部件試驗(yàn)法向載荷約束技術(shù)

賈煒琰

摘 要：針對(duì)某大型水陸兩棲飛機(jī)垂尾后機(jī)身接頭靜力試驗(yàn)單垂尾梁易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)和翹曲問題，按照蒙皮對(duì)翼梁限制形式設(shè)計(jì)了一種限制梁平面扭轉(zhuǎn)和翹曲夾具。約束夾具與傳感器相連，反饋出相應(yīng)的約束載荷，將其與理論計(jì)算的約束載荷進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其誤差較小，可以滿足設(shè)計(jì)使用。

關(guān)鍵詞：垂尾；翼梁；扭轉(zhuǎn)

1 概述

某大型水陸兩棲飛機(jī)尾翼為T尾結(jié)構(gòu)，尾翼的所有載荷都通過機(jī)身垂尾接頭傳遞到機(jī)身上，造成接頭處載荷值較大，同時(shí)由于載荷形式的多樣性導(dǎo)致接頭載荷分配較為復(fù)雜，從而使得設(shè)計(jì)分析比較困難。因此設(shè)計(jì)方提出了采用垂尾后梁與機(jī)身63框進(jìn)行垂尾后機(jī)身接頭靜力試驗(yàn)的想法。

采用單垂尾后梁進(jìn)行試驗(yàn)，在受載時(shí)很容易出現(xiàn)梁平面扭轉(zhuǎn)或翹曲的問題，而真實(shí)飛機(jī)結(jié)構(gòu)中由于蒙皮對(duì)翼梁的限制使其無法出現(xiàn)這樣的問題。為了在試驗(yàn)中模擬蒙皮對(duì)翼梁的限制作用，就需要增加一定的約束。

本文首先從約束點(diǎn)的位置選擇入手，再對(duì)約束自由度進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其盡量與蒙皮限制翼梁的形式相近，最終通過試驗(yàn)與理論分析結(jié)果對(duì)比，得知這種設(shè)計(jì)可以較好地滿足試驗(yàn)的需要。

2 約束位置的選擇

垂尾后梁試驗(yàn)件和試驗(yàn)載荷施加點(diǎn)位置如圖1所示。從圖1中可以看出，為了使得限制扭轉(zhuǎn)或翹曲更加有效，約束位置應(yīng)選擇在垂尾后機(jī)身接頭和試驗(yàn)載荷施加點(diǎn)5之間。為了使得約束點(diǎn)效果更好且對(duì)試驗(yàn)件影響最小，將約束點(diǎn)選擇在靠近于5號(hào)接頭，梁緣條變化區(qū)最為合適。

3 約束自由度選擇

在真實(shí)飛機(jī)中，垂尾后梁與蒙皮采用鉚釘連接，蒙皮限制梁的扭轉(zhuǎn)變形，不限制梁的彎曲變形。限制扭轉(zhuǎn)變形就得在翼梁緣條約束位置左右各設(shè)置一個(gè)點(diǎn)，并約束垂直于翼梁平面的自由度。不限制彎曲變形就得放開翼梁緣條壓縮方向和彎曲變形自由度。綜上所述，翼梁緣條約束位置左右各設(shè)置一個(gè)點(diǎn)，并約束垂直于翼梁平面的自由度。

4 約束夾具設(shè)計(jì)

4.1 扭力平衡框架設(shè)計(jì)

根據(jù)上文所述，在約束位置左右各設(shè)置一個(gè)點(diǎn)，將兩邊點(diǎn)進(jìn)行連接，設(shè)計(jì)成一個(gè)扭力框架，這樣既可以實(shí)現(xiàn)自平衡保證強(qiáng)度，又可以將兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行連通，形成整體受力，不會(huì)造成單邊緣條受載導(dǎo)致應(yīng)力集中。扭力框架如圖2所示。

4.2 約束頂針設(shè)計(jì)

針對(duì)扭力框架，按照文中第3點(diǎn)設(shè)計(jì)約束點(diǎn)，需要約束垂直于翼梁平面的自由度，即限制扭力框架兩邊外伸耳朵的法向位移。此次試驗(yàn)，在單側(cè)設(shè)計(jì)里一對(duì)法向頂針，頂針下端采用圓球頂珠，使其可以在外伸耳朵平面內(nèi)自由滑動(dòng)，在頂針上端與傳感器相連，使其法向載荷可以進(jìn)行監(jiān)控，方便與試驗(yàn)載荷進(jìn)行對(duì)比。

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)夾具生產(chǎn)和試驗(yàn)安裝，安裝完成后按照大綱開展試驗(yàn)。本次試驗(yàn)共三個(gè)試驗(yàn)工況，限制載荷靜力試驗(yàn)后，將約束點(diǎn)在三個(gè)工況下測(cè)得的結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果表如表1所示。

通過表1對(duì)比分析結(jié)果可以看出，誤差基本在5%以內(nèi)，整個(gè)設(shè)計(jì)與理論分析相差較小，設(shè)計(jì)可行。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過上述設(shè)計(jì)可以看出，對(duì)于部件靜力試驗(yàn)，法向約束設(shè)計(jì)可以滿足試驗(yàn)的要求，并且通過靜力試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論分析結(jié)果對(duì)比得知其誤差不超過5%。通過這次可以看出被動(dòng)載荷引入到試驗(yàn)考核區(qū)的方法在精度可以保證的前提下是十分可行，這也為后續(xù)這類型試驗(yàn)提供了信心。

參考文獻(xiàn)

[1]金屬板材抗凹性試驗(yàn)的法向加載機(jī)構(gòu)[J].寶鋼技術(shù)，2006，B11：60-60.