CN104697845B - 机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种飞机机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统。该系统采用压心随动加载技术、拉伸/压缩平动加载技术和加载框架自平衡技术；由固定框架、随动框架、加载装置、扣重装置和支持装置五部分组成，既能施加机身壁板大吨位级复合载荷，又避免了复合载荷的相互干涉。由于拉伸载荷和压缩载荷不同时施加，施加机身壁板的复合载荷是指同时施加内压载荷、拉伸（或压缩）载荷和剪切载荷中的一种、两种或三种载荷。

Description

机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统

技术领域

本发明属于飞机强度试验技术，涉及一种机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统。

背景技术

机身壁板试验加载系统是机身壁板试验的基础，壁板试验加载系统一般由加载龙门架、加载连接件、加载作动筒、机身壁板试验件等组成，如图1为机身壁板拉伸载荷试验加载系统，该加载系统可完成机身壁板拉伸载荷试验。现有的加载系统仅能完成机身壁板部分载荷工况试验，本发明的加载系统能完成机身壁板全部载荷工况试验。

发明内容

发明目的：提供了一种机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统，能有效施加机身壁板的复合载荷，又避免了复合载荷的相互干涉。

技术方案：一种机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统，其特征在于，包括：

固定框架、随动框架、加载装置、扣重装置和支持装置五部分；

固定框架放置在地面上；随动框架通过剪切随动轴[22]和拉伸随动轴[17]安装在固定框架内部；加载装置通过螺栓安装在固定框架和随动框架上；机身壁板和“D”型盒夹具[1]的一端通过螺栓安装在固定框架的后承力框架[3]上，另一端通过螺栓安装在随动框架的剪切随动框架[24]上；扣重装置安装在固定框架之上；支持装置放置在机身壁板和“D”型盒夹具[1]的下面。

有益效果：

1）机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统首次有效的施加了机身壁板的内压、拉伸（或压缩）、剪切载荷；能进行机身壁板复合载荷作用下所有工况静力/疲劳/损伤容限试验。

2）机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统首次实现了机身壁板大吨位载荷施加，可以施加内压载荷0.15MPa，拉伸载荷4000kN，压缩载荷4000kN，扭矩载荷3750kN·m。

3）机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统首次实现了大尺寸机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验，机身壁板长度达4000mm、弦长达3100mm、弦高达890mm、半径达3350mm。

4）机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统首次采用压心随动加载技术。实现了在剪切载荷的作用下，拉伸载荷和压缩载荷始终施加在机身壁板曲边的形心上。

5）机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统首次采用拉伸/压缩平动加载技术。实现了在拉伸载荷和压缩载荷的作用下，剪切随动框架可以沿剪切随动轴前后平动。

6）机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统首次采用加载框架自平衡技术。试验加载系统无需借助承力墙和承力地面来承受或传递载荷。

7）机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统采用自平衡的固定框架。在给机身壁板施加拉伸或压缩载荷时，固定框架始终承受压缩载荷。

8）试验证明该试验加载系统科学可行、满足工程试验要求。

附图说明

图1为现有机身壁板拉伸载荷试验加载系统结构图。

图2为本专利机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统组成图一。

图3为本专利机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统组成图二。

图4为本专利机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统组成图三。

图5为本专利机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统组成图四。

图6为本专利机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统组成图五。

图7为本专利机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统组成图六。

图8为本专利固定框架结构图。

图9为本专利随动框架结构图。

图10为本专利加载装置结构图。

图11为本专利拉伸随动框架重量扣除结构图。

图12为本专利滑轮组导向扣重原理。

图13为本专利机身壁板和“D”型盒夹具结构图。

图14为本专利载荷2000kN行程300毫米作动筒结构图。

图15为本专利后承力框架结构图。

图16为本专利后底座结构图。

图17为本专利支持小凳结构图。

图18为本专利小配重组结构图。

图19为本专利过渡段结构图。

图20为本专利剪切框架结构图。

图21为本专利拉板结构图。

图22为本专利40型杠杆结构图。

图23为本专利拉伸随动框架结构图。

图24为本专利前底座结构图。

图25为本专利前承力框架结构图。

图26为本专利伸缩随动轴套结构图。

图27为本专利剪切随动框架结构图。

图28为本专利500旋转轴套结构图。

图29为本专利200旋转轴套结构图。

图30为本专利升降托架结构图。

其中，机身壁板和“D”型盒夹具1、压缩作动筒组2、后承力框架3、后底座4、支持小凳5、小配重组6、过渡段组7、升降托架8、大配重组9、剪切框架10、剪切作动筒组11、拉板12、40型杠杆13、拉伸随动框架14、前底座15、前承力框架16、拉伸随动轴17、拉伸作动筒组18、5800扣重横梁19、7400扣重横梁20、7000扣重横梁21、剪切随动轴22、伸缩随动轴套23、剪切随动框架24、对接螺栓25、500旋转轴套26、700旋转轴套27、200旋转轴套28。

具体实施方式

下面结合附图对本专利做进一步详细描述。

本发明提供的一种飞机机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统，如图2、3、4、5、6、7所示，包括：

机身壁板和“D”型盒夹具1、压缩作动筒组2、后承力框架3、后底座4、支持小凳5、小配重组6、过渡段组7、升降托架8、大配重组9、剪切框架10、剪切作动筒组11、拉板12、40型杠杆13、拉伸随动框架14、前底座15、前承力框架16、拉伸随动轴17、拉伸作动筒组18、5800扣重横梁19、7400扣重横梁20、7000扣重横梁21、剪切随动轴22、伸缩随动轴套23、剪切随动框架24、对接螺栓25、500旋转轴套26、700旋转轴套27、200旋转轴套28。

该试验加载系统由固定框架、随动框架、加载装置、扣重装置和支持装置五部分组成。

固定框架放置在地面上；随动框架通过剪切随动轴22和拉伸随动轴17安装在固定框架内部；加载装置通过螺栓安装在固定框架和随动框架上；机身壁板和“D”型盒夹具1的一端通过螺栓安装在固定框架的后承力框架3上，另一端通过螺栓安装在随动框架的剪切随动框架24上；扣重装置安装在固定框架之上；支持装置放置在机身壁板和“D”型盒夹具1的下面。

固定框架由承力框架3、后底座4、过渡段7、剪切框架10、前底座15、前承力框架16用对接螺栓25连接组成。固定框架装配关系为：首先将后承力框架3装配在后底座4之上组成构件一；其次，用过渡段组7将构件一与剪切框架10装配组成构件二；第三，将前承力框架16装配在前底座15之上组成构件三；最后，用过渡段组7将构件二和构件三装配组成固定框架。装配完成的固定框架在地面放置时在下方放置支持小凳5，如图8所示。

随动框架由剪切随动框架24、剪切随动轴22、拉伸随动轴17、拉伸随动框架14、伸缩随动轴套23组成。随动框架装配关系为：首先，将剪切随动轴22安装在固定框架的剪切框架[10]上，将拉伸随动轴17安装在前承力框架16上；其次，将剪切随动框架24安装在剪切随动轴22上，将拉伸随动框架14安装在拉伸随动轴17和剪切随动轴22上；最后，用伸缩随动轴套23将剪切随动框架24与拉伸随动框架14连接，如图9所示。

加载装置由压缩作动筒组2、拉伸作动筒组18、剪切作动筒组11、40型杠杆13、拉板12组成，如图10所示。

压缩作动筒组2包括两个载荷2000kN行程300毫米的作动筒和一个载荷1000kN行程300毫米的作动筒;压缩作动筒组2的三个作动筒后端通过螺栓安装在固定框架的后承力框架3上，前端通过螺栓安装在随动框架的剪切随动框架24上；压缩作动筒组2的三个作动筒收缩，并施加不同大小的载荷，将压缩载荷施加到机身壁板和“D”型盒夹具1的机身壁板形心上。

机身壁板和“D”型盒夹具1的“D”型盒夹具不能承受拉伸、压缩载荷，能承受内压和剪切载荷。

拉伸作动筒组18包括两个载荷2000kN行程300毫米的作动筒和一个载荷1000kN行程300毫米的作动筒;拉伸作动筒组18的三个作动筒后端通过螺栓安装在随动框架的拉伸随动框架14上，前端通过螺栓安装在随动框架的剪切随动框架24上；拉伸作动筒组18的三个作动筒收缩，施加不同大小的载荷，将拉伸载荷施加到机身壁板和“D”型盒夹具1的机身壁板形心上;另外，所述的拉伸作动筒组18还包括一个载荷600kN行程300毫米的作动筒，该作动筒后端通过螺栓安装在随动框架的拉伸随动框架14上，前端连接40型杠杆13和拉板12后通过螺栓安装在固定框架的后底座4上，该作动筒施加拉伸随动框架14平动拉伸载荷；

剪切作动筒组11包括两个载荷1000kN行程500毫米的作动筒，剪切作动筒组11的两个作动筒前端通过螺栓安装在随动框架的剪切随动框架24上，后端通过螺栓安装在固定框架的剪切框架10底部；其中一个作动筒收缩，另一个作动筒外伸，以扭矩的形式施加机身壁板和“D”型盒夹具1的剪切载荷；

内压载荷通过机身壁板和“D”型盒夹具1上的充压孔以充气的方式施加。

扣重装置由5800扣重横梁19、7400扣重横梁20、7000扣重横梁21、小配重组6、大配重组9和五根通用钢索组成。

一根通用钢索的两端分别连接在拉伸随动框架14上，钢索的中间环绕5800扣重横梁19的导向滑轮来扣除拉伸随动框架14的重量。拉伸作动筒组18放置在拉伸随动框架14上，拉伸作动筒组18的重量同拉伸随动框架14一起扣除，如图11所示。

7400扣重横梁20用于扣除剪切框架10的重量，大配重组9包括两块重量相同的配重，每块配重的重量为剪切框架10重量的的十分之一；用两根通用钢索分别通过7400扣重横梁20上的滑轮按5：1的重量比，将大配重组9悬挂在固定框架的两侧来扣除剪切框架10的重量，扣重原理如图12所示。

7000扣重横梁21用于扣除三个压缩作动筒的重量，小配重组6包括两块重量相同的大配重块和一块小配重块。小配重组6中的大配重块的重量为载荷2000kN行程300毫米的作动筒重量的五分之一，用两根通用钢索分别通过7000扣重横梁21上的滑轮按5：1的重量比，将小配重组6的大配重块悬挂在固定框架的两侧来扣除载荷2000kN行程300毫米作动筒的重量；小配重组6中的小配重块为载荷1000kN行程300毫米的作动筒重量的五分之一，用一根通用钢索通过7000扣重横梁21上的滑轮按5：1的重量比，将小配重组6的小配重块悬挂在固定框架的一侧来扣除载荷1000kN行程300毫米作动筒的重量。

支持装置为升降托架8；支持装置放置在机身壁板和“D”型盒夹具1的下面。

具体的，机身壁板和“D”型盒夹具1：如图13所示，机身壁板试验件通过合页安装在“D”型盒夹具上以后，在两端分别安装前气密端板和后气密端板，后气密端板安装有充压接头，通过充压接头施加机身壁板内压载荷，后气密端板通过螺栓安装在后承力框架3上，形成固定支持，前气密端板通过螺栓安装在剪切随动框架24上形成加载端，通过剪切随动框架24施加机身壁板拉伸、压缩和剪切载荷。

压缩作动筒组2：包括两个载荷2000kN行程300毫米的作动筒和一个载荷1000kN行程300毫米的作动筒，三个作动筒的后端安装在后承力框架3上，前端安装在剪切随动框架24上，三个作动筒收缩，施加机身壁板压缩载荷，压缩载荷施加在机身壁板曲边的形心上，载荷2000kN行程300毫米的作动筒如图14所示，载荷1000kN行程300毫米的作动筒结构相同。

后承力框架3：由钢板焊接而成，如图15所示，后承力框架3用于安装机身壁板和“D”型盒夹具1和安装压缩作动筒组2。后承力框架加工有螺栓孔用于安装机身壁板和“D”型盒夹具；加工有连接孔用于安装压缩作动筒组，载荷2000kN行程300毫米的作动筒安装在两侧的连接孔，载荷1000kN行程300毫米的作动筒安装在中央的连接孔。后承力框架3上的水平对接面用于和过渡段组7连接；垂直对接面用于和后底座4连接，后承力框架3安装在后底座4上面。

后底座4：由钢板焊接而成，如图16所示，后底座4用于支持后承力框架3，后承力框架3安装在后底座4的上面，后底座水平对接面用于和过渡段组7连接。

支持小凳5：由钢板焊接而成，如图17所示，支持小凳5共15件，放置在固定框架下面，以减小固定框架对地面的压强。

小配重组6：包括两块重量相同的大配重块和一块小配重块，大配重块的重量为载荷2000kN行程300毫米的作动筒重量的五分之一，小配重块的重量为载荷1000kN行程300毫米的作动筒重量的五分之一，小配重组中的三块配重均由圆钢焊接单耳加工而成，如图18所示。

过渡段组7：如图19所示，共包括12个过渡段，每个过渡段均由钢板焊接而成，过渡段组7用于后承力框架3和后底座4与剪切框架10连接，同样也用于剪切框架10与前承力框架16和前底座15的连接。

大配重组9：大配重组包括两块重量相同的配重，每块配重的重量为剪切框架10重量的十分之一，两块配重均由圆钢焊接单耳加工而成，结构形式与小配重组相同，如图18所示。

剪切框架10：由钢板焊接而成，如图20所示，剪切框架的功能有三个，一是通过剪切随动轴22安装剪切随动框架24，以便施加机身壁板拉伸、压缩和剪切载荷，二是安装剪切作动筒，用于施加剪切载荷，三是剪切框架上部加工有两个长条孔，用于剪切随动框架24扣重，剪切框架10水平对接面用于和过渡段组7连接。

剪切作动筒组11：包括两个载荷1000kN行程500毫米的作动筒，分别安装在剪切框架10底部的作动筒连接孔上，其中一个作动筒收缩，另一个作动筒外伸，以扭矩的形式施加机身壁板剪切载荷。剪切作动筒的结构形式与压缩作动筒的结构形式相同，如图14所示。

拉板12：如图21所示，由钢板加工而成，数量较多，用于40型杠杆13连接，以避免拉板12与剪切框架10中间垂直立柱干涉，这样600kN行程300毫米的作动筒可施加拉伸随动框架14平动拉伸载荷。

40型杠杆13：数量共3件，由40型槽钢焊接而成，一件用于载荷1000kN行程300毫米的拉伸作动筒施加机身壁板拉伸载荷，另两件用于载荷600kN行程300毫米的拉伸作动筒施加拉伸随动框架14平动拉伸载荷，如图22所示。

拉伸随动框架14：如图23所示，由钢板和和方钢焊接而成，该框架用于安装拉伸作动筒组18，安装伸缩随动轴套23两套，安装剪切随动轴22和拉伸随动轴17。

前底座15：如图24所示，由钢板焊接而成，用于支持前承力框架16，前承力框架16安装在前底座15的上面，前底座水平对接面用于和过渡段组7连接。

前承力框架16：由钢板焊接而成，通过对接螺栓25安装在前底座15的上面，水平对接面和过渡段组7相连，拉伸随动框架14通过拉伸随动轴17安装在前承力框架16上，如图25所示。

拉伸随动轴17：为材料是高强度结构钢按螺栓加工要求加工而成的一件大螺栓。

拉伸作动筒组18：包括两个载荷2000kN行程300毫米的作动筒和一个载荷1000kN行程300毫米的作动筒，三个作动筒的后端安装在拉伸随动框架14上，前端安装在剪切随动框架24上，三个作动筒收缩，施加机身壁板拉伸载荷，拉伸载荷施加在机身壁板曲边的形心上；另外，拉伸作动筒组还包括一个载荷600kN行程300毫米的作动筒，该作动筒通过40型杠杆13和拉板12施加拉伸随动框架14平动拉伸载荷，该作动筒一端安装在拉伸随动框架14上，另一端安装在后底座上4。拉伸作动筒组四个作动筒结构形式见图14。

5800扣重横梁19：由36型槽钢焊接而成的长直钢梁，用于扣除拉伸随动框架的重量。

7400扣重横梁20：由36型槽钢焊接而成的长直钢梁，用于扣除剪切随动框架的重量。

7000扣重横梁21：由36型槽钢焊接而成的长直钢梁，用于扣除拉伸作动筒组的重量。

剪切随动轴22：剪切随动轴为22材料是高强度结构钢按螺栓加工要求加工而成的一件大螺栓。

伸缩随动轴套23：共两套，由大轴套和小轴套装配而成，伸缩随动轴套可以沿轴向伸长或缩短，如图26所示。用两套伸缩随动轴套将拉伸随动框架14和剪切随动框架24链接在一起，机身壁板伸长变形时，伸缩随动轴套23缩短；机身壁板缩短变形时，伸缩随动轴套23伸长；机身壁板旋转时，拉伸随动框架14和剪切随动框架24随动旋转。

剪切随动框架24：由钢板焊接而成，如图27所示，剪切随动框架24通过剪切随动轴22安装在剪切框架10上，剪切随动框架24上加工有用于施加拉伸载荷的加载耳片、用于扣重的扣重耳片、用于施加剪切载荷的加载耳片和用于施加压缩载荷的加载方孔。

对接螺栓25：为高强度螺栓，用于连接装配固定框架。

500旋转轴套26：如图28所示，由上端面、竖板、下端面和空心轴焊接而成，数量一件，焊接在剪切框架中央的垂直竖梁上，在其空心轴中安装剪切随动轴22。

700旋转轴套27：与500旋转轴套26结构形式相同，数量两件，分别焊接在剪切随动框架24上和前承力框架16上。

200旋转轴套28：如图29所示，200旋转轴套28为一空心轴，数量一件，焊接在拉伸随动框架14上。

升降托架8：由方钢焊接而成，上面安装有两根可以旋转的圆钢，用于机身壁板和“D”型盒夹具1的支持，如图30所示。

Claims (5)

1.一种机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统，其特征在于，包括：

固定框架、随动框架、加载装置、扣重装置和支持装置五部分；

固定框架放置在地面上；随动框架通过剪切随动轴(22)和拉伸随动轴(17)安装在固定框架内部；加载装置通过螺栓安装在固定框架和随动框架上；机身壁板和“D”型盒夹具(1)的一端通过螺栓安装在固定框架的后承力框架(3)上，另一端通过螺栓安装在随动框架的剪切随动框架(24)上；扣重装置安装在固定框架之上；支持装置放置在机身壁板和“D”型盒夹具(1)的下面；

所述的加载装置由压缩作动筒组(2)、拉伸作动筒组(18)、剪切作动筒组(11)、40型杠杆(13)、拉板(12)组成；

压缩作动筒组(2)包括两个载荷2000kN行程300毫米的作动筒和一个载荷1000kN行程300毫米的作动筒；压缩作动筒组(2)的三个作动筒后端通过螺栓安装在固定框架的后承力框架(3)上，前端通过螺栓安装在随动框架的剪切随动框架(24)上；压缩作动筒组(2)的三个作动筒收缩，并施加不同大小的载荷，将压缩载荷施加到机身壁板和“D”型盒夹具(1)的机身壁板形心上；

拉伸作动筒组(18)包括两个载荷2000kN行程300毫米的作动筒和一个载荷1000kN行程300毫米的作动筒；拉伸作动筒组(18)的三个作动筒后端通过螺栓安装在随动框架的拉伸随动框架(14)上，前端通过螺栓安装在随动框架的剪切随动框架(24)上；拉伸作动筒组(18)的三个作动筒收缩，施加不同大小的载荷，将拉伸载荷施加到机身壁板和“D”型盒夹具(1)的机身壁板形心上；另外，所述的拉伸作动筒组(18)还包括一个载荷600kN行程300毫米的作动筒，该作动筒后端通过螺栓安装在随动框架的拉伸随动框架(14)上，前端连接40型杠杆(13)和拉板(12)后通过螺栓安装在固定框架的后底座(4)上，该作动筒施加拉伸随动框架(14)平动拉伸载荷；

剪切作动筒组(11)包括两个载荷1000kN行程500毫米的作动筒，剪切作动筒组(11)的两个作动筒前端通过螺栓安装在随动框架的剪切随动框架(24)上，后端通过螺栓安装在固定框架的剪切框架(10)底部；其中一个作动筒收缩，另一个作动筒外伸，以扭矩的形式施加机身壁板和“D”型盒夹具(1)的剪切载荷。

2.根据权利要求1所述的机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统，其特征在于，所述的固定框架由后承力框架(3)、后底座(4)、过渡段(7)、剪切框架(10)、前底座(15)、前承力框架(16)用对接螺栓(25)连接组成；固定框架装配关系为：首先将后承力框架(3)装配在后底座(4)之上组成构件一；其次，用过渡段(7)将构件一与剪切框架(10)装配组成构件二；第三，将前承力框架(16)装配在前底座(15)之上组成构件三；最后，用过渡段(7)将构件二和构件三装配组成固定框架；装配完成的固定框架在地面放置时在下方放置支持小凳(5)。

3.根据权利要求1所述的机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统，其特征在于，所述的随动框架由剪切随动框架(24)、剪切随动轴(22)、拉伸随动轴(17)、拉伸随动框架(14)、伸缩随动轴套(23)组成；随动框架装配关系为：首先，将剪切随动轴(22)安装在固定框架的剪切框架(10)上，将拉伸随动轴(17)安装在前承力框架(16)上；其次，将剪切随动框架(24)安装在剪切随动轴(22)上，将拉伸随动框架(14)安装在拉伸随动轴(17)和剪切随动轴(22)上；最后，用伸缩随动轴套(23)将剪切随动框架(24)与拉伸随动框架(14)连接。

4.根据权利要求1所述的机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统，其特征在于，所述扣重装置由5800扣重横梁(19)、7400扣重横梁(20)、7000扣重横梁(21)、小配重组(6)、大配重组(9)和五根通用钢索组成；

一根通用钢索的两端分别连接在拉伸随动框架(14)上，钢索的中间环绕5800扣重横梁(19)的导向滑轮来扣除拉伸随动框架(14)的重量；拉伸作动筒组(18)放置在拉伸随动框架(14)上，拉伸作动筒组(18)的重量同拉伸随动框架(14)一起扣除；

大配重组(9)包括两块重量相同的配重，每块配重的重量为剪切框架(10)重量的十分之一；用两根通用钢索分别通过7400扣重横梁(20)上的滑轮按5：1的重量比，将大配重组(9)悬挂在固定框架的两侧来扣除剪切框架(10)的重量；

小配重组(6)包括两块重量相同的大配重块和一块小配重块；小配重组(6)中的大配重块的重量为载荷2000kN行程300毫米的作动筒重量的五分之一，用两根通用钢索分别通过7000扣重横梁(21)上的滑轮按5：1的重量比，将小配重组(6)的大配重块悬挂在固定框架的两侧来扣除载荷2000kN行程300毫米作动筒的重量；小配重组(6)中的小配重块为载荷1000kN行程300毫米的作动筒重量的五分之一，用一根通用钢索通过7000扣重横梁(21)上的滑轮按5：1的重量比，将小配重组(6)的小配重块悬挂在固定框架的一侧来扣除载荷1000kN行程300毫米作动筒的重量。

5.根据权利要求1所述的机身壁板静力/疲劳/损伤容限试验加载系统，其特征在于，所述支持装置为升降托架(8)；支持装置放置在机身壁板和“D”型盒夹具(1)的下面。