CN103630346B - 一种起落架应急断离销试验台及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种起落架应急断离销试验台及其实验方法，通过一套由两个液压泵构成液压加载系统和设计的试验台可以完成应急断离销限制载荷试验、极限载荷试验和断离载荷试验。在限制载荷试验与极限载荷试验时，通过液压加载系统驱动加载臂对试件加载至限制载荷与极限载荷实现；进行断离载荷试验时，使一个液压泵驱动加载臂对试件加载至限制载荷，另一个液压泵处于高压状态，随后快速切换两个液压泵，直接在试件处产生超过最大断离载荷的力。本发明的优点为：（1）试件能够准确模拟应急断离销在起落架中复杂的应力状态。（2）通过两个液压泵的快速切换满足从限制载荷到断离载荷3秒内完成的要求。（3）设计放大臂，降低了对液压泵压力和各个构件强度的要求。

Description

一种起落架应急断离销试验台及其试验方法

技术领域

本发明涉及一种试验装置，具体来说，是一种起落架应急断离销试验台及其试验方法。

背景技术

飞机起降滑跑过程是飞行事故的多发阶段，因此起落架系统是关系到飞机安全的关键系统之一。其设计被认为是飞机和事故之间最主要的纽带，在飞机的总体设计中占到至关重要的位置。为避免起落架的失效而引发周边机翼机身结构件的破坏，保护机翼油箱，防止失火爆炸，在起落架接头部位设计薄弱区作为应急断离的措施是现代民用飞机的主要手段之一，常见的薄弱结构为轴销的形式，因而称其为应急断离销。

美国联邦航空管理局(FAA)颁布的FAR25适航标准和中国民用航空管理局(CAAC)颁布的CCAR25适航标准都对起落架应急断离结构做了明确要求。其中，CCAR25部的305(a)条、(b)条规定应急断离结构应满足以下要求：即主起落架应急断离销能够承受限制载荷而无有害的永久变形，在直到限制载荷的任何载荷作用下，变形不得妨碍安全运行；且主起落架断离销能够承受极限载荷至少三秒钟而不破坏。同时还要满足当飞机坠撞时，断离销能够在机翼结构破坏前首先断离，从而不会导致起落架扯破机翼油箱造成燃油泄漏等危险。为此，西方民用飞机厂商的飞机主起落架都采用了多个断离销分多次依次断离的方式保证飞机坠撞的安全。

以某型的干线飞机为例，其起落架为前三点式布局，主起落架为并列双轮式，如图1所示，起落架前耳1与机翼后梁采用转动副连接，承受径向载荷；起落架后耳2铰接在起落架支撑梁上，承受轴向和径向载荷。

由于起落架要承受飞机起飞、着陆、滑行、转弯等机动，因此机轮胎面会受三个方向的外力的作用，这些载荷会产生弯矩，并通过主起落架支柱3传递到起落架前耳1与起落架后耳2上，最终由起落架前耳1与起落架后耳2以集中力的形式传递给机体。在极限载荷以上，起落架会逐步断离，存在多个断离点，而其中第一断离点的选择极为重要；下面对断离方案的设计进行介绍：

(1)断离方案一

将起落架前耳1位置的轴销设计为第一薄弱位置，起落架后耳2位置连接强度比最大断离载荷稍高。由此，起落架前耳1在达到断离载荷下首先断裂，其载荷转移到起落架后耳2及侧撑杆4上，在大弯矩下，整个起落架在起落架后耳2位置撬断起落架支撑梁后甩出。

(2)断离方案二

起落架后耳2位置的轴销设计为第一薄弱位置，起落架前耳1位置连接强度比最大断离载荷稍高。起落架后耳2位置的轴销在断离载荷下首先断裂；其载荷转移到起落架前耳1位置轴销及侧撑杆4上，起落架前耳1与机翼后梁采用转动副连接，有可能直接从机翼后梁脱落，也有可能某些部分被卡住，从而把机翼后梁撬坏，进而损坏机翼结构。从而方案二的可行性遭到质疑，因而选用断离方案一，即起落架前耳1位置轴销为第一薄弱位置。

在断离方案一中，由于起落架前耳1直接与机翼后梁连接，因此将起落架前耳1位置轴销设计为第一断离点后，当轴销的强度低于机翼后梁及附近主承力构件的强度时，可以保证起落架断离时机翼翼盒主承力结构不发生破裂。针对断离方案一，为满足适航要求，需要设计起落架应急断离销的试验方案，对应急断离销进行试验。

根据《飞机起落架强度设计指南》，飞机起落架落震试验是在地面专门试验设施上进行模拟飞机着陆撞击地面的一种动力特性试验，是飞机起落架缓冲器设计的关键环节。飞机起落架设计，需要通过一系列落震试验得到起落架的各项参数，如位移、载荷、加速度、力和应变等来确定起落架的状况，从而选择合适的油孔尺寸和型式，以及调整缓冲系统内部充填参数，从而使缓冲器性能达到设计要求。同时通过试验也可以检验起落架过载，轮胎行程以及起落架结构的强度、刚度是否达到预期要求。

而落震试验属于冲击试验的一种，载荷经历的时间为0.01s量级，无法准确模拟断离销的承载状态，同时断离销限制载荷试验，极限载荷试验和断离载荷试验都需要有一个加载过程，而落震试验台无法准确模拟整个加载过程。此外，前耳轴断离销的受力是悬臂形式，受到弯矩和剪切力作用，不是冲击试验的纯剪切形式的受载。

发明内容

为了解决现上述问题，本发明提出一种起落架应急断离销试验台及其试验方法，可用于起落架应急断离销的限制载荷试验、极限载荷试验和断离载荷试验。以满足中国民用航空管理局(CAAC)颁布的《运输类飞机适航标准》对起落架应急断离结构的要求。

本发明一种起落架应急断离销试验台，包括机架、载荷放大臂、加载作动器、测力传感器、起落架前耳模拟件、轴承模拟件。

所述机架为框架结构；顶部具有轴承模拟件安装平面，轴承模拟件安装平面上开有试件定位孔。

所述载荷放大臂为由加载臂与主动臂构成的一体结构，主动臂倾斜设置，与水平面间具有夹角，主动臂的固定端与加载臂固定端相接，铰接端与机架铰接；在加载臂的安装端上通过螺栓固定安装有测力传感器。

所述加载作动器为两个，两个加载作动器均竖直设置；两个加载作动器的机体端均固定安装在机架底端；两个加载作动器的伸缩端均与载荷放大臂中主动臂与加载臂相接处铰接。

所述起落架前耳模拟件具有U型横截面，水平设置；起落架前耳模拟件末端具有连接柱，连接柱依次穿过测力传感器中心通孔以及载荷放大臂中加载臂端部通孔后，与加载臂间配合固定，且末端与测力传感器贴合；起落架前耳模拟件的前端两个端面上分别横向对称开设有贯通前端面两侧的铰接槽A与铰接槽B；所述轴承模拟件为块状结构，相对两侧面上对称设计有轴A与轴B；轴A与轴B分别与铰接槽A、铰接槽B配合设置在铰接槽A、铰接槽B内，使轴承模拟件架设在起落架前耳模拟件上；轴承模拟件上竖直开有试件安装孔，用来安装试件。

通过上述结构起落架应急断离销试验台，实现断离销限制载荷试验、断离销极限载荷试验及断离销断离载荷试验，具体为：

断离销限制载荷试验：

两个作动器通过一个液压泵驱动，通过控制液压泵向第一作动器与第二作动器加载有效压力，使第一作动器与第二作动器共同产生载荷，并经载荷放大臂放大后，通过起落架前耳模拟件对试件进行加载，直至到达限制载荷，保持30秒钟后卸载载荷，实现断离销限制载荷试验。

断离销极限载荷试验：

两个作动器通过一个液压泵驱动，通过控制液压泵向第一作动器与第二作动器加载有效压力，使第一作动器与第二作动器共同产生载荷，并经载荷放大臂放大后，通过起落架前耳模拟件对试件进行加载，直至达到限制载荷后，停留3-5秒，继续加载至极限载荷，保持3秒后卸载载荷，实现断离销极限载荷试验。

断离销断离载荷试验：

两个作动器共同通过两个液压泵联合供压，令两个液压泵分别为1号泵与2号泵；首先，通过控制1号泵向第一作动器与第二作动器加载可用压力，使第一作动器与第二作动器共同产生载荷，并经过载荷放大臂放大后，通过起落架前耳模拟件对试件进行加载，直至达到限制载荷；上述过程中，使2号泵保持可用压力始终处于最高状态，且可使载荷放大臂放大后的载荷不小于最大断离载荷；随后，快速切换1号泵至2号泵，使起落架前耳模拟件对试件进行加载的载荷达到最大断离载荷，使断离销断裂，完成断离销断离载荷试验。上述过程中，需保证断离销断裂时所受载荷在最小断离载荷和最大断离载荷之间。

本发明优点在于：

1、通过设计旋转臂、前耳模拟件和轴承模拟件，能够准确模拟应急断离销在起落架前耳轴位置的复杂应力状态；

2、通过两个液压泵的快速切换，克服了单一液压泵加载速度慢的特点，顺利满足起落架应急断离销从限制载荷加到断离载荷3秒内完成的要求；

3、通过设计载荷放大臂，不仅可以选用公称压力相对较小的液压泵，而且对试验台各个构件的强度要求也降低了。

附图说明

图1为干线飞机主起落架示意图；

图2为本发明起落架应急断离销试验台整体结构示意图；

图3为本发明起落架应急断离销试验台整体结构侧视示意图；

图4为本发明起落架应急断离销试验台中机架结构示意图；

图5为本发明起落架应急断离销试验台中起落架前耳模拟件结构示意图；

图6为本发明起落架应急断离销试验台中轴承模拟件结构示意图；

图中：

1-起落架前耳2-起落架后耳3-主起落架支柱

4-支撑梁5-机架6-载荷放大臂

7-加载作动器8-测力传感器9-起落架前耳模拟件

10-轴承模拟件和数501-加载作动器安装台502-轴承模拟件安装平面

503-试件定位孔601-加载臂602-主动臂

901-连接柱902-铰接槽A903-铰接槽B

1001-轴A1002-轴B1003-试件安装孔

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明一种起落架应急断离销试验台，包括机架5、载荷放大臂6、加载作动器7、测力传感器8、起落架前耳模拟件9、轴承模拟件10，如图2所示。

所述机架5为楔形框架结构；一垂直侧壁设置在水平面上(如：地面)；斜面下端端部设计有加载作动器安装台501；斜面上端具有轴承模拟件安装平面502，轴承模拟件安装平面502上开有试件定位孔503。

所述载荷放大臂6为由加载臂601与主动臂602构成的一体结构，主动臂602倾斜设置，与水平面间具有夹角，主动臂602的固定端与加载臂601固定端相接，铰接端与机架5铰接。在加载臂601的安装端上通过螺栓固定安装有测力传感器8。

所述加载作动器7为两个，令两个加载作动器7分别为第一作动器与第二作动器，均竖直设置。第一作动器与第二作动器的机体端均通过法兰固定在固定安装在机架5中加载作动器安装台上；第一作动器与第二作动器的伸缩端均与载荷放大臂6中主动臂602与加载臂601相接处铰接；并使第一作动器与第二作动器具有一个公共纵截面。第一作动器与第二作动器均通过液压泵进行驱动。

所述起落架前耳模拟件9具有U型横截面，水平设置(即横截面与水平面平行)；起落架前耳模拟件9末端具有连接柱901，连接柱901依次穿过测力传感器8中心通孔以及载荷放大臂中加载臂601端部通孔后，与加载臂601间配合固定，且末端与测力传感器8贴合，实现起落架前耳模拟件9的固定。起落架前耳模拟件9的前端两个端面上分别横向对称开设有贯通前端面两侧的铰接槽A902与铰接槽B903；铰接槽A902与铰接槽B903的底面具有弧度，形成U型结构的铰接槽A902与铰接槽B903。

所述轴承模拟件10为块状结构，相对两侧面上对称设计有轴A1001与轴B1002；轴A1001与轴B1002的直径均与铰接槽A902与铰接槽B903的宽度相等，且小于铰接槽A902与铰接槽B903的深度。轴A1001与轴B1002分别与铰接槽A902、铰接槽B903配合设置在铰接槽A902、铰接槽B903内，且轴A1001、轴B1002的侧面与铰接槽A902与铰接槽B903的底面紧密贴合，由此可将轴承模拟件10架设在起落架前耳模拟件9上，且保证轴承模拟件10的侧壁与起落架前耳模拟件9的末端内侧壁间存在一定间隙，约为3cm。轴承模拟件10上中心位置竖直开有试件安装孔1003，用来安装试件；当试件与轴承模拟件10间安装完毕后，将轴承模拟件10架设起落架前耳模拟件9上，此时，试件定位孔503与试件安装孔1003在水平面上的投影重合；由此将试件进一步插入到试件定位孔503中，实现试件的定位，以及轴承模拟件10与起落架前耳模拟件9间的相对定位。

上述结构形成本发明起落架应急断离销试验台，通过液压泵驱动作动器产生载荷(伸缩端升起)，推动载荷放大臂6转动，使起落架前耳模拟件9上的铰接槽A902与铰接槽B903分别与轴A1001、轴B1002间配合转动，通过载荷放大臂6可对作动器产生的载荷进行放大，由起落架前耳模拟件9通过轴承模拟件10施加到试件上。由于在飞机起落架的实际应用中，飞机起落架的应急断离销受力是悬臂形式，受到弯矩和剪切力作用，而不是冲击试验的纯剪切形式的受载，因此，本发明通过可转动的载荷放大臂6可满足上述要求，对试件施加载弯矩和剪切力。由于载荷加载臂601的转动产生的力放大作用，因此可选用公称压力相对较小的液压泵进行试验。上述对试件施加载荷大小可通过测力传感器8测得，并通过数据采集显示系统采集显示，并进行存储，以备分析使用。

本发明起落架应急断离销试验台，可满足断离销限制载荷试验、断离销极限载荷试验以及断离销断离载荷试验。断离销限制载荷试验，极限载荷试验和断离载荷试验都有一个加载过程，因此通过液压泵对作动器的控制可以准确模拟整个加载过程。下面对采用本发明起落架应急断离销试验台进行断离销限制载荷试验、断离销极限载荷试验以及断离销断离载荷试验进行说明：

1、断离销限制载荷试验：

通过控制液压泵向第一作动器与第二作动器加载有效压力p₁，使第一作动器与第二作动器共同产生载荷F₁：

$F_1=\frac{1}{2}\×p_1\×d^2---\left(1\right)$

其中，d为作动器伸缩端的直径；

随后经过载荷放大臂6对F₁放大后，产生载荷F₂，通过起落架前耳模拟件9对试件进行加载，直至F₂＝FLimit，保持30秒钟后卸载载荷，记录试验时输入载荷的大小，完成应急断离销限制载荷试验。

上述：

$F_2=F_1\×\frac{L_1}{L_2}---\left(2\right)$

其中，为载荷放大比，L₁为主动臂602的长度，L₂为加载臂601的长度(即为主起落架前后交点的距离)；FLimit为限制载荷，根据某型飞机起落架交点载荷计算报告提供的数据，筛选出第一断离点三个方向载荷的最大值Fx、Fy和Fz，三个方向载荷的合力即为限制载荷FLimit。

限制载荷试验完成以后，进行两个方面的检查：一方面是进行目视检查，试验成功的标准是无可视裂纹、无可视断裂，并且施加载荷时产生的压力是可以接受的；另一方面是进行试验件尺寸检查，检查试件关键部位的直径，试验成功的标准是应急断离销没有有害的永久变形，如果应急断离销的局部弯曲不影响功能的话，是可以接受的。

2、断离销极限载荷试验：

通过控制液压泵向第一作动器与第二作动器加载有效压力p₁，使第一作动器与第二作动器共同产生载荷F₁；随后经过载荷放大臂6对F₁放大后，产生载荷F₂，通过起落架前耳模拟件9对试件进行加载，直至F₂＝FLimit后(即液压泵对试件加载至限制载荷)，稍作停留(3-5秒)，继续加载至F₂＝Fultimate，保持3秒后卸载载荷，完成断离销极限载荷试验。Fultimate为极限载荷，Fultimate＝S×FLimit，S为设计的安全系数，通常选用1.5。

断离销极限载荷试验完成后，检查试验件变形情况是否符合要求。

3、断离销断离载荷试验：

由于当断离销发生应急断离时经历的时间极短，在3s以内，如果从限制载荷通过液压泵慢慢加压加到断离载荷的话，断离销可能在加压过程中就已经有很大的塑性变形甚至断裂，导致测量的断离载荷不准确。因此本发明在试验中采用两个液压泵联合供压的形式，通过两位四通阀可实现两泵间的切换，具体方法为：

首先，通过控制1号泵向第一作动器与第二作动器加载可用压力p₁，使第一作动器与第二作动器共同产生载荷F₁，经过载荷放大臂6放大后产生载荷F₂，通过起落架前耳模拟件9对试件进行加载，直至F₂＝FLimit。上述过程中，使2号泵保持可用压力p₂始终处于最高状态，可使载荷放大臂6放大后的载荷F₄≥FmaxBAL；其中，F₃为第一作动器与第二作动器共同产生的载荷FmaxBAL＝n×FminBAL；FminBAL＝m×Fultimate；FminBAL为最小断离载荷；m、n为根据起落架支撑结构强度确定的系数，通常取m为1.1，取n为1.03。

随后，快速切换1号泵至2号泵，使两个作动器产生的载荷瞬时提高，由此，通过起落架前耳模拟件9对试件进行加载的载荷瞬时达到F₄，使断离销断裂，完成断离销断离载荷试验。应急断离销断离载荷试验过程中，检查1号泵切换至2号泵后，载荷由F₂加至F₄的时间是否符合要求，通常需保证在3秒内由F₂加至F₄；且根据测力传感器8在断离销断裂时测得载荷数据是否符合要求，通常需保证断离销断裂时所受载荷在最小断离载荷和最大断离载荷之间。

Claims (7)

1.一种起落架应急断离销试验台，其特征在于：包括机架、载荷放大臂、加载作动器、测力传感器、起落架前耳模拟件、轴承模拟件；

所述机架为框架结构；顶部具有轴承模拟件安装平面，轴承模拟件安装平面上开有试件定位孔；

所述载荷放大臂为由加载臂与主动臂构成的一体结构，主动臂倾斜设置，与水平面间具有夹角，主动臂的固定端与加载臂固定端相接，铰接端与机架铰接；在加载臂的安装端上通过螺栓固定安装有测力传感器；

所述加载作动器为两个，两个加载作动器均竖直设置；两个加载作动器的机体端均固定安装在机架底端；两个加载作动器的伸缩端均与载荷放大臂中主动臂与加载臂相接处铰接；

所述起落架前耳模拟件具有U型横截面，水平设置；起落架前耳模拟件末端具有连接柱，连接柱依次穿过测力传感器中心通孔以及载荷放大臂中加载臂端部通孔后，与加载臂间配合固定，且末端与测力传感器贴合；起落架前耳模拟件的前端两个端面上分别横向对称开设有贯通前端面两侧的铰接槽A与铰接槽B；所述轴承模拟件为块状结构，相对两侧面上对称设计有轴A与轴B；轴A与轴B分别与铰接槽A、铰接槽B配合设置在铰接槽A、铰接槽B内，使轴承模拟件架设在起落架前耳模拟件上；轴承模拟件上竖直开有试件安装孔，用来安装试件。

2.如权利要求1所述一种起落架应急断离销试验台，其特征在于：所述两个作动器具有一个公共纵截面；第一作动器与第二作动器均通过液压泵进行驱动。

3.如权利要求1所述一种起落架应急断离销试验台，其特征在于：所述铰接槽A与铰接槽B的底面具有弧度，形成U型结构的铰接槽A与铰接槽B。

4.如权利要求1所述一种起落架应急断离销试验台，其特征在于：所述轴A与轴B的直径均与铰接槽A与铰接槽B的宽度相等，且小于铰接槽A与铰接槽B的深度。

5.如权利要求1所述一种起落架应急断离销试验台，其特征在于：所述轴承模拟件的侧壁与起落架前耳模拟件的末端内侧壁间存在间隙。

6.如权利要求1所述一种起落架应急断离销试验台，其特征在于：轴承模拟件架设在起落架前耳模拟件上时，试件定位孔与试件安装孔在水平面上的投影重合。

7.一种起落架应急断离销试验方法，其特征在于：采用权1中的起落架应急断离销试验台，实现断离销限制载荷试验、断离销极限载荷试验及断离销断离载荷试验，具体为：

断离销限制载荷试验：

两个作动器通过一个液压泵驱动，通过控制液压泵向第一作动器与第二作动器加载有效压力，使第一作动器与第二作动器共同产生载荷，并经载荷放大臂放大后，通过起落架前耳模拟件对试件进行加载，直至到达限制载荷，保持30秒钟后卸载载荷，实现断离销限制载荷试验；

断离销极限载荷试验：

两个作动器通过一个液压泵驱动，通过控制液压泵向第一作动器与第二作动器加载有效压力，使第一作动器与第二作动器共同产生载荷，并经载荷放大臂放大后，通过起落架前耳模拟件对试件进行加载，直至达到限制载荷后，停留3-5秒，继续加载至极限载荷，保持3秒后卸载载荷，实现断离销极限载荷试验；

断离销断离载荷试验：

两个作动器共同通过两个液压泵联合供压，令两个液压泵分别为1号泵与2号泵；首先，通过控制1号泵向第一作动器与第二作动器加载可用压力，使第一作动器与第二作动器共同产生载荷，并经过载荷放大臂放大后，通过起落架前耳模拟件对试件进行加载，直至达到限制载荷；上述过程中，使2号泵保持可用压力始终处于最高状态，且可使载荷放大臂放大后的载荷不小于最大断离载荷；随后，3秒内切换1号泵至2号泵，使起落架前耳模拟件对试件进行加载的载荷达到最大断离载荷，使断离销断裂，完成断离销断离载荷试验；上述过程中，需保证断离销断裂时所受载荷在最小断离载荷和最大断离载荷之间。