CN101233402B

CN101233402B - 纵向和周向曲率机身结构的测试装置

Info

Publication number: CN101233402B
Application number: CN2006800273869A
Authority: CN
Inventors: C·萨韦-圣-热尔姆; P·德克拉克; O·米尼翁; B·朗维尔
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: FR2889311A1; CN101233402A; RU2008106911A; CA2615279C; BRPI0617026A2; CA2615279A1; RU2415393C2; JP5161082B2; WO2007012735A1; FR2889311B1; JP2009503482A; EP1913357B1; EP1913357A1

Abstract

与纵向和周向曲率机身结构(10)相关的测试装置，所述测试装置包括一组在所述机身结构上施加力的力施加部件(80)。该测试装置包括中轴(20)，所述中轴在所述机身结构(10)的中央并沿纵向方向延伸，且能够与所述机身结构(10)相连接。所述的一组力施加部件安装在所述机身结构与连接至所述中轴(20)的支撑部件(70、90)之间。所述测试装置尤其用于在飞机机身上进行测试。

Description

纵向和周向曲率机身结构的测试装置

技术领域

本发明涉及与双曲率机身结构相关的测试装置。

特别是，本发明旨在提供一种测试装置，其可进行双曲率即纵向和周向曲率机身结构的静力测试、疲劳测试和损伤容限测试。

背景技术

实际上，这些机身结构是通常用于制造飞机后机身或前机身的机身环体。

公知的是将这种测试装置用于通过力施加系统对机身结构施加力，这种力表示机身结构在其使用时所经受的力。这些力通常是沿结构的纵向方向所施加的拉力或压缩力、沿结构周廓的扭力以及与飞机内部和外部之间存在的压力差有关的压力。

因此，公知的一种测试装置可对柱形机身环体式单曲率结构施加压力和轴向机械载荷，见M.Langon和C.Meyer的“机身曲面板测试台的研制(Development of a test fixture for fuselage curved panels)”，CEAT，ICAF，1999年，第745至753页。

但是，这种测试装置不能应用于双曲率机身结构，而双曲率机身结构完全代表飞机机身结构所经受的实际力。

发明内容

本发明旨在弥补前述缺陷，而提出双曲率(double courbure)机身结构测试装置。

为此，与纵向和周向曲率(courbure longitudinale etcirconférentielle)机身结构相关的测试装置包括一组在机身结构上施加力的力施加部件。

根据本发明，该测试装置包括中轴，所述中轴在所述机身结构的中央并沿纵向方向延伸，且能够与所述机身结构相连接，所述的一组力施加部件安装在所述机身结构与连接至所述中轴的支撑部件之间。

因此，符合本发明的装置包括中轴，该中轴可以在机身结构的中央形成刚性结构，并且承受施加于机身结构上的力。

由于在机身结构的中央承受力，因而结构外部的空间是自由的，从而允许持续检查机身结构所经受的应力。

根据本发明的一实施方式，该测试装置包括能够使所述中轴与所述机身结构的上端部相连接的连接部件，所述力施加部件能够把力施加在所述机身结构的下端部上。

该装置可以使机身结构整体承受扭力或拉力/压缩力。中轴可以承受在机身结构的下端部和上端部之间被施加到机身结构上的力。

根据本发明的一实施方式，所述支撑部件包括能够支撑第一种力施加部件的底板、和固定于所述中轴并能支撑第二种力施加部件的底座。

因此，可以使两种力的施加分开，从而使得可以在进行互相独立的测试时改变所施加的力，并且能以不相关的方式对所施加的不同类型的力分析对结构产生的结果。

实际上，所述第一种力施加部件能够将扭力施加于所述机身结构，而所述第二种力施加部件能够将拉力或压缩力施加于所述机身结构。

所述第一种力施加部件优选能够施加相切于所述机身结构的弯曲表面的力。

这样施加的力可以保持与该表面共线，并且伴随该表面的变形。

实际上，所述第一种力施加部件包括至少一千斤顶，所述千斤顶能够沿水平轴线施加力，并且所述千斤顶在其端部围绕垂直轴枢转地安装。

由于千斤顶端部的这种枢转安装，因而施加在机身结构表面上的扭力可以持续保持与该表面相切的方向，甚至在该表面移动和变形之后。实际上，为了以规则的方式在机身结构上施加力，所述力施加部件在施力点与载荷传递环连接，所述机身结构的下端部固定于所述载荷传递环。

附图说明

在下文描述中将显示出本发明的其它特征和优点。

在作为非限定例子给出的附图中：

-图1是双曲率机身结构的透视图；

-图2示意性地以透视图表示符合本发明一实施方式的测试装置；

-图3是图2装置的纵剖面图；

-图4是图2装置的中轴支座的透视图；

-图5a和5b分别为图2测试装置的载荷传递环的透视图和俯视图；

-图6a和6b分别为图2测试装置底座的透视图和剖面图；

-图7是图2装置的中轴的芯体的透视图；

-图8是图2装置的连接盖子的透视图；

-图9a和9b分别为图2装置的外固定环的透视图和剖面图；

-图10a和10b分别为能够与图9a和9b的外固定环配合的内固定环的透视图和剖面图；

-图11是没有中轴的芯体和机身结构的俯视图，表示力施加部件的安装；及

-图12是图2测试装置的局部纵剖面，表示力施加部件的安装。

具体实施方式

现在参照附图描述机身结构测试装置的一实施例。

下面将要描述的测试装置可以测试如图1所示的双曲率结构10。

例如它涉及机身环体(couronne)，如图1中箭头所示，该机身环体同时具有纵向曲率和周向曲率。

测试装置可对这种结构进行静力测试、疲劳测试和损伤容限测试。

一般来说，它可施加表示飞机结构所经受的力的力，尤其是沿纵向方向的拉力或压缩力、相对于纵向轴线的扭力、或者由结构的内部与外部之间的压力差所产生的压力。

当然，必须可以综合施加在结构上的所有这些类型的力。

图2和3一般地示出根据本发明一实施方式的测试装置。

目前，借助于对单曲率结构的数字模拟和测试来掌握双曲率机身结构的性能。

因此，测试数据是验证和校准用于双曲率构形的数字模型以掌握其性能所不可缺少的。

如后面所述的测试装置还可评估和研究新成型件料(金属材料和复合材料)的性能以及研究新技术。

测试装置按其原理包括朝纵向方向延伸在机身结构10中央的中轴20。

中轴20包括用于固定在地面的支座21、以及垂直杆25。

支座21特别示于图4。该支座包括形成底脚22的部分，该部分用于通过一系列如图3所示的螺钉22a被固定至下面将要描述的底板70。

支座21的外形整体为柱形，并包括环冠部21a，该环冠部21a形成与支座21的柱形体24的突肩21b。下面将描述力施加部件在突肩21b上的安装。

中央柱形挖空部21c可减轻支座21。

在与支座21的底脚22相对的盘形端面23上，设有使支座21与垂直杆25连接的连接部件。在该实施方式中，支座包括沿盘形端面23的直径延伸的沟槽23b。该沟槽23b能够与设于如图7所示的垂直杆25的端面25a的互补肋(未示出)配合。

当然，可以在支座21与杆25之间设置相反的连接部件或其它类型的连接部件，这些连接部件使中轴20的结构具有能够支撑施加于机身结构10的力的刚性。

例如，垂直杆的直径为1m，并且高度约为4m。当然，可以根据待测试的机身结构10的长度改变垂直杆的高度。

支座21和垂直杆25例如是模制和机加工成的钢制结构，所述结构能够支撑并承受施加在机身结构上的力。

垂直杆25在一端部27包括能够使中轴20与机身结构10的上端部10a相连接的连接部件30、40。

如图8中可以清楚看到的，连接部件包括与中轴20的上端部27相连接的盖子30。

盖子30在中轴20上的固定应足够牢固，以抵抗施加在结构10上的扭力和拉力或压缩力，且因此可以通过中轴20承受结构所经受的力。

为此，在该实施方式中，中轴20的垂直杆25的上端部27包括一系列凹槽28，这些凹槽28平行于中轴20的轴线地延伸，并嵌在盖子30的内表面30a上所形成的一系列互补凹槽31中。

实际上，该盖子30包括带有整体形状为柱形的内孔腔33的柱形体32，内孔腔33的柱形内表面30a设有互补凹槽31。

这些凹槽特别适于承受盖子30在垂直杆25的端部27上的扭力。

为了使中轴20与盖子30进行拉伸/压缩连接，在盖子30的底部和垂直杆25的端部27的末端27a之间设有一系列固定螺钉。

盖子30还在外部包括一系列位于盖子30的柱形体32与环箍36之间的叶片35。这些叶片35可以加固盖子30的结构。

由于存在力和许多用于使盖子30与垂直杆25连接的固定部件，因此中轴由实心材料制成是很重要的。

在盖子30的环箍36的下表面上设有固定部件40，用以实现机身结构10的上端部10a的固定。

正如图9a、9b、10a、10b所示，这些固定部件40由外环41和内环42构成，外环和内环能够通过夹紧来保持机身结构10的上端部10a(尤其参见图3)。

更确切的是，这些固定环41、42的整体形状为柱形。因此外固定环41包括环箍43，该环箍用于与盖子的环箍36接触，以通过一系列固定螺钉固定至环箍36。该环箍43由截锥形部分44加以延长，该截锥形部分用于与机身结构10的上端部10a的外表面吻合。

同样，内固定环42包括环箍45，该环箍用于例如通过固定螺钉被固定至盖子30的环箍36。该环箍45被截锥形部分46延长，该截锥形部分用于与机身结构10的上端部10a的内表面吻合。

因此，当固定环41、42被固定于盖子30时，内固定环42延伸在外固定环41的截锥形部分44内，固定环的截锥形部分44、46能够夹住机身结构的上端部10a。

在机身结构的下端部10b，通过与载荷传递环50连接的固定部件实现相同的安装。

和上固定部件40一样，机身结构10的下端部10b能够通过夹紧被保持在两个互补的环41、42之间，环41、42在两个柱形环冠部之间形成保持机身结构10的端部10b的保持空间。

现在参照图11和12描述力施加部件60、80整体。这些力施加部件60、80安装在与中轴20相连接的支撑部件上。

如前面指出的，这些支撑部件包括图2清楚表示的底板70，底板70在该实施方式中为三角形。

该底板70能够支撑第一种力施加部件60，这里是适于在机身结构10上施加扭力的力施加部件。

另外，支撑部件包括固定到中轴20的底座90，且在该实施方式中底座90固定在支座21上。底座90适于支撑第二种力施加部件80，这里是适于在机身结构10上施加一拉力或压缩力的力施加部件80。

实际上，在该实施方式中，设有三个能够施加扭力的千斤顶61。这些千斤顶安装在彼此按120°布置的支撑机构62上，并因此固定在三角形底板70的顶角部。这些千斤顶例如是能够沿它们的活塞杆施加力的液压千斤顶。

为了保证千斤顶61牢固地固定在底板70上，支撑机构62包括两个相对底板70的倾斜45°到80°的角的倾斜立柱62a。立柱62a在它们之间形成60°到90°的角。

如图5a和5b所示，机身结构10固定在上面的载荷传递环50以互补的方式具有三个也按120°布置的固定块58。

载荷传递环50的形状为平坦的，并整体呈三角形，固定块58位于三角形的顶角部。载荷传递环50在其中央另外包括能够使中轴20通过的圆形开口59，该开口特别是能够使支座21的柱形体24通过。

每个液压千斤顶61水平地位于支撑机构62与固定块58之间。每个千斤顶61的杆的端部例如通过螺钉和支架与固定块58连接。

每个千斤顶61的另一端部的类似安装可以使该千斤顶与支撑机构62相连接。由于这种借助支架的安装，千斤顶的端部在它们安装于支撑机构62和固定块58处分别围绕两个垂直轴枢转地安装。

因此，作为反应，载荷传递环50在每个液压千斤顶61所施加的力的作用下的转动移动伴随着千斤顶61的枢转，从而使千斤顶61保持与机身结构的表面相切的作用方向。

这里每个液压千斤顶所施加的力施加在一水平平面中，所述水平平面与载荷传递环50延伸的平面重合。因此施加的力与机身结构表面相切，并且对应于在载荷传递环的三个等距点所施加的扭力。因此该力均匀地施加于载荷传递环50。

与这些可在机身结构上施加扭力的部件并行地，还设有六个垂直位于载荷传递环50与底座90之间的液压千斤顶81。

如图6a和6b所示，底座90的整体形状为圆环，在其中心具有能够使中轴20通过的圆形开口91，更确切地说圆形开口90能够使底座21的柱形体24通过。

该底座90包括柱形翼92和环箍93。

如图3所示，底座90在其环箍93处支靠于支座21的突肩21b上，因此柱形翼92与支座21的环冠部21a和底脚22一起形成能够容纳用以允许底座90安装于支座21上的托架的槽。

在底座90的环箍93上，六个具有垂直轴线的液压千斤顶81均匀分布地安装在中轴20的垂直轴线周围。

因此，液压千斤顶81彼此按60°地布置在圆形的底座90上。

如图12所示，液压千斤顶81的杆端部固定在支撑机身结构10的载荷传递环50上。

因此，垂直千斤顶81位于底座90与载荷传递环50之间，从而垂直的拉力或压缩力穿过载荷传递环50被施加于下端部10b固定至载荷传递环50的机身结构10上。因此施加的力均匀分布在结构10的下端部10b上。

由于水平的液压千斤顶61一方面安装在三角形支撑板70上，且垂直千斤顶81安装在底座90上，因此可将拉力/压缩力和扭力的施加分开。

另外，为了能够重新形成机身结构10内外部之间存在的压差并测试该压差，加压部件100位于中轴20与机身结构10之间。

在该实施方式中，加压部件100由位于垂直杆25与机身结构10之间的截锥形结构100构成，可以通过输送带压空气或通过充水的可膨胀球给该截锥形结构100与机身结构10之间的空间增压。

为此，优选在截锥形结构100的下部分设置加压流体入口101。

因此，截锥形结构100形成可以使中轴20与机身结构之间的空间缩小的箱体。

由于不同的力施加部件，可以在结构上施加所有代表机身结构实际性能的机械力。

特别是，可以施加以下的最大力：

	静力测试	疲劳测试
			1：压力+拉力	F_max＝17000kNΔP_max＝3.7bar	F_max＝10000kNΔP_max＝1.9bar
2：压力+压缩力

3：压力+扭力	M_max＝7300kNΔP_max＝3.7bar	M_max＝4300kNΔP_max＝1.9bar
			4：压力+扭力+压缩力	F_max＝17000kNM_max＝7300kNΔP_max＝3.7bar	F_max＝17000kNM_max＝4300kNΔP_max＝1.9bar

另外要指出的是，通过前面描述的装置的设计，如图2所示，机身结构10外部的空间仍保持可用，从而允许从外部检测机身结构。

如果通过夹紧结构来实现机身结构的固定，则可以很容易地进行结构的拆卸，且因此也可在施力后检测结构的内部。

由于由底座和垂直杆构成的中轴的模块结构，因而可以适应高度变化的不同的机身结构，特别是通过更换垂直杆来适应高度变化的不同的机身结构。

还应当指出，通过一般使用无损检验法，并使用预先布置在机身结构的各个不同部位的传感器，也可避免在测试过程中拆卸结构。

该测试结构可研究双曲率结构的损伤容限、疲劳允差和静力允差。特别是，可测定借助应力计记录的施加于机身结构10的应力，且可观察机身结构中沿空间的各个方向的所有位移。

当然，本发明并不局限于上面描述的实施例。

特别是，无论是用于施加扭力还是用于施加压缩力或拉力，所用的液压千斤顶的数量都是非限制性的。此外，可使用液压千斤顶之外的力施加部件。

另外，除了前述夹紧固定方法之外，还可使用机身结构在其端部的其它类型的固定方法。

Claims

1.纵向和周向曲率机身结构(10)的测试装置，所述测试装置包括一组在所述机身结构上施加力的力施加部件(60、80)，

其特征在于，该测试装置包括中轴(20)，所述中轴在呈环体形式的机身结构(10)的中央并沿纵向方向延伸，且能够与所述机身结构(10)相连接；

并且，所述的一组力施加部件(60、80)安装在所述机身结构(10)与连接至所述中轴(20)的支撑部件(70、90)之间。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，该测试装置包括能够使所述中轴与所述机身结构(10)的上端部(10a)相连接的连接部件(30、40)，所述力施加部件(60、80)能够把力施加在所述机身结构的下端部(10b)上。

3.如权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，所述支撑部件包括能够支撑扭力施加部件(60)的底板(70)、和固定于所述中轴(20)并能支撑拉力或压缩力施加部件(80)的底座(90)。

4.如权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述扭力施加部件(60)能够将扭力施加于所述机身结构(10)，而所述拉力或压缩力施加部件(80)能够将拉力或压缩力施加于所述机身结构(10)。

5.如权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述扭力施加部件能够施加相切于所述机身结构的弯曲表面的力。

6.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述扭力施加部件包括至少一千斤顶，所述千斤顶能够沿水平轴线施加力，并且所述千斤顶在其端部围绕竖直轴枢转地安装。

7.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述力施加部件(60、80)在施力点与载荷传递环(50)连接，所述机身结构(10)的下端部(10b)固定于所述载荷传递环(50)。

8.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述连接部件包括与所述中轴(20)的上端部(27)连接的盖子(30)，并包括固定所述机身结构(10)的上端部(10a)的固定部件(40)。

9.如权利要求8所述的测试装置，其特征在于，所述固定部件(40)由外环(41)和内环(42)构成，所述外环和内环能够通过夹紧来保持所述机身结构(10)的上端部(10a)。

10.如权利要求8所述的测试装置，其特征在于，所述中轴(20)的上端部(27)包括一系列凹槽(28)，所述凹槽平行于所述中轴(20)的轴线地延伸，并嵌在一系列设在所述盖子(30)的内表面(30a)的互补凹槽(31)中。

11.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，该测试装置另外包括能够位于所述中轴(20)与所述机身结构(10)之间的加压部件(100)。