CN102874417A - 大跨度大挠度悬臂试验台的桁架结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大跨度大挠度悬臂试验台的桁架结构，包括底座桁架、悬臂桁架和杆端球面联结器。底座桁架由地脚螺栓固定于地面上。悬臂桁架由三根铝合金横梁和腹杆构成，横梁和腹杆通过腹杆瓦片连接。悬臂桁架的每根横梁均匀分为四段，每段横梁之间用横梁连接套管连接。悬臂桁架左端和底座桁架通过上瓦片、下瓦片、固定螺钉连接，悬臂桁架右端由杆端球面联结器和液压驱动装置连接。本发明通过各构件之间的合理连接，使整体桁架结构可以承受大挠度动态载荷，从而模拟机翼的大挠度动态弯曲变形及叠加的小幅振动。本发明具有组装拆卸方便，维修保养费用低；柔性好，可实现大跨度结构的大挠度变形；构件之间连接安全可靠的优点。

Description

大跨度大挠度悬臂试验台的桁架结构

技术领域

本发明属于机械结构技术领域，更进一步涉及航空结构技术、机械振动领域的一种大跨度大挠度悬臂试验台的桁架结构。本发明提出一种既满足大跨度大挠度试验的条件要求，又可以模拟飞机起飞和飞行过程中机翼的动态弯曲变形及叠加的小幅振动的桁架结构。

背景技术

飞机飞行过程中，机翼会因气流压力等原因发生复杂弹性振动。在极端变形情况下，机翼某些部位可能会产生超出设计要求的应力和应变，引发飞行事故。但由于机翼自身结构和其空间变形的复杂性，很难采用弹性力学的经典理论进行计算校核。如果直接采用实际机翼进行机翼液压管路飞行环境振动试验，特别是对于大跨度大挠度的机翼，则需要付出高昂的试验成本，甚至是现实中无法实现的。

岳峰所申请的专利“通过曲轴拉线产生弹性机翼振动的系统”(申请号01108210.0，公开号CN1302755A)公开了一种通过曲轴拉线产生弹性机翼振动的系统。该系统主要是在弹性机翼下方的机架上设有滑轮，并在机架下部中央设有滑轮组，用两根拉线分别与两个弹性机翼相连接，并通过滑轮和滑轮组与动力曲轴的曲拐铰接，动力曲轴的转动带动弹性机翼上下振动，从而使飞行器实现仿生飞行。但是，该专利仍然存在的不足是：首先，该系统的机翼由弹簧钢丝配以高强高弹超薄尼龙布做成，结构的材料强度和刚度不足，在模拟飞行过程中钢丝绳和尼龙布容易断裂和破损；其次，该系统仅能模拟飞行器在起飞和降落过程中弹性机翼的小幅度上下振动，不能同时模拟飞机起飞和飞行过程中机翼的大挠度弯曲变形及叠加的小幅振动。

中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所所拥有的实用新型专利技术“一种大展弦比机翼跨声速颤振模型”(授权公告号CN 202177502 U，申请号201120294839.2)公开了一种大展弦比机翼跨声速颤振模型。该实用新型采用带耳片的空心梁，减轻了模型的整体重量，空心梁和蒙皮之间填充轻质泡沫保证了惯量分布，。该专利技术仍然存在的不足是：首先，该模型主结构和机翼根部的连接是刚性连接，受模型几何尺寸和质量控制的限制，抗拉强度和疲劳强度往往达不到要求，特别是在翼尖被快速提升或者压下时，根部的连接容易开裂甚至损坏。其次，该模型只能模拟飞机飞行过程中机翼的低速和跨声速小幅度颤振，但是不能模拟飞机起飞时机翼的大挠度弯曲变形。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，设计一种结构简单合理、满足大跨度大挠度的试验条件要求、安全可靠的悬臂试验台的桁架结构，以模拟飞机起飞和飞行过程中机翼的大挠度动态弯曲变形及叠加的小幅振动。

本发明的具体思路是：在现有的桁架结构技术基础上，通过各个构件之间的适当连接，重点对结构连接部分的应力和应变进行仿真校核，使连接后的桁架结构可以承受大挠度动态载荷，从而模拟飞机起飞和飞行过程中机翼的大挠度动态弯曲变形及叠加的小幅振动。

为了实现上述目的，本发明包括底座桁架、悬臂桁架和杆端球面联结器。底座桁架的呈矩形分布的四个支撑柱，由地脚螺栓固定于地面上。悬臂桁架由三根铝合金横梁和腹杆构成，横梁和腹杆由腹杆瓦片通过横梁螺钉连接。悬臂桁架左端和底座桁架通过上瓦片、下瓦片、固定螺钉连接，悬臂桁架右端由杆端球面联结器和液压驱动装置连接。

底座桁架包含上下两层，上层和下层均为矩形框架；下层呈矩形分布的四个支撑柱，通过地脚螺栓固定于地面上。

悬臂桁架由三根铝合金横梁和腹杆构成；三根铝合金横梁水平放置且互相平行，三根腹杆分别垂直于横梁，且呈等腰三角形分布；横梁和腹杆由腹杆瓦片通过横梁螺钉连接。

三根铝合金横梁中的每根横梁均匀分为四段，每段横梁之间用横梁连接套管通过管套螺柱、管套螺帽和管套垫圈连接。

悬臂桁架左端与底座桁架，通过上瓦片、下瓦片和固定螺钉连接；悬臂桁架右端和液压驱动装置由杆端球面联结器连接，杆端球面联结器由螺栓穿过耳片连接在腹杆瓦片上。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

第一，本发明采用总体桁架拆分式结构来模拟飞机起飞和飞行过程中机翼的大挠度动态弯曲变形及叠加的小幅振动，克服了现有技术只能模拟机翼的小幅度颤振的缺点，使得本发明各个部件相互独立又相互关联，整个结构组装和拆卸灵活方便，维修保养费用低。

第二，本发明悬臂桁架中的三根横梁采用低密度低模量、柔性较好的铝合金材料，克服了现有技术中模拟结构大挠度变形应力过高的缺点，使得本发明的桁架结构柔性明显增强，可以满足结构大挠度变形的要求。

第三，本发明桁架结构的各个构件之间采用柔性连接(悬臂桁架中四段横梁采用横梁连接套管螺栓拼接的方式连接，悬臂桁架和液压驱动装置之间采用杆端球面联结器进行连接)，克服了现有技术中大跨度桁架构件之间刚性连接强度难以保证的缺点，使得本发明的桁架结构中各个构件之间的连接安全可靠，可以满足大跨度和高强度的要求。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明底座桁架与地面连接关系的示意图；

图3是本发明悬臂桁架结构示意图；

图4是本发明悬臂桁架腹杆装配图；

图5是本发明横梁连接套管装配示意图；

图6是本发明底座桁架和悬臂桁架连接示意图；

图7是本发明杆端球面联结器装配示意图。

上述各图的标号说明：1为底座桁架；2为悬臂桁架；3为杆端球面联结器；4为地脚螺栓；5为横梁；6为腹杆；7为腹杆瓦片；8为横梁螺钉；9为管套螺柱；10为横梁连接套管；11为管套螺帽；12为管套垫圈；13为上瓦片；14为固定螺钉；15为下瓦片；16为螺栓；17为耳片。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明做进一步详细描述。

本发明包括底座桁架1、悬臂桁架2和杆端球面联结器3。底座桁架1固定于地面上。悬臂桁架2左端和底座桁架1连接，悬臂桁架2右端由杆端球面联结器3和液压驱动装置连接。

底座桁架与地面连接关系如图2所示，底座桁架1包含上下两层，上层和下层均为矩形框架；下层呈矩形分布的四个支撑柱，通过地脚螺栓4固定于地面上。底座桁架1由矩形钢焊接而成，对悬臂桁架2起固定支撑作用。

悬臂桁架的结构如图3所示，悬臂桁架2由三根铝合金横梁5和腹杆6构成。三根铝合金横梁5水平放置且互相平行，三根腹杆分别垂直于横梁，且呈等腰三角形分布。

悬臂桁架腹杆装配如图4所示，横梁5和腹杆6由腹杆瓦片7通过横梁螺钉8连接装配。该装配左右对称，可以有效地防止悬臂桁架2拼接横梁之间的错动和扭转。

横梁连接套管装配如图5所示，三根铝合金横梁中的每根横梁均匀分为四段，每段横梁之间用横梁连接套管10通过管套螺柱9、管套螺帽11和管套垫圈12连接。管套垫圈12用来保护横梁连接套管10的表面不受管套螺帽11挤压擦伤，分散管套螺帽11对横梁连接套管10的压力。横梁采用连接管套拼接的方式，解决了制造工艺中横梁长度限制和超长梁的运输问题，同时保证了每段横梁之间的有效固接。

底座桁架和悬臂桁架连接关系如图6所示，悬臂桁架2左端与底座桁架1，通过上瓦片13、下瓦片15和固定螺钉14连接。大挠度桁架在提升的过程中，悬臂桁架2根部和底座桁架连接部位是受力最危险的位置，该连接装配利用上瓦片13和下瓦片15分散了悬臂桁架2根部的受力，有效地解决了应力集中问题。

杆端球面联结器装配如图7所示，悬臂桁架2右端和液压驱动装置由杆端球面联结器3连接，杆端球面联结器3由螺栓16穿过耳片17连接在腹杆瓦片7上。悬臂桁架2在提升的过程中，液压驱动装置在竖直方向会产生微小的偏角。而杆端球面联结器3能实现无间隙且极其平滑的旋转与摆动运动，所以整个悬臂桁架2可以和液压驱动装置实现柔性连接，防止液压驱动装置的卡死或损坏。

Claims (5)

1.一种大跨度大挠度悬臂试验台的桁架结构，它包括底座桁架(1)、悬臂桁架(2)和杆端球面联结器(3)；其特征在于，所述的底座桁架(1)呈矩形分布的四个支撑柱由地脚螺栓(4)固定于地面上；所述的悬臂桁架(2)由三根铝合金横梁(5)和腹杆(6)构成，横梁(5)和腹杆(6)由腹杆瓦片(7)通过横梁螺钉(8)连接；所述的悬臂桁架(2)左端和底座桁架(1)通过上瓦片(13)、下瓦片(15)、固定螺钉(14)连接，悬臂桁架(2)右端由杆端球面联结器(3)和液压驱动装置连接。

2.根据权利1要求所述的大跨度大挠度悬臂试验台的桁架结构，其特征在于，所述的底座桁架(1)包含上下两层，上层和下层均为矩形框架；下层呈矩形分布的四个支撑柱，通过地脚螺栓(4)固定于地面上。

3.根据权利要求1所述的大跨度大挠度悬臂试验台的桁架结构，其特征在于，所述的悬臂桁架(2)由三根铝合金横梁(5)和腹杆(6)构成；三根铝合金横梁(5)水平放置且互相平行，三根腹杆(6)分别垂直于横梁(5)，且呈等腰三角形分布；横梁(5)和腹杆(6)由腹杆瓦片(7)通过横梁螺钉(8)连接。

4.根据权利要求1所述的大跨度大挠度悬臂试验台的桁架结构，其特征在于，所述的三根横梁(5)中的每根横梁均匀分为四段，每段横梁之间用横梁连接套管(10)通过管套螺柱(9)、管套螺帽(11)和管套垫圈(12)连接。

5.根据权利要求1所述的大跨度大挠度悬臂试验台的桁架结构，其特征在于，悬臂桁架(2)左端与底座桁架(1)，通过上瓦片(13)、下瓦片(15)和固定螺钉(14)连接；悬臂桁架(2)右端和液压驱动装置由杆端球面联结器(3)连接，杆端球面联结器(3)由螺栓(16)穿过耳片(17)连接在腹杆瓦片(7)上。

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