飛機(jī)貨艙集重分載板試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與研究

高雙全，賴建政

（凌云科技集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖北 當(dāng)陽(yáng)444100）

0 引言

集重裝備分載設(shè)備是指用于集重裝備運(yùn)輸，能夠有效分載集重裝備重量保證載運(yùn)工具安全的專用設(shè)備。運(yùn)輸機(jī)集重分載設(shè)備是運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行裝備航空運(yùn)輸?shù)谋Ｕ涎b備，其作用是解決集重裝備由于接地比壓高而無(wú)法進(jìn)行航空運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題[1]。當(dāng)飛機(jī)裝載重型裝備時(shí)，為了避免因局部載荷超過(guò)飛機(jī)貨艙地板的承載能力而損傷飛機(jī)貨艙和機(jī)體，需要考慮集重裝備在機(jī)艙內(nèi)的分載方案和分載措施，在飛機(jī)貨艙地板上鋪設(shè)一種分載墊板用作過(guò)渡板。利用增大分載板與飛機(jī)貨艙地板的接觸面積來(lái)分載集重裝備的重量是一種常用的艙內(nèi)分載措施。對(duì)集重貨物分載方式進(jìn)行分析和計(jì)算，選擇合理的分載方式，以避承重結(jié)構(gòu)出現(xiàn)產(chǎn)生塑性變形和貨物出現(xiàn)應(yīng)力集中，確保運(yùn)輸?shù)陌踩玔2]。在論證分載方案的過(guò)程中常借助有限元分析軟件進(jìn)行模擬仿真，但由于在軟件分析過(guò)程中難以完全考慮實(shí)際情況，存在安全隱患。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)集重分載板試驗(yàn)裝置研究較少，為了填補(bǔ)國(guó)內(nèi)貨艙集重分載板試驗(yàn)裝備的空缺，提高航空運(yùn)輸保障效能，本文研發(fā)設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的集重分載試驗(yàn)裝置。

1 試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

為了使飛機(jī)貨艙集重分載試驗(yàn)裝置可以模擬集重裝備在飛機(jī)貨艙內(nèi)的實(shí)際分載狀態(tài)和實(shí)際工況，試驗(yàn)裝置主要的功能設(shè)計(jì)需求及要求應(yīng)該滿足：可以測(cè)量集重分載板局部受力；能分析出分載板的局部壓強(qiáng)，再次可與飛機(jī)貨艙地板所能承受的最小局部壓強(qiáng)進(jìn)行對(duì)比；以此為依據(jù)確定集重分載板分載效果。因此，試驗(yàn)裝置的具體設(shè)計(jì)為：在分載板的底平面采用按矩形陣列分布的多個(gè)壓力傳感器來(lái)測(cè)量和采集集重分載板加載工況下不同區(qū)域的壓力值[3]。通過(guò)數(shù)據(jù)采集處理軟件實(shí)時(shí)顯示分載板底平面不同區(qū)域的壓強(qiáng)值，根據(jù)所測(cè)量數(shù)據(jù)及其分布情況可綜合分析集重分載板的分載效能和分載效果，按照分載后的最大局部壓強(qiáng)小于飛機(jī)貨艙地板所能承受的最小局部壓強(qiáng)，并綜合考慮安全系數(shù)等因素來(lái)論證和決策分載方案的可行性，對(duì)分載方案的論證、驗(yàn)證和決策提供依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

試驗(yàn)裝置采用測(cè)試底板、輔助底板和過(guò)渡斜臺(tái)組成分載板的試驗(yàn)支撐平臺(tái)，在測(cè)試底板上采用矩形陣列進(jìn)行分布和安裝多個(gè)壓力傳感器來(lái)構(gòu)建壓力數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)控臺(tái)主要功能為采集數(shù)據(jù)的匯總傳輸，其硬件主要包括安裝信號(hào)變送器和數(shù)據(jù)采集傳送板。在測(cè)控臺(tái)的工作臺(tái)面上配備筆記本電腦并安裝數(shù)據(jù)處理軟件來(lái)構(gòu)建數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。試驗(yàn)裝置總體外形見圖1，包括構(gòu)件：①測(cè)試底板（用于安裝壓力傳感器）1件；②輔助底板5件；③過(guò)渡斜臺(tái)2件；④壓力傳感器（0～2T輪輻式壓力傳感器）51件；⑤測(cè)控臺(tái)1套（內(nèi)裝信號(hào)變送器和數(shù)據(jù)采集傳送板）；⑥筆記本電腦1臺(tái)（內(nèi)裝數(shù)據(jù)采集處理軟件）。其試驗(yàn)應(yīng)用場(chǎng)景見圖2。

圖1 試驗(yàn)裝置總體外形

圖2 試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)應(yīng)用場(chǎng)景

測(cè)試底板外形見圖3，支撐框架是由矩形型鋼和方形型鋼組焊而成的框架式結(jié)構(gòu)，吊耳用于整體起吊和吊裝，支撐板由厚鋼板制造，與支撐框架組焊到一起，整體組焊后整體進(jìn)爐進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除焊接應(yīng)力來(lái)提高整體尺寸的穩(wěn)定性。熱處理后采用數(shù)控龍門銑加工支撐板的上平面，在支撐板的上平面加工有壓力傳感器的安裝螺紋孔用于安裝和固定壓力傳感器，支撐板上加工有3個(gè)裝配基準(zhǔn)孔，用于測(cè)量支撐頭的裝配和調(diào)整，可輔助采用激光跟蹤儀進(jìn)行高精度的數(shù)字化裝配將測(cè)量支撐頭的上支撐面調(diào)整至共面[4]。

圖3 測(cè)試底板外形

輔助底板的支撐框架是由矩形型鋼組焊而成的框架式結(jié)構(gòu)，吊耳用于整體起吊和吊裝，上平面組焊有花紋鋼板。過(guò)渡斜臺(tái)支撐框架是由矩形型鋼組焊而成的框架式結(jié)構(gòu)，吊耳用于整體起吊和吊裝，上下平面組焊有花紋鋼板。過(guò)渡斜臺(tái)用于銜接輔助底板與地面的高度差實(shí)現(xiàn)斜角平緩過(guò)渡，便于輪式裝備能平緩駛?cè)胼o助底板的上平面。測(cè)控臺(tái)的柜體內(nèi)部安裝有信號(hào)變送器和數(shù)據(jù)采集傳送板構(gòu)建壓力數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。在測(cè)控臺(tái)的工作臺(tái)面上配備筆記本電腦并安裝數(shù)據(jù)采集分析軟件來(lái)構(gòu)建數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。

2 試驗(yàn)方法及試驗(yàn)步驟

（1）對(duì)接和安裝測(cè)試底板、輔助底板、過(guò)渡斜臺(tái)。

（2）檢查和調(diào)平壓力傳感器上的測(cè)量支撐頭，將測(cè)量支撐頭的上平面調(diào)整至共面。

（3）檢查和調(diào)平輔助底板。

（4）連接測(cè)控臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線及電源線。

（5）在測(cè)試底板和輔助底板上鋪設(shè)待試驗(yàn)的集重分載板。

（6）安裝擋塊防止分載板在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。

（8）連接電腦，打開電源及數(shù)據(jù)采集分析軟件。

（9）打開測(cè)控臺(tái)電源，對(duì)壓力傳感器進(jìn)行零位校準(zhǔn)，檢查和測(cè)試其數(shù)據(jù)測(cè)量、采集及傳輸系統(tǒng)至正常工作狀態(tài)。

（10）將用于加載試驗(yàn)的集重輪式裝備緩慢駛?cè)敕州d板的上平面進(jìn)行加載和試驗(yàn)。

（11）針對(duì)輪式裝備的前、后不同軸重，應(yīng)選擇最大軸重的車輪進(jìn)行加載和試驗(yàn)。

（12）在數(shù)據(jù)測(cè)量區(qū)域內(nèi)取不少于3處位置分別進(jìn)行加載和試驗(yàn)。

（13）分別采集不同加載位置的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在電腦軟件中保存數(shù)據(jù)采集和處理結(jié)果。

（14）將用于加載試驗(yàn)的集重輪式裝備緩慢駛出分載板的上平面并駛離本試驗(yàn)裝置。

（15）通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和分析，對(duì)分載效果、分載方案和分載措施進(jìn)行分析、論證和決策。其分析論證原則如下：①測(cè)量數(shù)據(jù)分布范圍越廣、分布越均勻、數(shù)據(jù)過(guò)渡越平緩則說(shuō)明分載效果越好。②分載后的最大壓強(qiáng)與分載前的最大壓強(qiáng)之間的比值越小則說(shuō)明分載效果越好。③按照分載后的最大局部壓強(qiáng)小于飛機(jī)貨艙地板所能承受的最小局部壓強(qiáng)并綜合考慮安全系數(shù)等因素來(lái)論證和決策分載方案的可行性。

3 實(shí)例分析

模似飛機(jī)上使用狀態(tài)，將分載單元塊和過(guò)渡斜臺(tái)別進(jìn)行拼裝，并鋪設(shè)在集重分載設(shè)備試驗(yàn)工裝上。在試驗(yàn)臺(tái)面上，采用飛機(jī)牽引車（20 t）作為集重裝備駛?cè)朐囼?yàn)分載單元塊上，進(jìn)行分載效能試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)件底平面的均布傳感器，進(jìn)行測(cè)力并通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，試驗(yàn)操作如4圖所示。

圖4 分載單元塊的分載效能檢測(cè)試驗(yàn)

集重裝備的加載測(cè)試點(diǎn)為4個(gè)（大于3個(gè)），采集壓力數(shù)據(jù)并通過(guò)軟件（采用Matlab二次開發(fā)）分析，得到圖5分載板分載效能試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果圖，結(jié)果顯示試驗(yàn)件底平面在集重裝備負(fù)載狀態(tài)下的最大壓強(qiáng)均小于0.26 MPa，表明試驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方案是可行且有效的。

圖5 分載板分載效能試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理生成圖

4 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)了專用試驗(yàn)裝置，模擬飛機(jī)貨艙的集重裝備分載狀態(tài)，通過(guò)采用壓力傳感器來(lái)測(cè)量不同區(qū)域的壓力值來(lái)綜合分析集重分載板的實(shí)際分載效果。此類分載設(shè)備和試驗(yàn)裝備目前在國(guó)內(nèi)尚屬空白，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)貨艙集重分載板試驗(yàn)裝備的空缺，為未來(lái)大型集重裝備和物資的航空集裝化運(yùn)輸提供物質(zhì)基礎(chǔ)，為提高航空運(yùn)輸保障效能提供了支撐。