CN106840721B - 一种飞行器结构传载特性模型试验设计方法 - Google Patents

一种飞行器结构传载特性模型试验设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于结构/强度试验技术领域，涉及一种飞行器结构传载特性模型试验设计方法。步骤一，确定模型机的缩放比例，并选择与原型机相同的材料；设定：应力相似比：Cσ＝σ原型/σ模型；应变相似比：Cs＝ε原型/ε模型；位移相似比：Cδ＝δ原型/δ模型；面积力相似比：Cq＝q原型/q模型；步骤二，根据相似理论与方程分析法导出如下相似指标：几何方程：物理方程：力边界条件：集中力：集中力矩：步骤三，保证原型与模型中的应力应变不变，即Cε＝1、Cσ＝1； 模型试验中，保证与原型具有相同的约束，并施加如下载荷步骤四，由模型试验中测得的物理量，按照如下关系式反推原型的物理量位移：δ原型＝δ模型CL；应变：ε原型＝ε模型；应力：σ原型＝σ模型。可以对结构传载特性进行准确、较为快速的评估，并降低飞行器方案论证阶段的设计风险。

Description

一种飞行器结构传载特性模型试验设计方法
技术领域
本发明属于结构/强度试验技术领域，涉及一种飞行器结构传载特性模型试验设计方法。
背景技术
在飞行器结构设计的初期，往往存在多种不同的布局方案。对于一些特别重要的方案，需要通过整机静力试验来研究结构的传载特性，验证数值分析结果，最终对结构效率进行准确、较为快速的评估。在这个阶段进行全尺寸的静力试验是不现实的，需要投入巨大的时间与经济成本。因此，寻求飞行器结构的静力模型试验设计方法是非常必要的。
发明内容
本发明的目的：提供一种基于经典相似理论的飞行器结构静力模型试验设计方法，通过模型试验对结构的传载特性进行准确、较为快速的评估，从而成倍地缩短试验周期与规模，节约成本，并降低飞行器方案论证阶段的设计风险。
本发明的技术方案：一种飞行器结构传载特性模型试验设计方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤一，确定模型机的缩放比例L原型/L模型＝CL，并选择与原型机相同的材料，弹性模量CE＝E原型/E模型＝1、泊松比：Cμ＝μ原型/μ模型＝1；
设定：应力相似比：Cσ＝σ原型/σ模型；应变相似比：Cε＝ε原型/ε模型；
位移相似比：Cδ＝δ原型/δ模型；面积力相似比：Cq＝q原型/q模型；
步骤二，根据相似理论与方程分析法导出如下相似指标：
几何方程：物理方程：力边界条件：
这里的q为单位面积上作用的载荷；
如果载荷为集中力或集中力矩则对应的相似指标为：
集中力：集中力矩：
步骤三，保证原型与模型中的应力应变不变，即Cε＝1、Cσ＝1；根据步骤二中相似指标计算模型试验中施加的载荷和所测得位移与原型的关系
模型试验中，保证与原型具有相同的约束，并施加如下载荷
步骤四，施加的载荷级数以模型试验所测位移、应变处于线性段为基准进行调整，由模型试验中测得的物理量，按照如下关系式反推原型的物理量
位移：δ原型＝δ模型CL
应变：ε原型＝ε模型
应力：σ原型＝σ模型。
本发明的有益效果：本发明提供一种基于经典相似理论的飞行器结构静力模型试验设计方法，通过试验可以对结构传载特性进行准确、较为快速的评估，从而成倍地缩短试验周期与规模，节约成本，并降低飞行器方案论证阶段的设计风险。
具体实施方式
以某飞行器结构传载特性模型试验设计为例。
(1)选择模型试验中模型的缩放比例CL＝3，原型与模型几何关系为
空间坐标x原型/x模型＝y原型/y模型＝z原型/z模型＝3
空间尺寸L原型/L模型＝3
(2)选择相同的材料
弹性模量：CE＝E原型/E模型＝1泊松比：Cμ＝μ原型/μ模型＝1
(3)设定其他物理量的相似比
应力相似比：Cσ＝σ原型/σ模型
应变相似比：Cε＝ε原型/ε模型
位移相似比：Cδ＝δ原型/δ模型
面积力相似比：Cq＝q原型/q模型
(4)根据相似理论与方程分析法导出如下相似指标
几何方程：
物理方程：
力边界条件：
这里的q为单位面积上作用的载荷。如果载荷为集中力或集中力矩则对应的相似指标为：
集中力：
集中力矩：
(5)保证原型与模型中的应力应变不变，即Cε＝1、Cσ＝1。根据(4)中相似指标计算模型试验中施加的载荷和所测得位移与原型的关系
(6)模型试验中，保证与原型具有相同的约束，并施加如下载荷
并由模型试验中测得的物理量，按照如下关系式反推原型的物理量
位移：δ原型＝3δ模型
应变：ε原型＝ε模型
应力：σ原型＝σ模型。

Claims (1)

1.一种飞行器结构传载特性模型试验设计方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤一，确定模型机的缩放比例L原型/L模型＝CL，并选择与原型机相同的材料，弹性模量CE＝E原型/E模型＝1、泊松比：Cμ＝μ原型/μ模型＝1；
设定：应力相似比：Cσ＝σ原型/σ模型；应变相似比：Cε＝ε原型/ε模型；
位移相似比：Cδ＝δ原型/δ模型；面积力相似比：Cq＝q原型/q模型：
步骤二，根据相似理论与方程分析法导出如下相似指标：
几何方程：物理方程：力边界条件：
这里的q为单位面积上作用的载荷；
如果载荷为集中力或集中力矩则对应的相似指标为：
集中力：集中力矩：
步骤三，保证原型与模型中的应力应变不变，即Cε＝1、Cσ＝1；根据步骤二中相似指标计算模型试验中施加的载荷和所测得位移与原型的关系
模型试验中，保证与原型具有相同的约束，并施加如下载荷
步骤四，施加的载荷级数以模型试验所测位移、应变处于线性段为基准进行调整，由模型试验中测得的物理量，按照如下关系式反推原型的物理量
位移：δ原型＝δ模型CL
应变：ε原型＝ε模型
应力：σ原型＝σ模型。
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