部件試驗法向載荷約束技術

賈煒琰

摘 要：針對某大型水陸兩棲飛機垂尾后機身接頭靜力試驗單垂尾梁易出現扭轉和翹曲問題，按照蒙皮對翼梁限制形式設計了一種限制梁平面扭轉和翹曲夾具。約束夾具與傳感器相連，反饋出相應的約束載荷，將其與理論計算的約束載荷進行對比，發現其誤差較小，可以滿足設計使用。

關鍵詞：垂尾；翼梁；扭轉

1 概述

某大型水陸兩棲飛機尾翼為T尾結構，尾翼的所有載荷都通過機身垂尾接頭傳遞到機身上，造成接頭處載荷值較大，同時由于載荷形式的多樣性導致接頭載荷分配較為復雜，從而使得設計分析比較困難。因此設計方提出了采用垂尾后梁與機身63框進行垂尾后機身接頭靜力試驗的想法。

采用單垂尾后梁進行試驗，在受載時很容易出現梁平面扭轉或翹曲的問題，而真實飛機結構中由于蒙皮對翼梁的限制使其無法出現這樣的問題。為了在試驗中模擬蒙皮對翼梁的限制作用，就需要增加一定的約束。

本文首先從約束點的位置選擇入手，再對約束自由度進行設計，使其盡量與蒙皮限制翼梁的形式相近，最終通過試驗與理論分析結果對比，得知這種設計可以較好地滿足試驗的需要。

2 約束位置的選擇

垂尾后梁試驗件和試驗載荷施加點位置如圖1所示。從圖1中可以看出，為了使得限制扭轉或翹曲更加有效，約束位置應選擇在垂尾后機身接頭和試驗載荷施加點5之間。為了使得約束點效果更好且對試驗件影響最小，將約束點選擇在靠近于5號接頭，梁緣條變化區最為合適。

3 約束自由度選擇

在真實飛機中，垂尾后梁與蒙皮采用鉚釘連接，蒙皮限制梁的扭轉變形，不限制梁的彎曲變形。限制扭轉變形就得在翼梁緣條約束位置左右各設置一個點，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置一個點，并約束垂直于翼梁平面的自由度。

4 約束夾具設計

4.1 扭力平衡框架設計

根據上文所述，在約束位置左右各設置一個點，將兩邊點進行連接，設計成一個扭力框架，這樣既可以實現自平衡保證強度，又可以將兩個點進行連通，形成整體受力，不會造成單邊緣條受載導致應力集中。扭力框架如圖2所示。

4.2 約束頂針設計

針對扭力框架，按照文中第3點設計約束點，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，在單側設計里一對法向頂針，頂針下端采用圓球頂珠，使其可以在外伸耳朵平面內自由滑動，在頂針上端與傳感器相連，使其法向載荷可以進行監控，方便與試驗載荷進行對比。

5 試驗結果分析

按照試驗設計進行試驗夾具生產和試驗安裝，安裝完成后按照大綱開展試驗。本次試驗共三個試驗工況，限制載荷靜力試驗后，將約束點在三個工況下測得的結果與理論結果進行對比，對比結果表如表1所示。

通過表1對比分析結果可以看出，誤差基本在5%以內，整個設計與理論分析相差較小，設計可行。

6 結束語

通過上述設計可以看出，對于部件靜力試驗，法向約束設計可以滿足試驗的要求，并且通過靜力試驗實測結果與理論分析結果對比得知其誤差不超過5%。通過這次可以看出被動載荷引入到試驗考核區的方法在精度可以保證的前提下是十分可行，這也為后續這類型試驗提供了信心。

參考文獻

[1]金屬板材抗凹性試驗的法向加載機構[J].寶鋼技術，2006，B11：60-60.