CN102645317B - 用于高速颤振模型的带四耳片空心梁及其制作方法 - Google Patents

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本发明属于结构力学领域，涉及一种用于高速颤振模型的带四耳片空心梁及其制作方法。空心梁为矩形空心结构，矩形两边带有四个耳片；相比于带两个耳片的空心梁可以满足三向刚度要求的特点，用带四个耳片的空心梁不仅保留了这个特点，而且梁截面宏观尺寸小，在一定程度上解决了梁截面尺寸超出翼型尺寸的问题；制作时，首先加工两个对称的礼帽型合金构件和两个对称的C型合金构件，然后将四个合金构件进行高温胶结和铆钉连接即可，从而解决了变截面带四耳片矩形空心梁结构的加工难问题，并且能够保证强度要求。该空心梁的设计简单，生产和装配易于进行。

Description

用于高速颤振模型的带四耳片空心梁及其制作方法
技术领域
本发明属于结构力学领域，涉及一种用于高速颤振模型的带四耳片空心梁及其制作方法。
背景技术
对于飞机颤振模型设计，单梁模型的结构形式广泛应用于机翼、机身、尾翼等结构。而高速颤振模型可以用来获取飞机及其部件的跨声速颤振特性。针对高速颤振模型的设计特点，通常需要很小梁架质量来提供很大的翼面刚度。
以往的方法往往存在刚度模拟不确定，加工制造困难，超重等缺陷。如何能够设计并加工出一种质量轻，刚度大的变截面主承力结构，对颤振模型设计人员来说显得尤为重要。
对于高速颤振模型的主承力结构，往往存在着设计难和加工难的问题：
设计难主要体现在要同时满足刚度大和质量轻的设计要求，且刚度需满足三向要求，即垂直向截面惯性矩Ix，侧向截面惯性矩Iy，截面极惯性矩J；而对于加工变截面的带耳片薄壁空心梁，之前采取镗床加工，非常困难，且极难满足设计要求的合格产品；另外，在高速风洞条件下，强度问题非常突出，采用常规胶结的模型在试验中极容易被高速气流冲击损坏，在设计初期就会被否定。采用带双耳片的空心梁结构结合高温胶结技术在一定程度上解决了以上问题，并已在工程中得到成功应用。但如果模型设计要求进一步提高，即要求引入梁截面尺寸限制约束，采用带双耳片的空心梁结构可能就不能满足设计要求。
发明内容
为解决模型设计要求进一步提高所带来的问题，本发明提供一种变截面梁，且能满足三向刚度和梁截面尺寸限制约束，不易被高速气流冲击损坏的带四耳片高速颤振模型的空心梁以及其制作方法。本发明的技术解决方案是，
空心梁具有两个上下对称礼帽型合金构件和两个左右对称的C型合金构件，两个上下对称礼帽型合金构件和两个左右对称的C型合金构件的截面尺寸沿空心梁的长度方向变化，两个C型合金构件置于两个礼帽型合金构件之间，两个礼帽型合金构件的开口向内，两个C型合金构件的开口向外，两个C型合金构件的上、下边与礼帽型合金构件的帽檐相贴合，两个C型合金构件与两个礼帽型合金构件贴合处用铆接和高温胶结形式固定，形成一口字型带四耳片的变截面空心梁结构。
一种用于高速颤振模型的带四耳片空心梁的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：确定待模拟飞机机翼的垂直向截面惯性矩Iax，侧向截面惯性矩Iay，截面极惯性矩Ja；
步骤2：根据刚度缩比关系得到模型若干截面特性设计目标垂直向截面惯性矩Ix，侧向截面惯性矩Iy，截面极惯性矩J；
步骤3：通过试凑法得出满足步骤2中各截面三向刚度要求的截面尺寸，包括空心梁薄壁厚度t与耳片厚度tr，空心梁的宽度W和高度H，以及带耳片的宽度L及耳片高度Hr；
步骤4：加工出礼帽型合金构件，合金构件的各截面相关尺寸为不带帽檐的宽度为W，高度为(H-Hr)/2，帽檐厚度为tr/2，带帽檐的总宽度为L，礼帽型合金构件薄壁厚度为t，并且在礼帽型合金构件的帽檐上加工铆钉孔；
步骤5：加工出C型合金构件，C型合金构件的各截面相关尺寸为宽度(L-W)/2+t，高度为Hr，上下边厚度为tr/2，C型合金构件薄壁厚度为t，并且在C型合金构件的上下边加工铆钉孔；
步骤6：将两个礼帽型合金构件上下对称布置，将两个C型合金构件左右对称布置，并在真空条件下进行高温胶结，高温胶结的真空度高于10-2Pa，温度控制在120℃±5℃；
步骤7：将四个合金构件通过铆钉连接。
本发明产生的积极效果：本发明的空心梁为矩形空心结构，矩形两边带有四个耳片；相比于带两个耳片的空心梁可以满足三向刚度要求的特点，用带四个耳片的空心梁不仅保留了这个特点，而且截面宏观尺寸小，在一定程度上解决了梁截面尺寸超出翼型尺寸的问题；制作时，首先加工两个对称的礼帽型合金构件和两个对称的C型合金构件，然后将四个合金构件进行高温胶结和铆钉连接即可，从而解决了变截面带四耳片矩形空心梁结构的加工难问题，并且能够保证强度要求。该空心梁的设计简单，生产和装配易于进行。
附图说明
图1为本发明用于高速颤振模型的空心梁的截面示意图；
图2为本发明用于高速颤振模型的空心梁的立体示意图；
其中，1：空心梁，2：耳片，3：铆钉，4：礼帽型合金构件，5：C型合金构件。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。
空心梁1具有两个上下对称礼帽型合金构件4和两个左右对称的C型合金构件5，两个上下对称礼帽型合金构件4和两个左右对称的C型合金构件5的截面尺寸沿空心梁1的长度方向变化，两个C型合金构件5置于两个礼帽型合金构件4之间，两个礼帽型合金构件4的开口向内，两个C型合金构件5的开口向外，两个C型合金构件5的上、下边与礼帽型合金构件4的帽檐相贴合，两个C型合金构件5与两个礼帽型合金构件5贴合处用铆钉3铆接和高温胶结形式固定，形成一口字型带四耳片2的变截面空心梁1结构。
一种高速颤振模型的带四耳片空心梁的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：确定待模拟飞机机翼的垂直向截面惯性矩Iax，侧向截面惯性矩Iay，截面极惯性矩Ja；
步骤2：根据刚度缩比关系得到模型若干截面特性设计目标垂直向截面惯性矩Ix，侧向截面惯性矩Iy，截面极惯性矩J；
步骤3：通过试凑计算的方法得出满足步骤2中各截面三向刚度要求的截面尺寸，包括空心梁1薄壁厚度t与耳片2厚度tr，空心梁1的宽度W，高度H以及带耳片2的宽度L及耳片2高度Hr；
步骤4：加工出礼帽型合金构件4，合金构件的各截面相关尺寸为宽度W，高度为(H-Hr)/2，帽檐厚度为tr/2，带帽檐的宽度为L，薄壁厚度为t，并且在礼帽型合金构件的帽檐上加工铆钉孔；
步骤5：加工出C型合金构件5，合金构件的各截面相关尺寸为宽度(L-W)/2+t，高度为Hr，上下边厚度为tr/2，薄壁厚度为t，并且在C型合金构件的上下边加工铆钉孔；
步骤6：将两个礼帽型合金构件4上下对称布置，将两个C型合金构件5左右对称布置，并进行高温胶结；
步骤7：将两个礼帽型合金构件4和两个C型合金构件5通过铆钉3连接，以进一步加强空心梁1上下部分的连接，最终形成变截面主承力梁结构。
进一步地，上述高温胶结在真空条件下进行。
更进一步地，上述高温胶结的真空度要求为真空度高于10-2Pa，温度控制在120℃±5℃。

Claims (2)

1.一种用于高速颤振模型的带四耳片空心梁，其特征在于：空心梁具有两个上下对称礼帽型合金构件和两个左右对称的C型合金构件，两个上下对称礼帽型合金构件和两个左右对称的C型合金构件的截面尺寸沿空心梁的长度方向变化，两C型合金构件置于两个礼帽型合金构件之间，两个礼帽型合金构件的开口向内，两个C型合金构件的开口向外，两C型合金构件的上、下边与礼帽型合金构件的帽檐相贴合，两个C型合金构件与两个礼帽型合金构件贴合处用铆接和高温胶结形式固定，形成一口字型带四耳片的变截面空心梁结构。
2.一种制作权利要求1所述的高速颤振模型的四耳片空心梁的方法，包括以下步骤：
步骤1：确定待模拟飞机部件的垂直向截面惯性矩Iax，侧向截面惯性矩Iay，截面极惯性矩Ja；
步骤2：根据刚度缩比关系得到模型若干截面特性设计目标垂直向截面惯性矩Ix，侧向截面惯性矩Iy，截面极惯性矩J；
步骤3：通过试凑法得出满足步骤2中各截面三向刚度要求的截面尺寸，包括空心梁薄壁厚度t与耳片厚度tr，空心梁的宽度W和高度H，以及带耳片的空心梁截面总宽度L及耳片高度Hr；
步骤4：加工出礼帽型合金构件，礼帽型合金构件的各截面相关尺寸为不带帽檐的宽度W，高度为(H-Hr)/2，帽檐厚度为tr/2，带帽檐的总宽度为L，礼帽型合金构件薄壁厚度为t，并且在礼帽型合金构件的帽檐上加工铆钉孔；
步骤5：加工出C型合金构件，C型合金构件的各截面相关尺寸为宽度(L-W)/2+t，高度为Hr，上下边厚度为tr/2，C型合金构件薄壁厚度为t，并且在C型合金构件的上下边加工铆钉孔；
步骤6：将两个礼帽型合金构件上下对称布置，将两个C型合金构件左右对称布置，并进行在真空条件下进行高温胶结，高温胶结的真空度高于10-2Pa，温度控制在120℃±5℃；
步骤7：将四个合金构件通过铆钉连接。
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