是其他能夠準確計算出表面積的形狀，以獲得不同外形的浮空器囊體材料試件。進一步地，該試件加工過程可以根據(jù)實際需求改變焊接方式，例如對接或搭接，從而得到真實加工條件下的浮空器囊體材料試件。

其次，將通過上述方法制造的浮空器囊體材料試件充滿氦氣(he)后懸掛在錨泊部件上，工控機通過充排氣部件控制浮空器囊體材料試件內(nèi)部的壓力保持在設定值p(預設壓力)。其中，壓差傳感器的數(shù)據(jù)通過所述工控機記錄，通過工控機實時數(shù)據(jù)，控制充排氣部件從而控制試件內(nèi)部的壓力值。

最后，工控機實時記錄各時間點對應的浮空器囊體材料試件的凈浮力和浮空器囊體材料試件內(nèi)部和外部的壓力差，根據(jù)工控機數(shù)據(jù)選取時間t1的凈浮力數(shù)據(jù)f1，時間t2的凈浮力數(shù)據(jù)f2，由下列公式計算該浮空器囊體材料的滲透性(以滲透量a表示)。

其中，ρ0為所述試件外部的空氣的密度，ρ1為所述試件內(nèi)部的氦氣的密度，s為所述試件的表面積。

本實施例提供的實驗方法將被測浮空器囊體材料加工成具有一定體積、安裝有充排氣部件和壓差口的浮空器囊體材料試件。所述浮空器囊體材料試件充氦氣，通過壓差傳感器將試件(例如，試件為圓球形狀)的內(nèi)部壓力控制在預設壓力以模擬真實使用中浮空器囊體材料承受的內(nèi)部氣壓載荷。該試件通過繩索懸浮在所述錨泊部件之上，拉力傳感器通過繩索連接在浮空器囊體材料試件下端。壓差傳感器以及拉力傳感器采集的數(shù)據(jù)由工控機全程自動記錄，而顯示部件可以實時顯示觀測的凈浮力。如此，該方法和試驗裝置通過將浮空器囊體材料試件充氣結(jié)構達到一定的內(nèi)壓下記錄凈浮力的損失，從而計算出氦氣滲透率，既能夠模擬浮空器的加工工況，又能夠模擬浮空器囊體氣壓載荷對囊體材料的應力，準確的測試了浮空器囊體材料在真實使用情況下的滲透性。

以上所描述的電子設備等實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創(chuàng)造性的勞動的情況下，即可以理解并實施。

通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到各實施方式可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)，當然也可以通過硬件?；谶@樣的理解，上述技術方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術做出貢獻的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品可以存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)中，如rom/ram、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網(wǎng)絡設備等)執(zhí)行各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的實施例的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明的實施例進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明的實施例各實施例技術方案的范圍。