CN111024598B - 一种用于飞机吊挂结构的环境试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于飞机吊挂结构的环境试验装置，包括疲劳试验系统、环境试验系统和试验控制系统；疲劳试验系统采用卧式动态疲劳试验机，卧式动态疲劳试验机的疲劳试验区域内置于环境试验区域内，卧式动态疲劳试验机的主体结构位于环境试验区域外，在环境试验系统的试验箱两对侧壁上分别设置有同轴线布置的孔，疲劳试验机的两个夹具连杆各自穿过对应的孔后伸入环境试验区域内，孔的直径大于夹具连杆外径，在孔处设置有弹性密封件实现夹具连杆与试验箱的软连接和密封连接。本发明不仅能够实现腐蚀试验装置与疲劳试验装置的配合使用，而且有助于真实、准确、快速地开展飞机吊挂结构腐蚀‑疲劳性能试验；本发明结构紧凑，体积小，稳定性优异。

Description

一种用于飞机吊挂结构的环境试验装置

技术领域

本发明涉及一种用于飞机吊挂结构的环境试验装置。

背景技术

飞机吊挂结构位于机身与吊挂物连接或过渡的界面位置，直接承受机身和吊挂物之间的诱发载荷和复杂应力传递，振动和冲击能量在吊挂结构连接界面处得到有效放大，与此同时，飞机吊挂结构处于非密闭机舱内，无论是地面停放和空中飞行都将受到大气腐蚀因素的侵蚀，并在吊挂结构几何形状不连续的应力集中部位出现腐蚀坑等缺陷。随着飞机服役时间的增长，吊挂结构的应力集中部位经受恶劣的交变载荷和环境腐蚀的综合作用，极易发生腐蚀疲劳，吊挂结构的断裂韧性迅速降低，最终发生疲劳断裂失效，大大缩短了飞机及其吊挂结构的服役寿命。因此，必须准确掌握飞机吊挂结构腐蚀疲劳性能变化规律，为合理评估其服役寿命提供重要依据。

目前，国内外常见的构件腐蚀疲劳试验装置是将腐蚀问题与疲劳问题单独考虑，即先开展构件在单一环境或几种组合环境下的预腐蚀，再将预腐蚀后的样品在疲劳试验装置上开展疲劳试验，这并没有考虑到腐蚀与疲劳的相互影响，也没有考虑交变载荷对腐蚀的加速作用，难以准确评价复杂服役环境下材料/构件的腐蚀疲劳寿命问题。另外，现有的用于飞机吊挂结构的腐蚀试验装置也无法与疲劳试验装置配合使用。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于飞机吊挂结构的环境试验装置，以解决现有腐蚀试验装置无法与疲劳试验装置配合使用的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种用于飞机吊挂结构的环境试验装置，包括疲劳试验系统、环境试验系统和试验控制系统，试验控制系统分别连接疲劳试验系统和环境试验系统；疲劳试验系统采用卧式动态疲劳试验机，卧式动态疲劳试验机的疲劳试验区域内置于环境试验系统的环境试验区域内，卧式动态疲劳试验机的主体结构位于环境试验区域外，在环境试验系统的试验箱两对侧壁上分别设置有同轴线布置的孔，卧式动态疲劳试验机的两个夹具连杆各自穿过对应的孔后伸入环境试验区域内，且孔的直径大于夹具连杆外径，并在孔处设置有弹性密封件实现夹具连杆与试验箱的软连接和密封连接。

为进一步方便腐蚀试验装置与疲劳试验装置的配合使用，卧式动态疲劳试验机包括立式布置的作动器支撑架和反力支撑架，作动器支撑架上设置作动器，作动器连接试验夹具，作动器支撑架与反力支撑架通过上下间隔布置的水平柱体固定连接，卧式动态疲劳试验机的疲劳试验区域和环境试验系统的环境试验区域同时位于上部水平柱体与下部水平柱体之间。

为更进一步方便腐蚀试验装置与疲劳试验装置的配合使用，同时提高试验结果的准确性，环境试验系统包括腐蚀试验介质发生器，在腐蚀试验介质发生器上设置有悬臂式试验箱，悬臂式试验箱伸入上部水平柱体与下部水平柱体之间并使卧式动态疲劳试验机的疲劳试验区域位于悬臂式试验箱中部，且悬臂式试验箱的箱面与上部水平柱体和下部水平柱体均留有间距。

为提高批次试验结果的准确性和试验效率，疲劳试验系统的试验夹具还包括至少两套可拆卸地螺母和钛合金螺杆，且钛合金螺杆与螺母交替配合并串联连接，且首根钛合金螺杆可直接连接试验夹具的夹头；试验时，部分或者全部钛合金螺杆替换成飞机吊挂结构样品。

作为优选，腐蚀试验介质发生器采用矩形箱体结构，悬臂式试验箱的其中一侧壁贴壁固定在矩形箱体一侧壁，产生的腐蚀试验介质通过风管送入悬臂式试验箱内。进一步地，产生的腐蚀试验介质通过风管从夹具轴线上方水平送入悬臂式试验箱内。

作为优选，卧式动态疲劳试验机的作动器采用横置电液伺服作动器，作动器振幅极限位置设有液压缓冲区；卧式动态疲劳试验机的力传感器采用疲劳大量程轮辐式负荷传感器，力传感器位于作动器正对侧的反力支撑架外侧。

作为优选，作动器支撑架与反力支撑架之间的距离为1600±100mm，作动器支撑架与反力支撑架之间的拉杆内部静间距为1300mm，试验夹具轴线距地面1100±100 mm。

采用本发明环境试验装置不仅能够实现腐蚀试验装置与疲劳试验装置的配合使用，而且有助于真实、准确、快速地开展飞机吊挂结构腐蚀-疲劳性能试验；本发明环境试验装置结构紧凑，体积小，占地面积小，其占地面积不到现有的用于飞机吊挂结构的腐蚀腐蚀疲劳试验装置的1/2；本发明环境试验装置高度得到大幅降低，其高度仅约为现有飞机吊挂结构试验装置高度的1/3；本发明颠覆了现有飞机吊挂结构试验装置的标准布置方式，使得飞机吊挂结构试验更容易开展，且试验结果更接近真实值，更有利于准确评价复杂服役环境下飞机吊挂结构的腐蚀疲劳寿命问题；采用本发明环境试验装置，还能够提高批次试验结果的准确性，并提高试验效率，其试验效率可达现有的用于飞机吊挂结构的腐蚀腐蚀疲劳试验装置试验效率的五倍甚至更高。此外，本发明环境试验装置在试验过程中不会移位，不会晃动，稳定性优异。

附图说明

图1是实施例中用于飞机吊挂结构的环境试验装置的示意图一（图中未安装试验样品）；

图2是实施例中用于飞机吊挂结构的环境试验装置的示意图二；

图3是实施例中用于飞机吊挂结构的环境试验装置的试验夹具示意图一；

图4是实施例中用于飞机吊挂结构的环境试验装置的试验夹具示意图二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例

如图1和图2所示，一种用于飞机吊挂结构的环境试验装置，包括疲劳试验系统、环境试验系统和试验控制系统16，试验控制系统16分别连接疲劳试验系统和环境试验系统；疲劳试验系统采用卧式动态疲劳试验机，卧式动态疲劳试验机的疲劳试验区域内置于环境试验系统的环境试验区域内，卧式动态疲劳试验机的主体结构位于环境试验区域外，在环境试验系统的试验箱两对侧壁上分别设置有同轴线布置的孔，卧式动态疲劳试验机的两个夹具连杆7各自穿过对应的孔后伸入环境试验区域内，且孔的直径大于夹具连杆7外径（本实施例中，孔的直径比夹具连杆7外径大20-150mm），并在孔处设置有弹性密封件实现夹具连杆7与试验箱的软连接和密封连接，弹性密封件可以采用耐腐蚀的硅橡胶密封件，也可以采用乳胶密封件。这样的结构还能够确保试验夹具在试验过程中的不相互干涉，能够避免腐蚀气氛跑出环境试验区域外。

本实施例中，卧式动态疲劳试验机通过液压系统15驱动，液压系统15采用封闭型结构，包括流量为100 L/min定量油泵，油泵吸油口处安装有80目吸油粗过滤器，油泵输出压力油经过5um高压过滤器过滤后进入系统，系统回油经过5um回油过滤器过滤后回油箱。液压系统15通过装在油箱侧面的控制箱启动和停止，压力由集中装在阀组上的溢流阀调整，最大压力为21MPa。液压系统15的油温通过一个油--水冷却器循环冷却控制，温度由温度传感器及温控系统测量并超温保护，温度超过设定极限，则会自动关闭液压源。油箱上装有一个液位液温计可以观察油的温度和液面高度；油箱上面安装有液位开关，当液面过低时会停机保护。

其中，卧式动态疲劳试验机包括立式布置的作动器支撑架11和反力支撑架12，作动器支撑架11和反力支撑架12分别安装在对应的底座6上，作动器支撑架11上设置作动器1，作动器1连接试验夹具8，作动器支撑架11与反力支撑架12通过上下间隔布置的水平柱体固定连接，卧式动态疲劳试验机的疲劳试验区域和环境试验系统的环境试验区域同时位于上部水平柱体3与下部水平柱体13之间。本实施例中，上部水平柱体3与下部水平柱体13各采用两根水平柱体，每根水平柱体端部都通过锁紧螺母2固定；试验夹具8包括两个夹头83，其中一个夹头通过夹具连杆7和导向座连接作动器支撑架11，另一个夹头位于作动器1正对侧的反力支撑架12内侧，两个夹头位于同一水平轴线上。

本实施例中，疲劳试验系统的试验夹具8还包括四个可拆卸的螺母81和5根钛合金螺杆82，且钛合金螺杆82与螺母81交替配合并串联连接，即每个螺母81两端可分别连接钛合金螺杆82，且首根钛合金螺杆82可直接连接试验夹具8的夹头83；试验时，部分或者全部钛合金螺杆82替换成飞机吊挂结构样品20。试验开始前，如图3所示，每个螺母81连接结构样品20，共串联连接5个样品20，随着试验的开展，当某个样品被拉断后，将断裂的样品更换成钛合金螺杆82并继续进行试验，如图4所示，直到5个样品都被拉断后结束试验。采用这样的结构能够提高批次试验结果的准确性，并提高试验效率，且在更换样品时无需拆卸试验夹具8的夹头83或法兰，其试验效率可达现有的用于飞机吊挂结构的腐蚀腐蚀疲劳试验装置试验效率的五倍。当然，钛合金螺杆82与螺母81的数量并不限于4套或5套，还可以根据批次样品设备6套、8套甚至更多。

本实施例中，卧式动态疲劳试验机的作动器1采用横置电液伺服作动器，在作动器1振幅极限位置设有液压缓冲区；卧式动态疲劳试验机的力传感器10采用疲劳大量程轮辐式负荷传感器，力传感器10位于作动器1正对侧的反力支撑架12外侧，力传感器10的试验负荷量程±300kN，过载能力具备超载＞120%FS，过载范围内无校准变化，示值精度±0.05%范围内；力传感器10连接杆材质为弹簧钢60Si2Mn，抗拉强度大于1274MPa，屈服强度大于1176MPa。作动器支撑架11与反力支撑架12之间的距离为1600±100mm，作动器支撑架11与反力支撑架12之间的拉杆内部静间距为1300mm，试验夹具8轴线距地面1100±100 mm。

其中，环境试验系统包括腐蚀试验介质发生器，在腐蚀试验介质发生器上设置悬臂式试验箱9，悬臂式试验箱9伸入上部水平柱体3与下部水平柱体13之间并使卧式动态疲劳试验机的疲劳试验区域位于悬臂式试验箱9中部，且悬臂式试验箱9的箱面与上部水平柱体3和下部水平柱体13均留有间距。

本实施例中，腐蚀试验介质发生器是指能够产生所需试验环境气氛（温度、湿度、盐雾浓度）的设备。卧式动态疲劳试验机的疲劳试验区域是指试验夹具8和试验样品所在的三维空间，环境试验系统的环境试验区域内是指悬臂式试验箱9的内腔。

本实施例中，悬臂式试验箱9的有效试验空间为1000 mm *1000 mm *1000 mm，悬臂式试验箱9顶部和底部的四个角设计为圆弧状，其外壁材质为厚度1.5 mm的静电喷塑冷轧钢板，其内壁材质为厚度1.0 mm的高强度耐腐蚀性SUS316L不锈钢，悬臂式试验箱9内壁的保温材料选用硬质阻燃聚氨酯发泡剂，保温层厚度为100 mm，悬臂式试验箱9的进出门与箱体之间采用耐盐雾腐蚀硅橡胶条密封；悬臂式试验箱9上还设置有观察窗，并在箱内设有照明灯。

本实施例中，试验箱侧壁上的孔是指悬臂式试验箱9左右两侧壁上的两个同水平轴线布置的孔，孔中心位置距地面约1100mm，在机架加工阶段，采用一刀加工这两个孔保证其同轴度。

本实施例中，腐蚀试验介质发生器采用矩形箱体4结构，悬臂式试验箱9的其中一侧壁贴壁固定在矩形箱体4一侧壁，产生的腐蚀试验介质通过风管送入悬臂式试验箱9内。其中，盐雾发生器、除湿器和加热器都设置在矩形箱体4内，所有暴露在盐雾中的部件（如蒸发器，加热器，加湿器，箱体内胆）均使用SUS316L不锈钢或钛合金制得，盐雾发生器产生的盐雾可通过压缩空气喷雾的方式将盐雾引入风管中，也可以通过盐溶液加热自然蒸发方式将盐雾引入风管中，悬臂式试验箱9内的试验温湿度可通过控制除湿器、加热器、加湿器的功率来实现。试验过程中，产生的腐蚀试验介质（盐雾）通过风管从夹具轴线14下方水平送入悬臂式试验箱9内，水平送入是指风管水平布置，风管的出口位于夹具轴线14下方的悬臂式试验箱9内壁。

本实施例中，试验控制系统16用于实时采集疲劳试验系统和环境试验系统的相关参数，并通过环境试验控制软件在Windows环境下运行，完成试验条件、试样参数的设置和试验数据处理。动态疲劳试验系统采用德国doli580 控制器，全程进行全数字化闭环控制和高速数据采集。试验控制系统16的力传感器10用于测出负载力，将信号反馈给放大器和指令信号比较，形成闭环回路，实现系统控制。

Claims (4)

1.一种用于飞机吊挂结构的环境试验装置，包括疲劳试验系统、环境试验系统和试验控制系统，试验控制系统分别连接疲劳试验系统和环境试验系统；其特征在于：疲劳试验系统采用卧式动态疲劳试验机，卧式动态疲劳试验机的疲劳试验区域内置于环境试验系统的环境试验区域内，卧式动态疲劳试验机的主体结构位于环境试验区域外，在环境试验系统的试验箱两对侧壁上分别设置有同轴线布置的孔，卧式动态疲劳试验机的两个夹具连杆（7）各自穿过对应的孔后伸入环境试验区域内，且孔的直径大于夹具连杆（7）外径，并在孔处设置有弹性密封件实现夹具连杆（7）与试验箱的软连接和密封连接；卧式动态疲劳试验机包括立式布置的作动器支撑架（11）和反力支撑架（12），作动器支撑架（11）上设置作动器（1），作动器（1）连接试验夹具（8），作动器支撑架（11）与反力支撑架（12）通过上下间隔布置的水平柱体固定连接，卧式动态疲劳试验机的疲劳试验区域和环境试验系统的环境试验区域同时位于上部水平柱体（3）与下部水平柱体（13）之间；环境试验系统包括腐蚀试验介质发生器，在腐蚀试验介质发生器上设置有悬臂式试验箱（9），悬臂式试验箱（9）伸入上部水平柱体（3）与下部水平柱体（13）之间并使卧式动态疲劳试验机的疲劳试验区域位于悬臂式试验箱（9）中部，且悬臂式试验箱（9）的箱面与上部水平柱体（3）和下部水平柱体（13）均留有间距，疲劳试验系统的试验夹具（8）还包括至少两套可拆卸地螺母（81）和钛合金螺杆（82），且钛合金螺杆（82）与螺母（81）交替配合并串联连接，且首根钛合金螺杆（82）可直接连接试验夹具（8）的夹头（83）；试验时，部分或者全部钛合金螺杆（82）替换成飞机吊挂结构样品（20）；两个夹头位于同一水平轴线上，产生的腐蚀试验介质通过风管从夹具轴线（14）下方水平送入悬臂式试验箱内，风管的出口位于夹具轴线（14）下方的悬臂式试验箱（9）内壁。

2.根据权利要求1所述的环境试验装置，其特征在于：腐蚀试验介质发生器采用矩形箱体（4）结构，悬臂式试验箱（9）的其中一侧壁贴壁固定在矩形箱体（4）一侧壁，产生的腐蚀试验介质通过风管送入悬臂式试验箱（9）内。

3.根据权利要求2所述的环境试验装置，其特征在于：卧式动态疲劳试验机的作动器（1）采用横置电液伺服作动器，在作动器（1）振幅极限位置设有液压缓冲区；卧式动态疲劳试验机的力传感器（10）采用疲劳大量程轮辐式负荷传感器，力传感器（10）位于作动器（1）正对侧的反力支撑架（12）外侧。

4.根据权利要求3所述的环境试验装置，其特征在于：作动器支撑架（11）与反力支撑架（12）之间的距离为1600±100mm，作动器支撑架（11）与反力支撑架（12）之间的拉杆内部静间距为1300mm，试验夹具（8）轴线距地面1100±100 mm。

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