飛機結(jié)構(gòu)強度試驗局部約束裝置設(shè)計

王鑫濤

（中國飛機強度研究所?全尺寸飛機結(jié)構(gòu)靜力/疲勞航空科技重點實驗室，陜西?西安?710065）

在全尺寸飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中，試驗對象并不一定是整個飛機。對于一些非主要考核部件，在試驗件生產(chǎn)過程中可不予生產(chǎn)，可采用夾具進行替代。夾具既要盡可能模擬真實試驗件的傳載狀態(tài)，又要便于對接部位的載荷施加，且安裝工藝、夾具強度和剛度等必須符合要求[1-2]。

1 設(shè)計背景

文章所針對的試驗件缺少右外翼部分，試驗件外翼與中央翼對接接頭共3組，6個接頭分別為前上接頭、前下接頭、中上接頭、中下接頭、后上接頭、后下接頭。由于對接接頭載荷較大，無法直接進行載荷施加，故采用夾具來延伸垂直機翼加載間距的方式，減小試驗的加載載荷。由于前接頭和中接頭只能承受垂向和側(cè)向載荷，在試驗過程中，中央翼發(fā)生航向變形，而垂向和側(cè)向加載作動筒安裝底端未動，導(dǎo)致夾具加載接頭與對接接頭存在角度，在對接接頭處產(chǎn)生航向載荷分量。同時，由于對接接頭處本身載荷較大，容易對接頭造成不可預(yù)估損傷，因此需采取相應(yīng)的保護措施，以防止損傷產(chǎn)生[3-4]。圖1為機翼變形后示意圖。

圖1 ??機翼變形后示意圖

2 設(shè)計原理

2.1 思路分析

由于機翼發(fā)生變形后，加載夾具與接頭連接處出現(xiàn)航向附加載荷，導(dǎo)致接頭出現(xiàn)損傷。因此，需將航向產(chǎn)生的附加載荷進行轉(zhuǎn)移，使其遠(yuǎn)離接頭處，將載荷傳遞至承載較大、且不影響試驗考核的部位。經(jīng)分析，整個中央翼盒段承載較大，且受力面積較廣，航向載荷分量傳遞至盒段后，分載至翼根連接處后，各連接點處載荷較小，可以忽略。因此考慮設(shè)計一種局部約束裝置，以限制加載夾具與中央翼之間的相對變形，使中央翼發(fā)生變形后，夾具加載接頭與對接接頭不形成角度，保證夾具加載接頭與中央翼對接接頭之間不產(chǎn)生相對變形，以避免兩接頭之間產(chǎn)生多余的航向附加載荷。圖2為采用局部約束裝置后機翼變形后示意圖。

圖2 ??采用局部約束裝置后機翼變形后示意圖

2.2 實現(xiàn)原理

局部約束裝置通過卡板安裝在中央翼上，卡板分為上下兩部分，與機翼貼合面按照翼面形狀進行修型，并粘貼橡膠皮，盡可能地增大卡板與翼面之間的摩擦力。同時對試驗件進行保護，上下兩部分通過連接螺栓進行卡緊，每個夾具兩側(cè)上下均安裝有限制撐桿，一端與卡板用螺栓進行固定連接，另一端延伸至夾具兩側(cè)，限制撐桿依靠斜撐進行加固，斜撐與限制撐桿和卡板均為鉸接，提高其承載能力。每個限制撐桿端頭安裝兩個調(diào)節(jié)螺桿，保證夾具不會發(fā)生轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)螺桿內(nèi)側(cè)安裝牛眼輪，其與夾具兩側(cè)為滾動摩擦，摩擦力較小，可忽略限制面內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力，達(dá)到僅對航向相對變形限制的目的。通過調(diào)節(jié)螺桿、牛眼輪與夾具之間的間隙，有效保護對接接頭不受損傷。圖3為其實現(xiàn)原理圖。

圖3 ??局部約束裝置實現(xiàn)原理圖

3 具體設(shè)計

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)設(shè)計思路，局部約束裝置主要分為6部分：卡板1、連接螺桿2、斜撐3、限制撐桿4、牛眼輪5、調(diào)節(jié)螺桿6。其中，卡板采用硬質(zhì)木料材質(zhì)，根據(jù)所安裝翼面進行修型，在翼面貼合面粘貼橡膠皮；卡板固定裝置采用T型鋼，保證結(jié)構(gòu)彎矩的情況下，降低其重量；限制撐桿與斜撐桿均采用鋼管，保證裝置整體剛度。其基本設(shè)計圖如圖4所示。

圖4 ??局部約束裝置主要結(jié)構(gòu)圖

由于該機翼對接處結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加載點較多，因此將裝置設(shè)計為分體式結(jié)構(gòu)，便于裝置的安裝與拆卸。

3.2 實施方式

為了保證整個裝置的穩(wěn)定性，采用兩套卡板進行固定安裝，卡板分為上下兩部分，分別安裝在中央翼的上下表面，用連接螺桿2卡緊上下卡板與中央翼，限制撐桿4尾部與內(nèi)側(cè)卡板1進行鉸接，用壓板在外側(cè)卡板上進行固定，同時用斜撐3進行加固，以保證限制撐桿的航向穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)螺桿6采用螺紋安裝在限制撐桿4外側(cè)端頭，牛眼輪5安裝在調(diào)節(jié)螺桿內(nèi)側(cè)，調(diào)節(jié)螺桿外側(cè)設(shè)置調(diào)節(jié)手柄，用調(diào)節(jié)螺紋消除牛眼輪5與夾具之間的間隙，以確保航向載荷分量能夠通過局部約束裝置傳遞至中央翼盒段，從而保護對接接頭不受損傷。根據(jù)基本設(shè)計圖最終設(shè)計了局部約束裝置三維模型（如圖5所示），并應(yīng)用于飛機結(jié)構(gòu)強度試驗。

圖5 ??局部約束裝置三維數(shù)模

4 結(jié)????論

為避免試驗過程中因機翼變形引起的附加載荷對試驗件接頭造成損傷，研究并設(shè)計了一種局部約束裝置，通過該裝置能夠順利將對接接頭處的載荷傳遞至機翼盒段，以保證試驗件接頭的安全。同時，該裝置已成功應(yīng)用到飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中，滿足了試驗需求，取得了預(yù)期效果。