CN109094814B - 飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，包括对称设置的两组杆系，每组杆系均包括前杆系、中前杆系、中后杆系和后杆系，两组杆系的前杆系、中前杆系、中后杆系和后杆系的布置与飞机垂直安定面的连接处位置相对应，每组杆系与飞机垂直安定面连接处均设有一连接板，连接板上设有与飞机垂直安定面的连接处相连接用的螺栓孔，前杆系包括第一接头、第一可变刚度杆、第一竖向固定耳座、第一侧向杆和第二侧向杆。本发明模拟飞机垂直安定面与机身的连接约束条件，测试连接接头的极限承承载能力及破坏模式，给结构强度分析计算提供试验依据，从而降低全尺寸试验的风险。

Description

飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统

技术领域

本发明属于飞机试验中用于飞机垂尾支撑的试验装置技术领域，尤其是涉及一种飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统。

背景技术

民用飞机垂直尾翼由垂直安定面和方向舵组成，其作用是维持飞机航向的稳定，并通过方向舵的偏转实现飞机偏航。在飞行过程中，整个垂尾所产生的气动载荷、惯性载荷及方向舵悬挂的集中载荷，最终均通过垂尾根部的连接结构传递到后机身。作为机身和垂尾之问的工艺分离面和设计分离面，垂尾与后机身的连接是民用飞机设计的重点和难点，也是本静力试验考核的中心点。

垂尾的垂直安定面与后机身连接的4对接头分布在垂尾两侧，每个接头处由2个主对接螺栓与后机身加强框上的机身接头连接，分布在框腹板的两侧。主对接螺栓仅传递沿螺栓轴向的拉力。底部一圈抗剪螺栓连接机身蒙皮传递垂尾扭矩。考核垂直安定面与机身的连接接头的承载能力及破坏模式的试验装置在国内外是一项空白，考虑到由于飞机垂直安定面试验件尺寸较大，垂直安定面与机身连接支持端的约束条件对垂尾的受力性能影响非常大，而用机身作为支撑架造价太高而且难以实现。

由于各撑杆(也称为链杆)设计成轴向刚度可调整，意在补偿链杆在制造和装配过程中偏差，由于支撑系统约束条件多，且相互干涉，各个杆的偏差累加可能会使试验给出的支持状态偏离仿真结果或偏离实际的机身支持状态很大；有鉴于此，有必要设计飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，来实现试验目标，既要保证竖向力与真实状态相同，还要考虑竖向位移与真实状态位移趋势相同，来模拟飞机垂尾和机身的连接，考核垂直安定面与机身的连接接头的承载能力及破坏模式，为飞机垂尾结构设计以及飞机垂尾与机身连接结构设计都提供了试验依据。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，模拟飞机垂直安定面与机身的连接约束条件，测试连接接头的极限承承载能力及破坏模式，给结构强度分析计算提供试验依据，从而降低全尺寸试验的风险。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，包括对称设置的两组杆系，每组所述的杆系均包括前杆系、中前杆系、中后杆系和后杆系，所述的两组杆系的前杆系、中前杆系、中后杆系和后杆系的布置与飞机垂直安定面的连接处位置相对应，每组杆系与飞机垂直安定面连接处均设有一连接板，所述的连接板上设有与飞机垂直安定面的连接处相连接用的螺栓孔；

所述的前杆系包括第一接头、第一可变刚度杆、第一竖向固定耳座、第一侧向杆和第二侧向杆，所述的第一接头和第一竖向固定耳座分别设置在第一可变刚度杆的上下两端，所述的第一接头依次与连接板的对应处和飞机垂直安定面连接处连接，所述的第一竖向固定耳座与底座固定连接，所述的第一侧向杆和第二侧向杆空间垂直且等高设置，所述的第一侧向杆两端均通过一第一横向固定耳座分别与第一接头和前支架连接，所述的第二侧向杆的两端也均通过一第一横向固定耳座分别与第一接头和侧面支架连接；

所述的中前杆系包括第二接头、第二可变刚度杆、第二竖向固定耳座、第三侧向杆和第一竖向弹性箱型梁，所述的第二接头和第二竖向固定耳座分别设置在第二可变刚度杆的上下两端，所述的第二接头依次与连接板的对应处和飞机垂直安定面连接处连接，所述的第二竖向固定耳座与底座连接，所述的第三侧向杆与第二侧向杆同侧且等高设置，所述的第三侧向杆的一端通过一第二横向固定耳座与第二接头铰接，另一端也通过一第二横向固定耳座与第一竖向弹性箱型梁的中部连接，所述的第一竖向弹性箱型梁的上端通过一第一滑动铰支座与侧面支架连接，所述的第一竖向弹性箱型梁的下端通过一第一固定铰支座与侧面支架连接；

所述的中后杆系包括第三接头、第三可变刚度杆、第三竖向固定耳座、第四侧向杆和第二竖向弹性箱型梁，所述的第三接头和第三竖向固定耳座分别设置在第三可变刚度杆的上下两端，所述的第三接头依次与连接板的对应处和飞机垂直安定面连接处连接，所述的第三竖向固定耳座与底座连接，所述的第四侧向杆与第三侧向杆同侧且等高设置，所述的第四侧向杆的一端通过一第三横向固定耳座与第三接头铰接，另一端也通过一第三横向固定耳座与第二竖向弹性箱型梁的中部连接，所述的第二竖向弹性箱型梁的上端通过一第二滑动铰支座与侧面支架连接，所述的第二竖向弹性箱型梁的下端通过一第二固定铰支座与侧面支架连接；

所述的后杆系包括第四接头、第四可变刚度杆、第四竖向固定耳座、第五侧向杆、第六侧向杆、第三竖向弹性箱型梁和第四竖向弹性箱型梁，所述的第四接头和第四竖向固定耳座分别设置在第四可变刚度杆的上下两端，所述的第四接头依次与连接板的对应处和飞机垂直安定面连接处连接，所述的第四竖向固定耳座与底座固定连接，所述的第五侧向杆和第六侧向杆空间垂直且等高设置，所述的第五侧向杆与第四侧向杆同侧且等高设置，所述的第五侧向杆的一端通过一第四横向固定耳座与第四接头铰接，另一端也通过一第四横向固定耳座与第三竖向弹性箱型梁的中部连接，所述的第六侧向杆的一端通过一第四横向固定耳座与第四接头铰接，另一端也通过一第四横向固定耳座与第四竖向弹性箱型梁的中部连接，所述的第三竖向弹性箱型梁的上端通过一第三滑动铰支座与侧面支架连接，所述的第三竖向弹性箱型梁的下端通过一第三固定铰支座与侧面支架连接，所述的第四竖向弹性箱型梁的上端通过一第四滑动铰支座与后支架连接，所述的第四竖向弹性箱型梁的下端通过一第四固定铰支座与后支架连接；

所述的第一侧向杆和第二侧向杆均为箱型杆，所述的第三侧向杆、第四侧向杆、第五侧向杆和第六侧向杆均为无缝钢管；

所有的可变刚度杆均包括横截面为框型的杆体和多个调节杆体截面用的第一薄片，所述的杆体上从上到下均匀设有多个第一连接孔，所述的第一薄片通过螺栓与杆体上的第一连接孔相连；

所有的竖向弹性箱型梁均包括四块板，且在相对连接侧向杆一侧的板上从上到下均匀设有多个第二连接孔，所述的第二连接孔与第二薄片连接；

在所述第一接头与第一可变刚度杆之间、在所述第二接头与第二竖向可变刚度杆之间、在所述第三接头与第三可变刚度杆之间、在所述第四接头与第四可变刚度杆之间均设有测量轴向位移的位移传感器；

在第一侧向杆与前支架之间和在第二侧向杆与侧面支架之间均设有测量轴向位移的位移传感器；

在第三侧向杆与第一竖向弹性箱型梁之间、在第四侧向杆与第二竖向弹性箱型梁之间、在第五侧向杆与第三竖向弹性箱型梁之间以及在第六侧向杆与第四竖向弹性箱型梁之间均设有测量梁挠度的位移传感器。

进一步的，横截面为框型的所述的杆体为箱型杆，所述的箱型杆包括四块板，在箱型杆的四个凸缘处从上到下均匀设有多个第一连接孔，所述的第一薄片通过螺栓与杆体上的第一连接孔相连。

进一步的，横截面为框型的所述的杆体为方形管，所述的方形管的其中一相对侧面从上到下均匀设有多个第一连接孔，所述的第一薄片通过螺栓与杆体上的第一连接孔相连，所述方形管的另一相对侧面从上到下均匀设有多个便于第一薄片安装的工艺孔。

进一步的，所述第一接头、第二接头、第三接头和第四接头的结构均相同，均包括上板、下板和支撑上板和下板的五个支撑板，所述的上板上设有与连接板对应位置处连接用螺栓孔，其中一个所述的支撑板为一块大长方形板，其余四个所述的支撑板均为等大的小长方形板，四个所述的小长方形板对称固定在大长方形板的两个侧面上，且每个侧面设置两个小长方形板。

进一步的，所述的第一竖向固定耳座、第二竖向固定耳座、第三竖向固定耳座和第四竖向固定耳座结构均相同，均包括竖向单耳片和竖向双耳片，在竖向单耳片的耳孔内设有一向心关节轴承，所述的竖向单耳片和竖向双耳片通过一销轴连接。

进一步的，在同一组杆系中的四个所述第一横向固定耳座、两个第二横向固定耳座、两个第三横向固定耳座和四个第四横向固定耳座结构均相同，均包括横向单耳片和横向双耳片，在横向单耳片的耳孔内设有一向心关节轴承，所述的横向单耳片和横向双耳片通过一销轴连接。

进一步的，所述的第一滑动铰支座、第二滑动铰支座、第三滑动铰支座和第四滑动铰支座结构均相同，均包括单耳片和双耳片，所述的单耳片的耳孔为长圆孔，所述的单耳片和双耳片通过一销轴连接。

进一步的，所有可变刚度杆的上端均焊接一与对应可变刚度杆材质相同的上封板，所有可变刚度杆的下端均焊接一对应可变刚度杆材质相同下封板，所述下封板与竖向单耳片固定连接，所述上封板与相应处的传感器安装座固定连接，所述传感器安装座与相应处位移传感器的一端连接，所述的位移传感器的另一端与相应处下板的的凸台连接；

所有竖向弹性箱型梁的上下端均焊接一与对应竖向弹性箱型梁材质相同的封板，上部的封板与对应处的滑动铰支座连接，下部的封板与对应处的固定铰支座连接。

进一步的，所述第一侧向杆和第二侧向杆的两端均焊接有一与对应侧向杆材质相同的侧向杆封板，靠近相应接头处的侧向杆封板与此处的横向双耳片固定连接，远离相应接头处的侧向杆封板与传感器安装座固定连接，所述传感器安装座与相应处位移传感器的一端连接，所述的位移传感器的另一端与远离相应接头处的横向单耳片上的凸台连接；

所述第三侧向杆、第四侧向杆、第五侧向杆和第六侧向杆的靠近各自接头的一端均焊接有一对应侧向杆材质相同的侧向杆封板，所述的侧向杆封板与此处的横向双耳片固定连接。

进一步的，第二竖向固定耳座的竖向双耳片和第三竖向固定耳座的竖向双耳片与底座之间均设有一垫块，竖向双耳片与垫块固定连接，垫块与底座固定连接。

相对于现有技术，本发明所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统具有以下优势：

本发明所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，模拟飞机垂直安定面与机身的连接约束条件，测试连接接头的极限承承载能力及破坏模式，给结构强度分析计算提供试验依据，从而降低全尺寸试验的风险。

变刚度设计优势：

1.在结构上设计成可变刚度截面，竖向变刚度由竖向杆变截面实现，侧向变刚度由弹性梁变截面来实现，可以实现杆件刚度的多种组合方式，较为灵活。

2.在试验中，可以以杆件的轴力作为基准，通过竖向杆和梁的截面积调整，使竖向杆和侧向杆的轴力与实际相匹配，以提高支持端对尾翼支持刚度的模拟效果。

3.仿真时，可以先对选定的截面参数进行各杆件横截面积敏感性分析，为实际试验中对于杆件截面积的调整方案提供参考。敏感性分析中，每次增加和减少一对杆件(对称杆件)横截面积10％，观察分析主接头螺栓竖向轴力的变化。(敏感性分析即找出各杆截面积变化对整体支撑系统影响的大小，敏感性越大影响越大)

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统的两组杆系结构示意图；

图3为本发明实施例所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统的其中一组杆系结构示意图；

图4为前杆系结构爆炸图；

图5为中前杆系结构爆炸图；

图6为中后杆系结构爆炸图；

图7为后杆系结构爆炸图；

图8为接头结构爆炸图；

图9为方形管结构示意图。

附图标记说明：

a-前杆系,b-中前杆系,c-中后杆系,d-后杆系,e-连接板,f-底座,g-前支架,h-侧面支架,i-后支架,

1-第一接头，2-第一可变刚度杆，3-第一竖向固定耳座，4-第一侧向杆，5-第二侧向杆，6-第一横向固定耳座，7-第二接头，8-第二可变刚度杆，9-第二竖向固定耳座，10-第三侧向杆，11-第一竖向弹性箱型梁，12-第二横向固定耳座，13-第一滑动铰支座，14-第一固定铰支座，15-第三接头，16-第三可变刚度杆，17-第三竖向固定耳座，18-第四侧向杆，19-第二竖向弹性箱型梁，20-第三横向固定耳座，21-第二滑动铰支座，22-第二固定铰支座，23-第四接头，24-第四可变刚度杆，25-第四竖向固定耳座，26-第五侧向杆，27-第六侧向杆，28-第三竖向弹性箱型梁，29-第四竖向弹性箱型梁，30-第四横向固定耳座，31-第三滑动铰支座，32-第三固定铰支座，33-第四滑动铰支座，34-第四固定铰支座，35-垫块，36-第一连接孔，37-第二连接孔，38-位移传感器，39-上板，40-下板，41-大长方形板，42-小长方形板，43-竖向单耳片，44-竖向双耳片，45-向心关节轴承，46-销轴，47-横向单耳片，48-横向双耳片，49-单耳片，50-双耳片，51-上封板，52-下封板，53-传感器安装座，54-凸台，55-侧向杆封板，56-加强肋，57-封板，58-工艺孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图8所示，飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，包括对称设置的两组杆系，每组所述的杆系均包括前杆系a、中前杆系b、中后杆系c和后杆系d，所述的两组杆系的前杆系a、中前杆系b、中后杆系c和后杆系d的布置与飞机垂直安定面的连接处位置相对应，每组杆系与飞机垂直安定面连接处均设有一连接板e，所述的连接板e上设有与飞机垂直安定面的连接处相连接用的螺栓孔；

所述的前杆系包括第一接头1、第一可变刚度杆2、第一竖向固定耳座3、第一侧向杆4和第二侧向杆5，所述的第一接头1和第一竖向固定耳座3分别设置在第一可变刚度杆2的上下两端，所述的第一接头1依次与连接板e的对应处和飞机垂直安定面连接处连接，所述的第一竖向固定耳座3与底座f固定连接，所述的第一侧向杆4和第二侧向杆5空间垂直且等高设置，所述的第一侧向杆4两端均通过一第一横向固定耳座6分别与第一接头1和前支架g连接，所述的第二侧向杆5的两端也均通过一第一横向固定耳座6分别与第一接头1和侧面支架h连接；

所述的中前杆系b包括第二接头7、第二可变刚度杆8、第二竖向固定耳座9、第三侧向杆10和第一竖向弹性箱型梁11，所述的第二接头7和第二竖向固定耳座9分别设置在第二可变刚度杆8的上下两端，所述的第二接头7依次与连接板e的对应处和飞机垂直安定面连接处连接，所述的第二竖向固定耳座9与底座f连接，所述的第三侧向杆10与第二侧向杆5同侧且等高设置，所述的第三侧向杆10的一端通过一第二横向固定耳座12与第二接头7铰接，另一端也通过一第二横向固定耳座12与第一竖向弹性箱型梁11的中部连接，所述的第一竖向弹性箱型梁11的上端通过一第一滑动铰支座13与侧面支架h连接，所述的第一竖向弹性箱型梁11的下端通过一第一固定铰支座14与侧面支架h连接；

所述的中后杆系包括第三接头15、第三可变刚度杆16、第三竖向固定耳座17、第四侧向杆18和第二竖向弹性箱型梁19，所述的第三接头15和第三竖向固定耳座17分别设置在第三可变刚度杆16的上下两端，所述的第三接头15依次与连接板e的对应处和飞机垂直安定面连接处连接，所述的第三竖向固定耳座17与底座f连接，所述的第四侧向杆18与第三侧向杆10同侧且等高设置，所述的第四侧向杆18的一端通过一第三横向固定耳座20与第三接头15铰接，另一端也通过一第三横向固定耳座20与第二竖向弹性箱型梁19的中部连接，所述的第二竖向弹性箱型梁19的上端通过一第二滑动铰支座21与侧面支架h连接，所述的第二竖向弹性箱型梁19的下端通过一第二固定铰支座22与侧面支架h连接；

所述的后杆系包括第四接头23、第四可变刚度杆24、第四竖向固定耳座25、第五侧向杆26、第六侧向杆27、第三竖向弹性箱型梁28和第四竖向弹性箱型梁29，所述的第四接头23和第四竖向固定耳座25分别设置在第四可变刚度杆24的上下两端，所述的第四接头23依次与连接板e的对应处和飞机垂直安定面连接处连接，所述的第四竖向固定耳座25与底座f固定连接，所述的第五侧向杆26和第六侧向杆27空间垂直且等高设置，所述的第五侧向杆26与第四侧向杆18同侧且等高设置，所述的第五侧向杆26的一端通过一第四横向固定耳座30与第四接头23铰接，另一端也通过一第四横向固定耳座30与第三竖向弹性箱型梁28的中部连接，所述的第六侧向杆27的一端通过一第四横向固定耳座30与第四接头23铰接，另一端也通过一第四横向固定耳座30与第四竖向弹性箱型梁29的中部连接，所述的第三竖向弹性箱型梁28的上端通过一第三滑动铰支座31与侧面支架h连接，所述的第三竖向弹性箱型梁28的下端通过一第三固定铰支座32与侧面支架h连接，所述的第四竖向弹性箱型梁29的上端通过一第四滑动铰支座33与后支架i连接，所述的第四竖向弹性箱型梁29的下端通过一第四固定铰支座34与后支架i连接；

所述的第一侧向杆4和第二侧向杆5均为箱型杆，所述的第三侧向杆10、第四侧向杆18、第五侧向杆26和第六侧向杆27均为无缝钢管；

所有的可变刚度杆均包括横截面为框型的杆体和多个调节杆体截面用的第一薄片，可以是图1-8中给出的横截面为框型的所述的杆体为箱型杆，所述的箱型杆包括四块板，在箱型杆的四个凸缘处从上到下均匀设有多个第一连接孔36，所述的第一薄片(未示出)通过螺栓与杆体上的第一连接孔36相连；选用箱型杆的优点：截面可设计，刚度匹配性好，缺点：铝材可焊性差，不易于加工，成本高；

也可以是如图9所示，横截面为框型的所述的杆体为方形管，所述的方形管的其中一相对侧面从上到下均匀设有多个第一连接孔36，所述的第一薄片(未示出)通过螺栓与杆体上的第一连接孔36相连，所述方形管的另一相对侧面从上到下均匀设有便于第一薄片安装的工艺孔58，工艺孔58可以为椭圆形或圆形，根据实际结构设计，选用方形管的优点：现有型材，便于加工，成本低，缺点：型号固定，刚度匹配性较差；

所有的竖向弹性箱型梁均包括四块板，且在相对连接侧向杆一侧的板上从上到下均匀设有多个第二连接孔37，所述的第二连接孔37与第二薄片(未示出)连接，为了避免中间部分局部压溃，在梁的中间对称布置了两块加强肋56，彼此焊接而成；

第一薄片与箱型杆或方形管同等长宽，同样材料，第一薄片设计成多个不同厚度，第二薄片与竖向弹性箱型梁同等长宽，同样材料，第二薄片设计成多个不同厚度；在薄片上也对应打上一系列孔，通过第一薄片和第二薄片来改变箱型杆/方形管和竖向弹性箱型梁的截面积，从而调节整个系统的刚度；

在所述第一接头1与第一可变刚度杆2之间、在所述第二接头7与第二可变刚度杆8之间、在所述第三接头15与第三可变刚度杆16之间、在所述第四接头23与第四可变刚度杆24之间均设有测量轴向位移的位移传感器38；

在第一侧向杆4与前支架g之间和在第二侧向杆5与侧面支架h之间均设有测量轴向位移的位移传感器38；

在第三侧向杆10与第一竖向弹性箱型梁11之间、在第四侧向杆18与第二竖向弹性箱型梁19之间、在第五侧向杆26与第三竖向弹性箱型梁28之间以及在第六侧向杆27与第四竖向弹性箱型梁29之间均设有测量梁挠度的位移传感器38。

第一接头1、第二接头7、第三接头15和第四接头23的结构均相同，均包括上板39、下板40和支撑上板39和下板40的五个支撑板，所述的上板39上设有与连接板对应位置处连接用螺栓孔，其中一个所述的支撑板为一块大长方形板41，其余四个所述的支撑板均为等大的小长方形板42，四个所述的小长方形板42对称固定在大长方形板41的两个侧面上，且每个侧面设置两个小长方形板42。

第一竖向固定耳座3、第二竖向固定耳座9、第三竖向固定耳座17和第四竖向固定耳座25结构均相同，均包括竖向单耳片43和竖向双耳片44，在竖向单耳片43的耳孔内设有一向心关节轴承45，所述的竖向单耳片43和竖向双耳片44通过一销轴46连接。

在同一组杆系中的四个第一横向固定耳座6、两个第二横向固定耳座12、两个第三横向固定耳座20和四个第四横向固定耳座31结构均相同，均包括横向单耳片47和横向双耳片48，在横向单耳片47的耳孔内设有一向心关节轴承45，所述的横向单耳片47和横向双耳片48通过一销轴46连接，横向固定耳座的各部位的具体尺寸与连接处的构件有关，具体尺寸根据实际情况而定，这里不限制横向固定耳座的具体尺寸。

第一滑动铰支座13、第二滑动铰支座21、第三滑动铰支座31和第四滑动铰支座33结构均相同，均包括单耳片49和双耳片50，所述的单耳片49的耳孔为长圆孔，所述的单耳片49和双耳片50通过一销轴46连接。

所有可变刚度杆的上端均焊接一与对应可变刚度杆材质相同的上封板51，所有可变刚度杆的下端均焊接一对应可变刚度杆材质相同下封板52，所述下封板52与竖向单耳片43固定连接，所述上封板52与相应处的传感器安装座53固定连接，所述传感器安装座53与相应处传感器38的一端连接，所述的传感器38的另一端与相应处下板40的凸台54连接；

所有竖向弹性箱型梁的上下端均焊接一与对应竖向弹性箱型梁材质相同的封板57，上部的封板57与对应处的滑动铰支座连接，下部的封板57与对应处的固定铰支座连接。

所述第一侧向杆4和第二侧向杆5的两端均焊接有一与对应侧向杆材质相同的侧向杆封板55，靠近相应接头处的侧向杆封板55与此处的横向双耳片固定连接，远离相应接头处的侧向杆封板55与传感器安装座53固定连接，所述传感器安装座53与相应处位移传感器38的一端连接，所述的位移传感器38的另一端与远离相应接头处的横向单耳片47上的凸台54连接；

所述第三侧向杆10、第四侧向杆18、第五侧向杆26和第六侧向杆27的靠近各自接头的一端均焊接有一对应侧向杆材质相同的侧向杆封板，所述的侧向杆封板与此处的横向双耳片固定连接。

加封板的原因是箱型杆或箱型梁可能是铝等焊接性能较差的材料，而且直接用高强铝合金加工成复杂零件费用较高，固选用和箱型件相同材料的封板与之焊接，然后与其他钢材加工而成的部件通过螺栓连接。

第二竖向固定耳座9的竖向双耳片和第三竖向固定耳座17的竖向双耳片与底座之间均设有一垫块35，竖向双耳片与垫块35固定连接，垫块35与底座f固定连接，加垫块的原因在于第二可变刚度杆8和第三可变刚度杆16和的受力较小，配合的轴承、耳片都较小，所以整体轴向尺寸与第一可变刚度杆2差了一截，所以用垫块补齐。

第三侧向杆10、第四侧向杆18、第五侧向杆26、第六侧向杆27、所有接头所有耳座、所有滑动铰支座、所有固定铰支座以及底座f、前支架g、侧面支架h、后支架i和连接用螺栓均为刚性件。

与接头处连接的横向单耳片均为与相应接头的上板为一体成型。

第一接头1沿第二侧向杆5方向的位移很小，相当于固支，而螺栓连接本身有不可避免的位移，对整体位移影响太大，故而只有第二侧向杆5处选用全部焊接的方式，具体为第二侧向杆5两端的侧向杆封板与相对应处的横向双耳片和传感器安装座之间均通过焊接方式连接，其余处连接均用螺栓连接。

本发明相比于现有技术具有以下几点优点，具体为：

1、加弹性箱型梁的原因和优势：

加弹性箱型梁是为了保证结构的侧向支撑刚度。

具体说明：在支撑系统里，所有杆都要满足刚度要求，即若测量的是接头的破坏模式的话，试验的时候除了接头其他支撑部分都不能坏。另外接头处各个方向的位移需要能通过各杆的位移得到。比如竖向杆轴向位移要满足接头处轴向位移的要求，侧向杆的位移也得能满足接头侧向的位移要求，这样才能模拟真实情况，测得位移。

而接头处计算得到的侧向的位移很大，若直接用侧向杆的话，则杆要非常细才能保证杆的轴向位移满足这么大的位移要求，但这样侧向杆刚度又太小，无法提供有效支撑作用。所以侧向杆都设计成刚性件，侧向位移通过弹性箱型梁的挠度来实现，梁的弯曲比杆的轴向变形容易的多。

2、弹性箱型梁布置考虑：

因为位移是沿着从前向后的方向越来越大。

也就是说第一侧向杆和第二侧向杆处的位移较小，杆自身就可以满足支撑刚度和小变形要求。第三侧向杆、第四侧向杆、第五侧向杆和第六侧向杆处位移较大，足够强的支撑刚度的杆会比较粗，无法满足大的轴向变形的要求，所以加了弹性梁，两者刚度都能满足要求，而且梁的弯曲要比杆的轴向变形更容易，所以在第三侧向杆、第四侧向杆、第五侧向杆和第六侧向杆处均布置了弹性箱型梁。

3、向心关节轴承的选用：

向心关节轴承可以在一定范围内万向转动，即不限制各个方向的转动自由度，能最大程度上减弱接头处各方向受力的耦合作用，改善了支撑系统对垂直安定面的支撑效果。

4、在接头上加平板的好处：

垂尾和机身连接除了8个接头处的抗拉螺栓外，还有蒙皮和机身连接的一圈小的抗剪螺栓。这里加平板就是为了模拟机身对抗剪螺栓的支持作用，更准确。

5、传感器相对应变片的优点：

应变片：受到应变引起的形变通过电路转换成数字显示出来。

应变片是传感器的组成部分，可以组合从而具有更高的设计性，比较灵活。测轴向变形的时候一圈贴三个取平均值是为了更准确。

传感器：包括应变片和电路等，安装方便，抗干扰能力更强，使用更可靠。测轴力的时候安装一个传感器就可以了，内部结构已经保证了准确性。

6、变刚度设计优势：

(1)在结构上设计成可变刚度截面，竖向变刚度由竖向杆变截面实现，侧向变刚度由弹性梁变截面来实现，可以实现杆件刚度的多种组合方式，较为灵活。

(2)在试验中，可以以杆件的轴力作为基准，通过竖向杆和梁的截面积调整，使竖向杆和侧向杆的轴力与实际相匹配，以提高支持端对尾翼支持刚度的模拟效果。

(3)仿真时，可以先对选定的截面参数进行各杆件横截面积敏感性分析，为实际试验中对于杆件截面积的调整方案提供参考。敏感性分析中，每次增加和减少一对杆件(对称杆件)横截面积10％，观察分析主接头螺栓竖向轴力的变化。(敏感性分析即找出各杆截面积变化对整体支撑系统影响的大小，敏感性越大影响越大)

本支撑系统的工作过程为：对飞机垂尾试验件进行加载，通过在各杆上传感器测量各杆上传感器测量各杆位移情况，从而得到各杆受力情况，从而可以测量和监控飞机垂直安定面与机身连接处各个接头处螺栓轴力，以及在各个弹性箱型梁处传感器测得梁的挠度，从而测得和监控飞机垂直安定面与机身连接处各个接头处螺栓剪切力，在垂尾试验件上安装传感器就可以测量试验件变形情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，其特征在于：包括对称设置的两组杆系，每组所述的杆系均包括前杆系、中前杆系、中后杆系和后杆系，两组所述的杆系的前杆系、中前杆系、中后杆系和后杆系的布置与飞机垂直安定面的连接处位置相对应，每组杆系与飞机垂直安定面连接处均设有一连接板，所述的连接板上设有与飞机垂直安定面的连接处相连接用的螺栓孔；

所述的前杆系包括第一接头、第一可变刚度杆、第一竖向固定耳座、第一侧向杆和第二侧向杆，所述的第一接头和第一竖向固定耳座分别设置在第一可变刚度杆的上下两端，所述的第一接头依次与连接板的对应处和飞机垂直安定面连接处连接，所述的第一竖向固定耳座与底座固定连接，所述的第一侧向杆和第二侧向杆空间垂直且等高设置，所述的第一侧向杆两端均通过一第一横向固定耳座分别与第一接头和前支架连接，所述的第二侧向杆的两端也均通过一第一横向固定耳座分别与第一接头和侧面支架连接；

所述的中前杆系包括第二接头、第二可变刚度杆、第二竖向固定耳座、第三侧向杆和第一竖向弹性箱型梁，所述的第二接头和第二竖向固定耳座分别设置在第二可变刚度杆的上下两端，所述的第二接头依次与连接板的对应处和飞机垂直安定面连接处连接，所述的第二竖向固定耳座与底座连接，所述的第三侧向杆与第二侧向杆同侧且等高设置，所述的第三侧向杆的一端通过一第二横向固定耳座与第二接头铰接，另一端也通过一第二横向固定耳座与第一竖向弹性箱型梁的中部连接，所述的第一竖向弹性箱型梁的上端通过一第一滑动铰支座与侧面支架连接，所述的第一竖向弹性箱型梁的下端通过一第一固定铰支座与侧面支架连接；

所述的中后杆系包括第三接头、第三可变刚度杆、第三竖向固定耳座、第四侧向杆和第二竖向弹性箱型梁，所述的第三接头和第三竖向固定耳座分别设置在第三可变刚度杆的上下两端，所述的第三接头依次与连接板的对应处和飞机垂直安定面连接处连接，所述的第三竖向固定耳座与底座连接，所述的第四侧向杆与第三侧向杆同侧且等高设置，所述的第四侧向杆的一端通过一第三横向固定耳座与第三接头铰接，另一端也通过一第三横向固定耳座与第二竖向弹性箱型梁的中部连接，所述的第二竖向弹性箱型梁的上端通过一第二滑动铰支座与侧面支架连接，所述的第二竖向弹性箱型梁的下端通过一第二固定铰支座与侧面支架连接；

所述的后杆系包括第四接头、第四可变刚度杆、第四竖向固定耳座、第五侧向杆、第六侧向杆、第三竖向弹性箱型梁和第四竖向弹性箱型梁，所述的第四接头和第四竖向固定耳座分别设置在第四可变刚度杆的上下两端，所述的第四接头依次与连接板的对应处和飞机垂直安定面连接处连接，所述的第四竖向固定耳座与底座固定连接，所述的第五侧向杆和第六侧向杆空间垂直且等高设置，所述的第五侧向杆与第四侧向杆同侧且等高设置，所述的第五侧向杆的一端通过一第四横向固定耳座与第四接头铰接，另一端也通过一第四横向固定耳座与第三竖向弹性箱型梁的中部连接，所述的第六侧向杆的一端通过一第四横向固定耳座与第四接头铰接，另一端也通过一第四横向固定耳座与第四竖向弹性箱型梁的中部连接，所述的第三竖向弹性箱型梁的上端通过一第三滑动铰支座与侧面支架连接，所述的第三竖向弹性箱型梁的下端通过一第三固定铰支座与侧面支架连接，所述的第四竖向弹性箱型梁的上端通过一第四滑动铰支座与后支架连接，所述的第四竖向弹性箱型梁的下端通过一第四固定铰支座与后支架连接；

所述的第一侧向杆和第二侧向杆均为箱型杆，所述的第三侧向杆、第四侧向杆、第五侧向杆和第六侧向杆均为无缝钢管；

所有的可变刚度杆均包括横截面为框型的杆体和多个调节杆体截面用的第一薄片，所述的杆体上从上到下均匀设有多个第一连接孔，所述的第一薄片通过螺栓与杆体上的第一连接孔相连；

所有的竖向弹性箱型梁均包括四块板，且在相对连接侧向杆一侧的板上从上到下均匀设有多个第二连接孔，所述的第二连接孔与第二薄片连接；

在所述第一接头与第一可变刚度杆之间、在所述第二接头与第二可变刚度杆之间、在所述第三接头与第三可变刚度杆之间、在所述第四接头与第四可变刚度杆之间均设有测量轴向位移的位移传感器；

在第一侧向杆与前支架之间和在第二侧向杆与侧面支架之间均设有测量轴向位移的位移传感器；

在第三侧向杆与第一竖向弹性箱型梁之间、在第四侧向杆与第二竖向弹性箱型梁之间、在第五侧向杆与第三竖向弹性箱型梁之间以及在第六侧向杆与第四竖向弹性箱型梁之间均设有测量梁挠度的位移传感器。

2.根据权利要求1所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，其特征在于：横截面为框型的所述的杆体为箱型杆，所述的箱型杆包括四块板，在箱型杆的四个凸缘处从上到下均匀设有多个第一连接孔，所述的第一薄片通过螺栓与杆体上的第一连接孔相连。

3.根据权利要求1所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，其特征在于：横截面为框型的所述的杆体为方形管，所述的方形管的其中一相对侧面从上到下均匀设有多个第一连接孔，所述的第一薄片通过螺栓与杆体上的第一连接孔相连，所述方形管的另一相对侧面从上到下均匀设有多个便于第一薄片安装的工艺孔。

4.根据权利要求2或3所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，其特征在于：所述第一接头、第二接头、第三接头和第四接头的结构均相同，均包括上板、下板和支撑上板和下板的五个支撑板，所述的上板上设有与连接板对应位置处连接用螺栓孔，其中一个所述的支撑板为一块大长方形板，其余四个所述的支撑板均为等大的小长方形板，四个所述的小长方形板对称固定在大长方形板的两个侧面上，且每个侧面设置两个小长方形板。

5.根据权利要求4所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，其特征在于：所述的第一竖向固定耳座、第二竖向固定耳座、第三竖向固定耳座和第四竖向固定耳座结构均相同，均包括竖向单耳片和竖向双耳片，在竖向单耳片的耳孔内设有一向心关节轴承，所述的竖向单耳片和竖向双耳片通过一销轴连接。

6.根据权利要求5所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，其特征在于：在同一组杆系中的四个所述第一横向固定耳座、两个第二横向固定耳座、两个第三横向固定耳座和四个第四横向固定耳座结构均相同，均包括横向单耳片和横向双耳片，在横向单耳片的耳孔内设有一向心关节轴承，所述的横向单耳片和横向双耳片通过一销轴连接。

7.根据权利要求6所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，其特征在于：所述第一滑动铰支座、第二滑动铰支座、第三滑动铰支座和第四滑动铰支座结构均相同，均包括单耳片和双耳片，所述的单耳片的耳孔为长圆孔，所述的单耳片和双耳片通过一销轴连接。

8.根据权利要求7所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，其特征在于：所有可变刚度杆的上端均焊接一与对应可变刚度杆材质相同的上封板，所有可变刚度杆的下端均焊接一与对应可变刚度杆材质相同的下封板，所述下封板与竖向单耳片固定连接，所述上封板与相应处的传感器安装座固定连接，所述传感器安装座与相应处位移传感器的一端连接，所述的位移传感器的另一端与相应处下板的凸台连接；

所有竖向弹性箱型梁的上下端均焊接一与对应竖向弹性箱型梁材质相同的封板，上部的封板与对应处的滑动铰支座连接，下部的封板与对应处的固定铰支座连接。

9.根据权利要求8所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，其特征在于：所述第一侧向杆和第二侧向杆的两端均焊接有一与对应侧向杆材质相同的侧向杆封板，靠近相应接头处的侧向杆封板与此处的横向双耳片固定连接，远离相应接头处的侧向杆封板与传感器安装座固定连接，所述传感器安装座与相应处位移传感器的一端连接，所述的位移传感器的另一端与远离相应接头处的横向单耳片上的凸台连接；

所述第三侧向杆、第四侧向杆、第五侧向杆和第六侧向杆的靠近各自接头的一端均焊接有一对应侧向杆材质相同的侧向杆封板，所述的侧向杆封板与此处的横向双耳片固定连接。

10.根据权利要求9所述的飞机垂直安定面与机身连接强度试验的可调刚度支撑系统，其特征在于：第二竖向固定耳座的竖向双耳片和第三竖向固定耳座的竖向双耳片与底座之间均设有一垫块，竖向双耳片与垫块固定连接，垫块与底座固定连接。

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