CN106197981A - 一种发动机辅助安装节结构静力试验加载装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机辅助设备静力试验领域，特别涉及一种发动机辅助安装节结构静力试验加载装置及方法，能够对整个发动机的辅助安装节进行综合加载。加载装置包括：安装底座，其上设置有试验组件；加载板，底部的第一加载部分别连接试验组件上的吊点拉杆；第一作动筒和第二作动筒，均通过测力计分别与一个加载板上的第二加载部铰接；第三作动筒，通过测力计与一个加载板上的三加载部铰接。本发明的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置及方法，可以将试验件考核载荷简化为X‑Y平面内二个垂直和一个水平方向的三个施加载荷，从而简化了整个试验，实现了综合加载。

Description

一种发动机辅助安装节结构静力试验加载装置及方法

技术领域

本发明涉及发动机辅助设备静力试验领域，特别涉及一种发动机辅助安装节结构静力试验加载装置及方法。

背景技术

安装节是发动机与飞机的连接件，将发动机的各种外负荷传给飞机。现在较为先进的军/民用喷气式航空发动机由于发动机更加紧凑，而且出于提高可靠性和可维护性考虑。

目前一些发动机采用两个安装截面的设计，主安装截面布置于发动机中介机匣上，辅助安装截面布置在涡轮后机匣上。特别如图1所示，发动机辅助安装节有三个吊点拉杆和发动机相连，主要承受发动机的径向载荷和周向载荷。

由于上述发动机辅助安装节上各吊点拉杆的安装连接角度在使用中没有变化，每个吊点拉杆在使用中承受拉向或压向载荷，所以无法单独对每个吊点拉杆施加各拉杆载荷，只能考虑同时进行载荷施加，即综合记载。但是，目前还没有适用的综合加载试验方法及装置。

发明内容

本发明的目的是提供了一种发动机辅助安装节结构静力试验加载装置及方法，能够对整个发动机的辅助安装节进行综合加载。

本发明的技术方案是：

一种发动机辅助安装节结构静力试验加载装置，包括：

安装底座，试验组件以常规安装姿势固定设置在所述安装底座顶部，所述试验组件上具有第一吊点拉杆、第二吊点拉杆以及第三吊点拉杆；

加载板，底部设置有多个第一加载部，所述试验组件的第一吊点拉杆、第二吊点拉杆以及第三吊点拉杆分别与一个所述第一加载部连接，且所述第一吊点拉杆、第二吊点拉杆以及第三吊点拉杆均呈常规安装姿势，且所述加载板的重心到所述第一吊点拉杆和所述第三吊点拉杆之间的距离相等，另外，所述加载板的顶部设置有多个位于同一水平面的第二加载部，侧面设置有第三加载部；

相对于水平面垂直布置的第一作动筒和第二作动筒，所述第一作动筒和第二作动筒的一端铰接，另一端均设置有一个测力计，并通过所述测力计分别与一个所述第二加载部铰接，所述第一作动筒和第二作动筒对称分布在穿过所述加载板重心的垂线的两侧，且所述第一作动筒及所述第二作动筒的端部绕铰点转动方向与所述所述测力计端部绕铰点转动方向相同，转动轴线均与所述第一吊点拉杆一端端部铰接点的转动轴线平行；

第三作动筒，与所述第一作动筒垂直，所述第三作动筒的一端铰接，另一端设置有一个所述测力计，并通过所述测力计与一个所述三加载部铰接，且所述第三作动筒的端部绕铰点转动方向和所述测力计端部绕铰点转动方向均与所述第一作动筒端部绕铰点转动方向相同。

可选的，所述的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置还包括：

伺服控制器，用于分别控制所述第一作动筒、第二作动筒以及第三作动筒加载载荷的大小。

可选的，所述的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置还包括：

载荷支架，设置在所述加载板的竖直上方，所述第一作动筒和第二作动筒铰接在所述载荷支架顶部。

可选的，所述载荷支架的的顶部通过螺栓固定设置有安装支座，所述第一作动筒和第二作动筒铰接在所述安装支座上。

本发明还提供了一种根据上述任一项所述的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置的试验方法，包括如下步骤：

步骤一、构建加载板力矩平衡方程组；

步骤二、根据所述力矩平衡方程组得到第一作动筒、第二作动筒以及第三作动筒的加载载荷方程；

步骤三、在预定的所述第一吊点拉杆、第二吊点拉杆以及第三吊点拉杆的加载载荷要求条件下，再根据所述力矩平衡方程求解第一作动筒、第二作动筒以及第三作动筒加载载荷方程分别求出所述第一作动筒、第二作动筒以及第三作动筒的加载载荷；

步骤四、按照求出的所述第一作动筒、第二作动筒以及第三作动筒的加载载荷分别对所述第一作动筒、第二作动筒以及第三作动筒进行控制。

可选的，在所述步骤一中，所述加载板的力矩平衡方程组为：

$\left\{\begin{array}{c}{F}_{4}sin\left({\mathrm{\θ}}_4\right)-F_5\sin \left({\mathrm{\θ}}_5\right)-F_{6}sin\left({\mathrm{\θ}}_6\right)-F_9=0\\ -F_{4}cos\left({\mathrm{\θ}}_4\right)-F_{5}cos\left({\mathrm{\θ}}_5\right)-F_6\cos \left({\mathrm{\θ}}_6\right)+F_7+F_8-G=0\\ F_4{L}_4-F_5{L}_5-F_6{L}_6+F_7{L}_7-F_8{L}_8=0\end{array}\right.$

其中，F₄是第一吊点拉杆的加载载荷，F₅是第二吊点拉杆的加载载荷，F₆是第三吊点拉杆的加载载荷，F₇是第一作动筒的加载载荷，F₈是第二作动筒的加载载荷，F₉是第三作动筒的加载载荷，L₄是F₄到重心点的力臂，L₅是F₅到重心点的力臂，L₆是F₆到重心点的力臂，L₇是F₇到重心点的力臂，L₈是F₈到重心点的力臂，L₉是F₉到重心点的力臂，G是加载板重量，θ₄是F₄与竖直方向夹角，θ₅是F₅与竖直方向夹角，θ₆是F₆与竖直方向夹角。

可选的，在所述步骤二，所述第一作动筒、第二作动筒以及第三作动筒的加载载荷方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{F}_7=\frac{L_8\left(G+F_4\cos \left({\mathrm{\θ}}_4\right)+F_5\cos \left({\mathrm{\θ}}_5\right)+F_6\cos \left({\mathrm{\θ}}_6\right)\right)+(F_6{L}_6+F_5{L}_5-F_4{L}_4)}{L_7+L_8}\\ F_8=\frac{L_7\left(G+F_4\cos \left({\mathrm{\θ}}_4\right)+F_5\cos \left({\mathrm{\θ}}_5\right)+F_6\cos \left({\mathrm{\θ}}_6\right)\right)-(F_6{L}_6+F_5{L}_5-F_4{L}_4)}{L_7+L_8}\\ F_9=F_4\sin \left({\mathrm{\θ}}_4\right)-F_5\sin \left({\mathrm{\θ}}_5\right)-F_6\sin \left({\mathrm{\θ}}_6\right)\end{array}\right..$

可选的，在所述步骤四中，是通过伺服控制器对所述第一作动筒、第二作动筒以及第三作动筒的加载载荷进行控制

发明效果：

本发明的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置及方法，可以将试验件考核载荷简化为X-Y平面内二个垂直和一个水平方向的三个施加载荷，从而简化了整个试验，实现了综合加载；另外，对于不同的考核工况，根据建立的力-力矩平衡方程的数学模型只需按工况要求调整施加的载荷大小和方向即可实现，整个装置不必做进一步安装调整，大大减少了调试安装时间。

附图说明

图1是现有发动机辅助安装节(试验组件)的受载示意图；

图2是本发明发动机辅助安装节结构静力试验加载装置的结构示意图；

图3是本发明发动机辅助安装节结构静力试验加载装置中加载板的受力示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1至图3对本发明做进一步详细说明。

本发明提供了一种发动机辅助安装节结构静力试验加载装置，用于对试验组件2进行静力试验加载；可以包括安装底座1、加载板3、作动筒等部件。

安装底座1可以为多种适合的结构，试验组件2以常规安装姿势(即与实际运用时的姿势一致)通过螺栓固定设置在安装底座1顶部，试验组件2上通常具有第一吊点拉杆21、第二吊点拉杆22以及第三吊点拉杆23。

加载板3底部设置有多个第一加载部，第一加载部可以为多种结构，本实施例中是设计成一个环状的加载连接件。另外，第一加载部的位置和数量可以根据试验组件2上吊点的位置进行适合的设置，本实施例中，第一加载部为四个，沿同一直线分布，且两两对称分布在穿过加载板3重心(图3中O点)的垂线的两侧。

试验组件2的第一吊点拉杆21、第二吊点拉杆22以及第三吊点拉杆23分别与一个第一加载部固定连接(模拟常规连接方式)，且第一吊点拉杆21、第二吊点拉杆22以及第三吊点拉杆23均呈常规安装姿势；进一步，且加载板3的重心到第一吊点拉杆21和第三吊点拉杆23之间的距离相等。

另外，在加载板3的顶部设置有多个位于同一水平面的第二加载部，侧面设置有第三加载部。同样，第二加载部和第三加载部的位置和数量可以根据试验组件2上吊点的位置进行适合的设置。

第一作动筒41和第二作动筒42是相对于水平面垂直布置；第一作动筒41和第二作动筒42的一端(图2中的顶端)铰接，另一端(图2中的底端)均设置有一个测力计5，并通过测力计5分别与一个第二加载部铰接。其中，第一作动筒41和第二作动筒42对称分布在穿过加载板3重心的垂线的两侧，且第一作动筒41及第二作动筒42的端部绕铰点转动方向与测力计5端部绕铰点转动方向相同，进一步，该转动轴线还均与第一吊点拉杆21一端端部铰接点的转动轴线平行。

第三作动筒43与第一作动筒41垂直，第三作动筒43的一端(图2中的右端)铰接在一固定平面上，另一端设置有一个测力计5，并通过测力计5与一个三加载部铰接；同样，第三作动筒43的端部绕铰点转动方向和测力计5端部绕铰点转动方向均与第一作动筒41端部绕铰点转动方向相同。

进一步，本发明的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置还包括伺服控制器、载荷支架6。

伺服控制器可以为MTS伺服控制器，用于分别受控地控制第一作动筒41、第二作动筒42以及第三作动筒43加载载荷的大小。

载荷支架6可以为多种适合的结构；本实施例中优选为矩形框架，设置在加载板3的竖直上方，第一作动筒41和第二作动筒42铰接在载荷支架6顶部。具体地，在载荷支架6的顶部通过螺栓固定设置有安装支座，第一作动筒41和第二作动筒42铰接在安装支座上。

本发明的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置，可以将试验件考核载荷简化为X-Y平面内二个垂直和一个水平方向的三个施加载荷，从而简化了整个试验，实现了综合加载；另外，对于不同的考核工况，根据建立的力-力矩平衡方程的数学模型只需按工况要求调整三路外加载载荷的载荷大小和方向即可实现，整个装置不必做进一步安装调整，大大减少了调试安装时间。

本发明还提供了一种上述发动机辅助安装节结构静力试验加载装置的试验方法，包括如下步骤：

步骤一、构建加载板3的力-力矩平衡方程组。特别如图3所示，使用综合加载板将辅助安装节三个拉杆所受的复杂载荷转换X-Y平面内三个外加载载荷，最终得到如下力-力矩平衡方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{F}_{4}sin\left({\mathrm{\θ}}_4\right)-F_5\sin \left({\mathrm{\θ}}_5\right)-F_{6}sin\left({\mathrm{\θ}}_6\right)-F_9=0\\ -F_{4}cos\left({\mathrm{\θ}}_4\right)-F_{5}cos\left({\mathrm{\θ}}_5\right)-F_6\cos \left({\mathrm{\θ}}_6\right)+F_7+F_8-G=0\\ F_4{L}_4-F_5{L}_5-F_6{L}_6+F_7{L}_7-F_8{L}_8=0\end{array}\right.$

其中，F₄是第一吊点拉杆的加载载荷，F₅是第二吊点拉杆的加载载荷，F₆是第三吊点拉杆的加载载荷，F₇是第一作动筒的加载载荷，F₈是第二作动筒的加载载荷，F₉是第三作动筒的加载载荷，L₄是F₄到重心点的力臂，L₅是F₅到重心点的力臂，L₆是F₆到重心点的力臂，L₇是F₇到重心点的力臂，L₈是F₈到重心点的力臂，L₉是F₉到重心点的力臂，G是加载板重量，θ₄是F₄与竖直方向夹角，θ₅是F₅与竖直方向夹角，θ₆是F₆与竖直方向夹角。

步骤二、根据上述力-力矩平衡方程组得到第一作动筒41、第二作动筒42以及第三作动筒43的加载载荷方程，分别如下：

$\left\{\begin{array}{c}{F}_7=\frac{L_8\left(G+F_4\cos \left({\mathrm{\θ}}_4\right)+F_5\cos \left({\mathrm{\θ}}_5\right)+F_6\cos \left({\mathrm{\θ}}_6\right)\right)+(F_6{L}_6+F_5{L}_5-F_4{L}_4)}{L_7+L_8}\\ F_8=\frac{L_7\left(G+F_4\cos \left({\mathrm{\θ}}_4\right)+F_5\cos \left({\mathrm{\θ}}_5\right)+F_6\cos \left({\mathrm{\θ}}_6\right)\right)-(F_6{L}_6+F_5{L}_5-F_4{L}_4)}{L_7+L_8}\\ F_9=F_4\sin \left({\mathrm{\θ}}_4\right)-F_5\sin \left({\mathrm{\θ}}_5\right)-F_6\sin \left({\mathrm{\θ}}_6\right)\end{array}\right..$

步骤三、在预定的(任务要求给定)第一吊点拉杆21、第二吊点拉杆22以及第三吊点拉杆23的加载载荷要求条件下，再根据力矩平衡方程求解第一作动筒41、第二作动筒42以及第三作动筒43加载载荷方程分别求出第一作动筒41、第二作动筒42以及第三作动筒43的加载载荷。

步骤四、按照求出的第一作动筒41、第二作动筒42以及第三作动筒43的加载载荷分别对第一作动筒41、第二作动筒42以及第三作动筒43进行控制。例如可以通过伺服控制器分别进行控制。

本发明发动机辅助安装节结构静力试验加载装置的试验方法的一个具体算例可以参照下表：

其中，载荷方向以拉杆受拉为正。

本发明的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置的试验方法，可以将试验件考核载荷简化为X-Y平面内二个垂直和一个水平方向的三个施加载荷，从而简化了整个试验，实现了综合加载；另外，对于不同的考核工况，根据建立的力-力矩平衡方程的数学模型只需按工况要求调整三路外加载载荷的载荷大小和方向即可实现，整个装置不必做进一步安装调整，大大减少了调试安装时间。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种发动机辅助安装节结构静力试验加载装置，其特征在于，包括：

安装底座(1)，试验组件(2)以常规安装姿势固定设置在所述安装底座(1)顶部，所述试验组件(2)上具有第一吊点拉杆(21)、第二吊点拉杆(22)以及第三吊点拉杆(23)；

加载板(3)，底部设置有多个第一加载部，所述试验组件(2)的第一吊点拉杆(21)、第二吊点拉杆(22)以及第三吊点拉杆(23)分别与一个所述第一加载部连接，且所述第一吊点拉杆(21)、第二吊点拉杆(22)以及第三吊点拉杆(23)均呈常规安装姿势，且所述加载板(3)的重心到所述第一吊点拉杆(21)和所述第三吊点拉杆(23)之间的距离相等，另外，所述加载板(3)的顶部设置有多个位于同一水平面的第二加载部，侧面设置有第三加载部；

相对于水平面垂直布置的第一作动筒(41)和第二作动筒(42)，所述第一作动筒(41)和第二作动筒(42)的一端铰接，另一端均设置有一个测力计(5)，并通过所述测力计(5)分别与一个所述第二加载部铰接，所述第一作动筒(41)和第二作动筒(42)对称分布在穿过所述加载板(3)重心的垂线的两侧，且所述第一作动筒(41)及所述第二作动筒(42)的端部绕铰点转动方向与所述测力计(5)端部绕铰点转动方向相同，转动轴线均与所述第一吊点拉杆(21)一端端部铰接点的转动轴线平行；

第三作动筒(43)，与所述第一作动筒(41)垂直，所述第三作动筒(43)的一端铰接，另一端设置有一个所述测力计(5)，并通过所述测力计(5)与一个所述三加载部铰接，且所述第三作动筒(43)的端部绕铰点转动方向和所述测力计(5)端部绕铰点转动方向均与所述第一作动筒(41)端部绕铰点转动方向相同。

2.根据权利要求1所述的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置，其特征在于，还包括：

伺服控制器，用于分别控制所述第一作动筒(41)、第二作动筒(42)以及第三作动筒(43)加载载荷的大小。

3.根据权利要求1或2所述的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置，其特征在于，还包括：

载荷支架(6)，设置在所述加载板(3)的竖直上方，所述第一作动筒(41)和第二作动筒(42)铰接在所述载荷支架(6)顶部。

4.根据权利要求3所述的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置，其特征在于，所述载荷支架(6)的顶部通过螺栓固定设置有安装支座，所述第一作动筒(41)和第二作动筒(42)铰接在所述安装支座上。

5.一种根据权利要求1至4任一项所述的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、构建加载板(3)的力-力矩平衡方程组；

步骤二、根据所述力-力矩平衡方程组得到第一作动筒(41)、第二作动筒(42)以及第三作动筒(43)的加载载荷方程；

步骤三、在预定的所述第一吊点拉杆(21)、第二吊点拉杆(22)以及第三吊点拉杆(23)的加载载荷要求条件下，再根据所述力矩平衡方程求解第一作动筒(41)、第二作动筒(42)以及第三作动筒(43)加载载荷方程分别求出所述第一作动筒(41)、第二作动筒(42)以及第三作动筒(43)的加载载荷；

步骤四、按照求出的所述第一作动筒(41)、第二作动筒(42)以及第三作动筒(43)的加载载荷分别对所述第一作动筒(41)、第二作动筒(42)以及第三作动筒(43)进行控制。

6.根据权利要求5所述的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置的试验方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述加载板(3)的力-力矩平衡方程组为：

$\left\{\begin{array}{c}{F}_{4}sin\left({\mathrm{\θ}}_4\right)-F_5\sin \left({\mathrm{\θ}}_5\right)-F_{6}sin\left({\mathrm{\θ}}_6\right)-F_9=0\\ -F_{4}cos\left({\mathrm{\θ}}_4\right)-F_{5}cos\left({\mathrm{\θ}}_5\right)-F_6\cos \left({\mathrm{\θ}}_6\right)+F_7+F_8-G=0\\ F_4{L}_4-F_5{L}_5-F_6{L}_6+F_7{L}_7-F_8{L}_8=0\end{array}\right.$

其中，F₄是第一吊点拉杆的加载载荷，F₅是第二吊点拉杆的加载载荷，F₆是第三吊点拉杆的加载载荷，F₇是第一作动筒的加载载荷，F₈是第二作动筒的加载载荷，F₉是第三作动筒的加载载荷，L₄是F₄到重心点的力臂，L₅是F₅到重心点的力臂，L₆是F₆到重心点的力臂，L₇是F₇到重心点的力臂，L₈是F₈到重心点的力臂，L₉是F₉到重心点的力臂，G是加载板重量，θ₄是F₄与竖直方向夹角，θ₅是F₅与竖直方向夹角，θ₆是F₆与竖直方向夹角。

7.根据权利要求6所述的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置的试验方法，其特征在于，在所述步骤二，所述第一作动筒(41)、第二作动筒(42)以及第三作动筒(43)的加载载荷方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{F}_7=\frac{L_8\left(G+F_4\cos \left({\mathrm{\θ}}_4\right)+F_5\cos \left({\mathrm{\θ}}_5\right)+F_6\cos \left({\mathrm{\θ}}_6\right)\right)+\left(F_6{L}_6+F_5{L}_5-F_4{L}_4\right)}{L_7+L_8}\\ F_8=\frac{L_7\left(G+F_4\cos \left({\mathrm{\θ}}_4\right)+F_5\cos \left({\mathrm{\θ}}_5\right)+F_6\cos \left({\mathrm{\θ}}_6\right)\right)-\left(F_6{L}_6+F_5{L}_5-F_4{L}_4\right)}{L_7+L_8}\\ F_9=F_4\sin \left({\mathrm{\θ}}_4\right)-F_5\sin \left({\mathrm{\θ}}_5\right)-F_6\sin \left({\mathrm{\θ}}_6\right)\end{array}\right..$

8.根据权利要求5所述的发动机辅助安装节结构静力试验加载装置的试验方法，其特征在于，在所述步骤四中，是通过伺服控制器对所述第一作动筒(41)、第二作动筒(42)以及第三作动筒(43)的加载载荷进行控制。