CN109827722A - 固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统,为基于平整地面并由钢结构梁和钢结构支柱组装而成笼式网格刚体结构的框架,该框架的大小与各类飞机的整机占空匹配相容且适应性可调,且框架具有满足对飞机静强度和动强度试验要求的整体刚度;其中平整地面分布设有若干个固定地桩,底侧的所述钢结构梁装接于固定地桩上,试验设备安装并受力于钢结构梁上,对整机施加静态或动态的拉力或压力进行测试。应用本发明的模块化框架系统,能对飞机和试验设备提供可靠的支撑并承载强度试验过程中各种拉力或压力,保障全机测试过程中整体框架和被测对象的稳定性。且布设条件门槛低,钢结构的框架适于反复拆装,从而能够满足试验室搬迁的重复利用。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造测试领域,尤其涉及一种面向完成组装的飞机全机(或称之为整机)进行地面强度试验的支撑结构,属于基础装备方面的改良。
背景技术
科技进步带来当前世界日新月异的变化,无论是物资、还是物种、人类的流动、活动范围正在不断地扩展着。这有赖于不断发展的交通工具,至少包括自行车、电动助力车、小汽车、公共巴士、火车、高速动车、轮船等,当然这些地面交通工具无法满足人们长距离、快速迁徙或旅游活动的需求,为此民用客机便应运而生且彻底满足了人们对快速交通的需求。而长期以来民用客机的核心技术都未系统掌握。民用客机作为一个高速行驶在云端的复杂设备,从材料、系统软硬件设计、结构总装等诸多方面都需要完整而繁杂的诸多细小的技术环节总构完成。即使解决了前期的设计、制造、总装所包含的技术问题,并非意味着产品具备投放市场、翱翔于天空的名片。对于飞机全机(整机)的研究在各方面取得突破的同时,必须重视对飞机全机成品的各种测试;不同于其它交通工具,飞机的每次使命行动都需要经历从地面到天空的起落活动,这其中除了油耗的巨大负担外,飞机机身结构强度也是重要的一方面,随着升高高度的变化,飞机外界环境也出现了巨大的跳跃,甚至在冲破云层的过程中需要经历难以想象的外力对机身的摧残,更有当飞机降落瞬间需要抵销自身巨大自重对起落架和机翼结构强度的冲击力等。为此目前对飞机的全机地面强度试验是保障飞机可靠性的最重要的试验项目。
在国内外进行飞机全机地面强度试验有两种方式,一是通过在飞机周围设立龙门架,将所需要的试验装置安装于龙门架上,二是搭建试验平台将试验装置安装于试验平台。由于飞机的强度试验需要拉、压、动态疲劳等各种作用力,并且需要较大的力作用于飞机机身各关键位置(包括机脖、机腰、机翼、机尾等处)。因此,无论采用龙门架,还是试验平台,都需要固定于地面,并且需要在地面承受向上和向下的作用力。因此,目前在全机地面强度试验室,都需要建造高强度的地基,并且地基上需要具备分布密度较大的地面导轨。龙门架或试验平台,以及起落架假体、部分传感器、作动器都固定在地轨上。由于飞机强度试验的作用力很大,因此对于地基和地轨的要求都比较高,投入巨大。
除了地基和地轨投入较大,并且按照龙门架和试验平台的作业方式必须固定,一架飞机需要进行一年到五年以上的试验时间,采用现有方式,导致空间被长期占用,一旦试验室搬迁,建设好的地基和地轨都只能丢弃,需要重新修建,导致重复投资。
发明内容
本发明的目的旨在提出一种固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统,解决全机测试试验室的基础建设成本优化问题。
本发明实现上述目的的技术解决方案是,固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统,其特征在于:所述模块化框架为基于平整地面并由钢结构梁和钢结构支柱组装而成笼式网格刚体结构的框架,且钢结构梁和钢结构支柱在顶部和底部的连接处分布设有斜支撑的钢架,所述框架的大小与各类飞机的整机占空匹配相容且适应性可调,且框架具有满足对飞机静强度和动强度试验要求的整体刚度;其中平整地面分布设有若干个固定地桩,底侧的所述钢结构梁装接于固定地桩上,试验设备安装于钢结构梁上且试验的受力点均着落在框架上,对整机施加静态或动态的拉力或压力进行测试。
进一步地,所述试验设备包括总控上位机、应力分析仪、若干作动缸体和一种以上的传感器,其中作动缸体受驱接入总控上位机,所述传感器分布设于整机机身、框架的钢结构梁或钢结构支柱上,并数据反馈接入总控上位机及应力分析仪。
更进一步地,所述钢结构梁表面分布设有法兰,且作动缸体匹配各类飞机的规格、活动装接于法兰中轴向定位。
更进一步地,相对悬空定位的整机,所述作动缸体包括面向机翼和机身各向悬挂或顶推的伸缩柱。
进一步地,所述模块化框架中围绕整机机身旁侧设有安装和观察平台,所述安装和观察平台基于钢结构梁挂接固定。
进一步地,所述模块化框架还设有起落架假体,且起落架假体基于底侧的钢结构梁滑动定位并模拟整机起落架支承。
进一步地,所述模块化框架中外围的每个钢结构支柱上设有千斤顶,且全部千斤顶同步受控升降。
进一步地,所述模块化框架外围砌筑试验厂房,并在试验厂房内面向模块化框架设有气候条件营造装置。
更进一步地,所述模块化框架基于自身外围钢结构梁和钢结构支柱包覆设有可拆卸的安全帷幔。
应用本发明的模块化框架系统,具备突出的实质性特点和显著的进步性:该方案采用可组装拆卸的钢结构部件组装实现飞机各种强度试验所需要的悬吊框架结构,能对置入其中的飞机和试验设备提供可靠有效的支撑并承载强度试验过程中对飞机所施加的各种拉力或压力,保障全机测试过程中整体框架和被测对象的稳定性。更重要的是,该模块化框架布设条件门槛低,钢结构的框架适于反复拆装,从而能够满足试验室搬迁的重复利用。
附图说明
图1是现有承力地坪龙门架的强度测试的架构示意图。
图2是本发明平整地面钢结构模块化组装的框架示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详述,以使本发明技术方案更易于理解、掌握,从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。
本发明设计者针对当前飞机制造技术突破的需求,致力于对飞机的成品全机进行全面性能测试的试验室建设。从研究对象来看,现有飞机全机地面强度试验的方式之一,如图1所示,采用承力地坪龙门架进行强度测试。从该基础建设的结构来看:为保持飞机强度测试的各种承力,需要在地面承受向上和向下的作用力。因此,目前在全机地面强度试验室,都需要建造高强度的地基1A,并且地基上需要具备分布密度较大的地面导轨2A。龙门架3A或试验平台,以及起落架假体5、部分传感器、作动器4A都固定在地轨上或龙门架上。虽然这样能满足作动器随龙门架相对地轨的位移而精确定位,然而如此大跨度的龙门架除装姐支撑强度大外,强度其位移的动力输出也是相当可观的。由于整机9强度试验的作用力很大,因此对于地基和地轨的要求都比较高,投入及运营的能耗巨大。
除了地基(承力地坪)和地轨投入较大,并且,按照龙门架和试验平台的作业方式,必须固定,长期占空的成本也较大,尤其当试验室选址发生变化需要搬迁时,可移动重复利用的资源几乎不存在,重建需要大量的重复投资。
反观本发明之创新设计,在延续保持了大体积占空的全机地面强度和整体承力测试所需的支架稳定性基础上,提出了一种模块化框架,一方面能降低对地面基础建设的要求和成本投入,另一方面能实现二次或多次拆装重组,便于试验室搬移而重复利用。
如图2所示,该固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统的结构特征概述为:其基于平整地面1并由钢结构梁和钢结构支柱32组装而成笼式网格刚体结构的框架,且钢结构梁和钢结构支柱32在顶部和底部的连接处分布设有斜支撑的钢架33,该框架的总装大小与各类飞机的整机占空匹配相容且适应性可调,且框架具有满足对飞机静强度和动强度试验要求的整体刚度;其中平整地面1分布设有若干个固定地桩2,底侧的钢结构梁31a装接于固定地桩2上,试验设备安装于顶侧的钢结构梁31b和底侧的钢结构梁31a上,而所有试验设备的受力点均着落在框架上,在框架增提刚性强度满足测试需求的前提下,测试设备对整机9施加静态或动态的拉力或压力进行测试是十分稳定的。需要说明的是,这里平整地面1的要求旨在满足钢结构梁31a安装的水平性,从而保障模块化框架总装整体的稳固性能。同时,本发明对固定地桩2不作规格上的限制,只需满足在平整地面上达到所需的固定强度。由此可见,可以避免传统承力地坪大面积浇筑混凝土的大成本投入。
除以上试验所需的承力框架外,作为试验的必要基础之一试验设备包括总控上位机、应力分析仪、若干作动缸体4和一种以上的传感器(因分布及装配密度过大且非本发明保护侧重点,故省略图示),其中作动缸体4受驱接入总控上位机,传感器分布设于整机机身、框架的钢结构梁或钢结构支柱上,并数据反馈接入总控上位机和应力分析仪,实时汇总测试数据或生成测试报告。
作为试验设备的系统完善,上述试验设备设有屏蔽气候条件变化的保护套,避免全机在高恶劣气候条件对设备的损伤和试验数据的精度。钢结构梁31a、31b相对的表面分布设有法兰,且作动缸体4活动装接于法兰中轴向定位。根据不同尺寸规格的飞机,该些作动缸体可按需调整装接于对应位置的法兰,从而满足实验所需。而且,相对悬空定位的整机9,该作动缸体4包括面向机翼和机身各向悬挂或顶推的伸缩柱。该些作动缸体两向受控施力,在对整机进行有效支撑的同时,也易于实现对机脖、机腰、机翼、机尾等处的结构强度测试,反映飞机起降过程中以及高空行驶过程中面临恶劣气象的外力耐受性。
此外,该模块化框架中围绕整机机身旁侧设有安装和观察平台,安装和观察平台基于钢结构梁挂接固定;并用以满足试验前期的设备安装,以及试验过程中人为参与观察和调整。
上述模块化框架还设有起落架假体5,且起落架假体5基于底侧的钢结构梁滑动定位并模拟整机起落架支承;并用以实现飞机的悬挂和承载试验上述模块化框架中外围的每个钢结构支柱上设有千斤顶6,且全部千斤顶6同步受控升降;并用以调整模块化框架的整体高度、抬升上半部分框架结构。除此之外,在进行整机测试的全过程中,模块化框架的上半部分只需满足水平平稳后即可通过固定件锁死千斤顶,从而避免千斤顶对框架整体刚性的破坏,保持作动缸体的高进度运动和试验设备的数据可靠性。
上述模块化框架外围还可以砌筑试验厂房,并在试验厂房内面向模块化框架设有气候条件营造装置;用以增强试验条件的可调节性能。并且该模块化框架基于自身外围钢结构梁和钢结构支柱还可以包覆设有可拆卸的安全帷幔。有利于长期试验过程中人为地排除自然气候对特殊气候条件的测试结果影响。
综上结合图示的实施例详细描述可见,应用本发明的模块化框架系统,较之于传统此类全机测试的基础建设方案具备突出的实质性特点和显著的进步性:该方案采用可组装拆卸的钢结构部件组装实现飞机各种强度试验所需要的悬吊框架结构,能对置入其中的飞机和试验设备提供可靠有效的支撑并承载强度试验过程中对飞机所施加的各种拉力或压力,保障全机测试过程中整体框架和被测对象的稳定性。更重要的是,该模块化框架布设条件门槛低,钢结构的框架适于反复拆装,从而能够满足试验室搬迁的重复利用。
Claims (9)
1.固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统,其特征在于:所述模块化框架为基于平整地面并由钢结构梁和钢结构支柱组装而成笼式网格刚体结构的框架,且钢结构梁和钢结构支柱在顶部和底部的连接处分布设有斜支撑的钢架,所述框架的大小与各类飞机的整机占空匹配相容且适应性可调,且框架具有满足对飞机静强度和动强度试验要求的整体刚度;其中平整地面分布设有若干个固定地桩,底侧的所述钢结构梁装接于固定地桩上,试验设备安装于钢结构梁上且试验的受力点均着落在框架上,对整机施加静态或动态的拉力或压力进行测试。
2.根据权利要求1所述固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统,其特征在于:所述试验设备包括总控上位机、应力分析仪、若干作动缸体和一种以上的传感器,其中作动缸体受驱接入总控上位机,所述传感器分布设于整机机身、框架的钢结构梁或钢结构支柱上,并数据反馈接入总控上位机及应力分析仪。
3.根据权利要求2所述固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统,其特征在于:所述钢结构梁表面分布设有法兰,且作动缸体匹配各类飞机的规格、活动装接于法兰中轴向定位。
4.根据权利要求2所述固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统,其特征在于:相对悬空定位的整机,所述作动缸体包括面向机翼和机身各向悬挂或顶推的伸缩柱。
5.根据权利要求1所述固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统,其特征在于:所述模块化框架中围绕整机机身旁侧设有安装和观察平台,所述安装和观察平台基于钢结构梁挂接固定。
6.根据权利要求1所述固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统,其特征在于:所述模块化框架还设有起落架假体安装位,且起落架假体安装位随各类飞机的规格位置可调定位。
7.根据权利要求1所述固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统,其特征在于:所述模块化框架中外围的每个钢结构支柱上设有千斤顶,且全部千斤顶同步受控升降。
8.根据权利要求1所述固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统,其特征在于:所述模块化框架外围砌筑试验厂房,并在试验厂房内面向模块化框架设有气候条件营造装置。
9.根据权利要求1或8所述固定翼飞机全机强度及模态试验框架系统,其特征于:所述模块化框架基于自身外围钢结构梁和钢结构支柱包覆设有可拆卸的安全帷幔。
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Legal Events
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