CN110733665A - 一种水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机结构强度试验技术，具体涉及一种水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法。本发明所提供的水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，在进行着水情况静力试验时，首先对加载作动筒的固定端预置一个偏移量，确保加载到目标载荷时，作动筒与变形后船底的相对位置与未预置情况下作动筒与未变形船底的相对位置一致。本发明所提供的水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，理论上消除了因试验件变形引起的加载误差，得到了更加真实的试验效果，具有较大的实际应用价值。

Description

一种水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法
技术领域
本发明属于飞机结构强度试验技术，具体涉及一种水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法。
背景技术
水面飞行器可以在水面上起飞、滑行或降落。根据适航规范，需要进行着水工况静力试验对水面飞行器的机身或浮筒的结构强度进行验证。水面飞行器的机身或浮筒通常采用“V”型船底结构，在进行着水工况静力试验时，多采用作动筒模拟水载荷进行加载。作动筒非加载端通常固定，而作动筒加载端与船底间通过杠杆系统和一定厚度的板将作动筒的集中载荷均匀分散到船底结构。试验进行过程中，由于试验件的变形，作动筒的加载方向将会发生变化，并且随着变形的越来越大，加载的误差也将越来越大，这对适航条款的符合性验证增加了难度。因此，需要在加载前对作动筒预置一定的偏移量，以消除因为试验件变形引起的加载误差。
在目前飞机的静力试验技术中，有针对机翼(变形较大)采用的预置方法，如在稳定俯仰2.5g极限载荷试验中，机翼向上变形较大，通常会对机翼的加载作动筒的固定端预置一定的偏移量，以保证在加载到目标载荷时，作动筒的加载方向保持竖直。这种预置方法较容易实现，只需将作动筒固定端预置一个沿翼展方向的偏移量(需精确计算)即可，因此该预置方法可看做是一维的。然而水面飞行器的船底为空间面，并且加载后船底的变形也为空间变形(在非对称载荷下更为显著)，因此需对其进行三维预置加载。目前，国内外均未给出可供参考的三维预置加载方法。
发明内容
本发明的目的是：提供一种用于模拟水面飞行器着水试验船底水载荷的三维预置加载方法。
本发明的技术方案是：一种水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，其在进行水面飞行器着水情况静力试验时，先模拟分析目标载荷加载时的船底变形，然后对该处模拟水载荷的加载作动筒的固定端预置与船底框变形相匹配的位置偏移量，确保加载到目标载荷时，作动筒加载方向与船底(变形后)的相对位置与未预置情况下作动筒加载方向与船底(未变形)的相对位置一致。
所述作动筒与杠杆加载系统铰接连接，而杠杆加载系统连接若干对称加载块，所述加载块设置在船底框表面。
所述杠杆加载系统为若干个，且每个杠杆加载系统上的各自作动筒预置位置偏移量相互独立，与各自所加载处的船底变形量相匹配。
所述的水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，其包括如下步骤：
步骤一、确定初始状态作动筒相对于船底的位置：以加载区域的框作参考，建立局部坐标系，得出初始状态下作动筒在局部坐标系中的位置坐标；
步骤二、模拟计算出加载到目标载荷时相应加载区域的框变形后的位置，按照步骤一中建立局部坐标系的方法，建立变形后框的局部坐标系；
步骤三、根据步骤一中得到的作动筒在局部坐标系下的坐标，在步骤二建立的局部坐标系中做出变形后作动筒的位置；
步骤四、计算出作动筒加载到目标载荷时的伸缩量；
步骤五、将步骤三中的得到的作动筒固定端的位置沿作动筒轴向平移步骤四得到的伸缩量，并将平移后得到的的作动筒固定端位置换算到全机坐标系；
步骤六、将作动筒固定端预置到步骤五得到的位置坐标，进行试验。
步骤一中，以加载区域的框平面为基准，建立位于框平面的局部坐标系O-xyz：选定某框，原点O取左、右侧舭与龙骨中点的连线的中点，x轴垂直于框平面向后，y轴取左、右侧舭与龙骨中点的连线向右为正，z轴按右手系定义；测出作动筒上、下端点在局部坐标系O-xyz中的坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)。
步骤二中，利用有限元方法计算出加载到目标载荷时，根据所选的某一框平面与左右舭线、龙骨线三个交点的位移，得出此三点变形后的位置，利用步骤一中的方法建立局部坐标系O'-x'y'x'。
变形后框的位置获得方式：在目标载荷前先进行低载荷预试，通过位移计测出低载荷时框平面与左右舭线、龙骨线三个交点的位移，然后推出目标载荷时此三点的位移，进而确定变形后框的位置，其中，预试的载荷级越多，通过多级迭代后得到框变形后的位置就越精确。
步骤五中，在局部坐标系O'-x'y'x'中，将坐标点(x2,y2,z2)沿点(x1,y1,z1)和点(x2,y2,z2)连线方向平移加载到目标载荷时作动筒的伸缩量L得到点(x3,y3,z3)；将在局部坐标系O'-x'y'x'中的点(x3,y3,z3)转换到全机坐标系得到点坐标(X,Y,Z)，此坐标点即为作动筒下端固定点所需要偏移的位置。
本发明的有益效果：本发明模拟水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，通过模拟出的变形量，对加载作动筒预置位移偏移量，使得加载发生变形后，能够使得作动筒与船底(变形后)的相对位置与未预置情况下作动筒与船底(未变形)的相对位置一致，从而有效消除了因试验件变形引起的加载误差，得到了更加真实的试验效果。
附图说明
图1水面飞行器机身或浮筒船底水载荷模拟加载示意图；
图2未预置状态作动筒轴线与相应加载框的相对位置示意图；
图3预置前后对比示意图，
其中，1-作动筒、2-加载块、3-杠杆加载系统、4-船底壁板、5-舭线、6-龙骨线、7-框A、8-框B、9-变形后框B位置、10-变形后作动筒位置。
具体实施方式
为使本发明实施的流程更加清楚，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做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。
请参阅图1，本实施方式中,本发明水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法加载示意图，其中，包括试验件(机身含V型船底)、加载块-杠杆加载系统、作动筒等。水载荷的作用区域为船底舭线到龙骨梁之间的壁板区域。作动筒与杠杆加载系统铰接连接，而杠杆加载系统连接若干加载块，用于对船底框施加载荷。
所述杠杆加载系统为若干个，且每个杠杆加载系统上的各自作动筒预置位置偏移量相互独立，与各自所加载处的船底框变形量相匹配。
请参阅图2和图3，下面给出本发明用于模拟水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，以单侧船底壁板为例，主要包括以下步骤：
步骤一、以加载区域的框平面为基准，建立位于框平面的局部坐标系：以图2中框B(图中以框B平面与左右舭线和龙骨梁的三个交点做出的三角平面作示意)为例，原点O取左、右侧舭与龙骨中点的连线的中点，x轴垂直于框平面向后，y轴取左、右侧舭与龙骨中点的连线向右为正，z轴按右手系定义；测出作动筒上、下端点在局部坐标系O-xyz中的坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)；
步骤二、利用有限元方法计算出加载到目标载荷时，框B平面与左右舭线、龙骨线三个交点的位移，得出此三点变形后的位置，利用步骤一中的方法建立局部坐标系O'-x'y'x'；变形后框的位置也可以通过试验手段获得：在目标载荷(如67％极限载荷)前先进行低载荷预试(如40％极限载荷)，通过位移计测出低载荷时框B平面与左右舭线、龙骨线三个交点的位移，然后推出目标载荷时此三点的位移，进而确定变形后框的位置，并且预试的载荷级越多，通过多级迭代后得到框变形后的位置就越精确；
步骤三、在局部坐标系O'-x'y'x'中得出坐标为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)的点的位置；
步骤四、按照作动筒的相关标准参数，计算出加载到目标载荷时作动筒的伸缩量L；
步骤五、在局部坐标系O'-x'y'x'中，将坐标点(x2,y2,z2)沿点(x1,y1,z1)和点(x2,y2,z2)连线方向平移L得到点(x3,y3,z3)；将在局部坐标系O'-x'y'x'中的点(x3,y3,z3)转换到全机坐标系得到点坐标(X,Y,Z)，此坐标点即为作动筒下端固定点所需要偏移的位置；
步骤六、将作动筒下端固定点预置到步骤五中得到的坐标点(X,Y,Z)，然后即可进行试验。
当步骤二中采用试验手段获得变形后框的位置时，预试的载荷级越多，通过步骤二至步骤六多级迭代后得到框变形后的位置就越精确，加载的误差也越小。
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，且说明书未详尽部分均为常规技术。

Claims (8)

1.一种水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，其特征在于，在进行水面飞行器着水情况静力试验时，先模拟分析目标载荷加载时的船底框变形，然后对该处模拟水载荷的加载作动筒的固定端预置与船底框变形相匹配的位置偏移量，确保加载到目标载荷时，作动筒加载方向与变形后的船底相对位置与未预置情况下作动筒加载方向与未变形船底的相对位置一致。
2.根据权利要求1所述的水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，其特征在于，所述作动筒与杠杆加载系统铰接连接，而杠杆加载系统连接若干加载块，所述加载块设置在船底表面。
3.根据权利要求2所述的水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，其特征在于，所述杠杆加载系统为若干个，且每个杠杆加载系统上的各自作动筒预置位置偏移量相互独立，与各自所加载处的船底框变形量相匹配。
4.根据权利要求1所述的水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、确定初始状态作动筒相对于船底的位置：以加载区域的框作参考，建立局部坐标系，得出初始状态下作动筒在局部坐标系中的位置坐标；
步骤二、模拟计算出加载到目标载荷时相应加载区域的框变形后的位置，按照步骤一中建立局部坐标系的方法，建立变形后框的局部坐标系；
步骤三、根据步骤一中得到的作动筒在局部坐标系下的坐标，在步骤二建立的局部坐标系中做出变形后作动筒的位置；
步骤四、计算出作动筒加载到目标载荷时的伸缩量；
步骤五、将步骤三中的得到的作动筒固定端的位置沿作动筒轴向平移步骤四得到的伸缩量，并将平移后得到的的作动筒固定端位置换算到全机坐标系；
步骤六、将作动筒固定端预置到步骤五得到的位置坐标，进行试验。
5.根据权利要求4所述的水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，其特征在于，步骤一、以加载区域的框平面为基准，建立位于框平面的局部坐标系O-xyz：选定某框，原点O取左、右侧舭与龙骨中点的连线的中点，x轴垂直于框平面向后，y轴取左、右侧舭与龙骨中点的连线向右为正，z轴按右手系定义；测出作动筒上、下端点在局部坐标系O-xyz中的坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)。
6.根据权利要求4所述的水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，其特征在于，
步骤二中，利用有限元方法计算出加载到目标载荷时，根据所选的某一框平面与左右舭线、龙骨线三个交点的位移，得出此三点变形后的位置，利用步骤一中的方法建立局部坐标系。
7.根据权利要求4所述的水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，其特征在于，变形后框的位置获得方式：在目标载荷前先进行低载荷预试，通过位移计测出低载荷时框平面与左右舭线、龙骨线三个交点的位移，然后推出目标载荷时此三点的位移，进而确定变形后框的位置，其中，预试的载荷级越多，通过多级迭代后得到框变形后的位置就越精确。
8.根据权利要求4所述的水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法，其特征在于，步骤五、在局部坐标系O'-x'y'x'中，将坐标点(x2,y2,z2)沿点(x1,y1,z1)和点(x2,y2,z2)连线方向平移加载到目标载荷时作动筒的伸缩量L得到点(x3,y3,z3)；将在局部坐标系O'-x'y'x'中的点(x3,y3,z3)转换到全机坐标系得到点坐标(X,Y,Z)，此坐标点即为作动筒下端固定点所需要偏移的位置。
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