CN112611538A - 一种针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于风洞试验领域，特别涉及一种针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法。包括：采用金属梁架制作飞机承力构件，生成第一颤振风洞模型，并对第一颤振风洞模型进行第一次地面共振试验；在第一颤振风洞模型上粘贴配重块，生成第二颤振风洞模型，并对第二颤振风洞模型进行第二次地面共振试验；在第二颤振风洞模型上安装辅件，内埋传感器，以及粘贴泡沫填充物；获取复合材料蒙皮试验件，并对复合材料蒙皮试验件进行材料拉伸试验以及复合材料蒙皮试验件共振试验；在模具内铺设复合材料蒙皮，并将第二颤振风洞模型置入复合材料蒙皮中进行中温固化，生成第三颤振风洞模型，并对第三颤振风洞模型进行第三次地面共振试验。

Description

一种针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法
技术领域
本申请属于风洞试验领域，特别涉及一种针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法。
背景技术
跨音速颤振模型试验是在跨音速范围内证实飞机的设计颤振特性和颤振速度余量的一个有效手段。试验可以用来验证和修正在飞机颤振计算中使用的颤振计算方法以及跨音速非定常空气动力。而跨音速颤振模型的设计重点则是对真实飞机结构动力学特性的准确模拟。结构动力学特性是否按比例相似取决于质量分布及刚度分布。由于跨音速模型由铝合金金属梁架、复合材料蒙皮和泡沫填充物组成，需经多次中温固化工艺进行粘接，加工复杂。如何减少加工过程带来的偏差，保证模型实物结构动力学特性与设计一致是当前跨音速颤振风洞模型设计面临的一大难题。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，包括：
步骤一、采用金属梁架制作飞机承力构件，生成第一颤振风洞模型，并对所述第一颤振风洞模型进行第一次地面共振试验；
步骤二、在所述第一颤振风洞模型上粘贴配重块，生成第二颤振风洞模型，并对所述第二颤振风洞模型进行第二次地面共振试验；
步骤三、在所述第二颤振风洞模型上安装辅件，内埋传感器，以及粘贴泡沫填充物；
步骤四、获取复合材料蒙皮试验件，并对所述复合材料蒙皮试验件进行材料拉伸试验以及复合材料蒙皮试验件共振试验；
步骤五、在模具内铺设复合材料蒙皮，并将所述第二颤振风洞模型置入所述复合材料蒙皮中进行中温固化，生成第三颤振风洞模型，并对所述第三颤振风洞模型进行第三次地面共振试验。
可选地，步骤一中，所述飞机承力构件包括机身承力结构、机翼以及平尾假件。
可选地，还包括步骤六、获取所述机身承力结构的第三颤振风洞模型、所述机翼的第三颤振风洞模型以及所述平尾假件的第三颤振风洞模型，将三个第三颤振风洞模型进行装配，生成飞机颤振风洞模型，并对所述飞机颤振风洞模型进行第四次地面共振试验。
可选地，步骤一中，在对所述第一颤振风洞模型进行第一次地面共振试验之前还包括：
对所述第一颤振风洞模型各个位置进行截面尺寸检验，并对所述第一颤振风洞模型进行称重。
可选地，步骤二中，在所述第一颤振风洞模型上粘贴配重块时，通过对粘接用胶容器使用前后的反复称重，实时监控粘接剂用量，进而控制所述第二颤振风洞模型的重量。
可选地，步骤三中，在所述第二颤振风洞模型上粘贴泡沫填充物时，通过对粘接用胶容器使用前后的反复称重，实时监控粘接剂用量，进而控制所述第二颤振风洞模型的重量。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，通过在模型加工的不同阶段综合运用多种控制手段，减少模型加工环节带来的误差，实现跨音速颤振风洞模型结构动力学特性的精确模拟。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法流程图；
图2是本申请一个实施方式的对机翼进行颤振风洞模型加工示意图；
图3是本申请一个实施方式的对机翼的第一颤振风洞模型进行第一次地面共振试验示意图；
图4是本申请一个实施方式的对机翼的第二颤振风洞模型进行第二次地面共振试验示意图；
图5是本申请一个实施方式的复合材料蒙皮试验件示意图；
图6是本申请一个实施方式的对机翼的第三颤振风洞模型进行第三次地面共振试验示意图。
其中：
1-金属梁架；2-配重块；3-传感器；4-泡沫填充物；5-机翼复合材料蒙皮；6-共振试验支座；7-第一颤振风洞模型；8-第二颤振风洞模型；9-蒙皮测试台；10-复合材料蒙皮试验件；11-第三颤振风洞模型。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图6对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，包括以下步骤：
步骤一、采用金属梁架制作飞机承力构件，生成第一颤振风洞模型，并对第一颤振风洞模型进行第一次地面共振试验；
步骤二、在第一颤振风洞模型上粘贴配重块，生成第二颤振风洞模型，并对第二颤振风洞模型进行第二次地面共振试验；
步骤三、在第二颤振风洞模型上安装辅件，内埋传感器，以及粘贴泡沫填充物；
步骤四、获取复合材料蒙皮试验件，并对复合材料蒙皮试验件进行材料拉伸试验以及复合材料蒙皮试验件共振试验；
步骤五、在模具内铺设复合材料蒙皮，并将第二颤振风洞模型置入复合材料蒙皮中进行中温固化，生成第三颤振风洞模型，并对第三颤振风洞模型进行第三次地面共振试验。
跨音速颤振风洞模型一般由机身承力结构、附加维形、机翼、垂尾假件、平尾假件、外挂物金属模型及挂架等部件组成。其中需要模拟刚度分布的部件有机身承力结构、机翼、平尾假件三个部件。本申请的针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，机身承力结构、机翼以及平尾假件的跨音速颤振风洞模型包括铝合金金属梁架、泡沫填充物以及复合材料蒙皮，其中，铝合金金属梁架作为主承力结构，使用泡沫填充物进行结构填充，模型表面使用复合材料蒙皮进行维形并提供部分刚度。本申请中，梁架依据真实飞机承力构件进行设计，按照刚度等代的原则，折算出模型的梁架刚度，扣除部分由复合材料蒙皮提供的刚度后，以缩比频率和模态为基准，适当调整梁架截面尺寸，使模型与飞机结构动力学动力学相似。质量分布则通过在相应位置添加配重块调整模型的重量分布。
本申请的针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，首先采用金属梁架加工机身承力结构、机翼以及平尾假件，加工完成后，对金属梁架各个位置截面尺寸检验合格并称重后，对第一颤振风洞模型进行第一次地面共振试验，测试金属梁架频率并比较与设计值之间的差距，用以检验金属梁架材料属性与设计要求是否相符，其中，金属梁架频率与设计值差距不大于5％认为符合设计要求。
在第一次地面共振试验测试合格后，按照模型配重方案并结合金属梁架的称重结果，对第一颤振风洞模型进行配重，在适当位置粘贴配重块，生成第二颤振风洞模型，并对第二颤振风洞模型进行第二次进行地面共振试验，测试此状态下的模型模态频率和振型，验证是否满足设计要求，其中，模型频率与设计值差距不大于5％认为符合设计要求。有利的是，在第一颤振风洞模型上粘贴配重块时，通过对粘接用胶容器使用前后的反复称重，实时监控粘接剂用量，进而控制第二颤振风洞模型的重量。
在完成第二次地面共振试验后，在第二颤振风洞模型安装相应的辅件，内埋传感器，并进行泡沫填充物的粘贴加工，形成模型芯材。在第二颤振风洞模型上粘贴泡沫填充物时，通过对粘接用胶容器使用前后的反复称重，实时监控粘接剂用量，进而控制第二颤振风洞模型的重量。
进一步，由于复合材料蒙皮的加工与模型芯材在中温固化加工中一次性完成，为了保证加工出的模型复合材料蒙皮刚度指标与设计相符，在下一步加工之前，对复合材料蒙皮试验件进行材料拉伸试验以及复合材料蒙皮试验件共振试验，通过测试试验件频率，验证复合材料蒙皮相关属性与设计的一致性。
在完成复合材料蒙皮试验件测试后，确定复合材料蒙皮铺层选择以及顺序后，在模具内完成复合材料蒙皮的铺设并置入模型芯材进行中温固化，生成第三颤振风洞模型，同时在中温固化前后分别测量模型重量实现模型的重量监控。对完成加工的第三颤振风洞模型进行第三次地面共振试验，测试模型的模态频率和振型，验证与设计值的一致性。
本申请的针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，在模型通过第三次地面共振试验检测后，分别获取机身承力结构的第三颤振风洞模型、机翼的第三颤振风洞模型以及平尾假件的第三颤振风洞模型，将三个第三颤振风洞模型进行装配，生成飞机颤振风洞模型，并对飞机颤振风洞模型进行第四次地面共振试验，测试模型主要模态的频率和振型是否满足设计要求。
在本申请的一个实施方式中，如图2所示，给出了一种对机翼进行颤振风洞模型加工的示意图。其中，通过铝合金金属梁架1作为主承力结构，在机翼的金属梁架1相应位置上粘贴配重块2进行配重，以及安装辅件，内埋传感器3，传感器3为内埋式振动加速度传感器，泡沫填充物4以及机翼复合材料蒙皮5均为机翼相适配的构型。图3为对机翼的第一颤振风洞模型7进行第一次地面共振试验示意图，其中，第一颤振风洞模型7的一端固定在共振试验支座6上，共振试验支座6通过螺栓固定在试验台的刚硬支持基座上，第一颤振风洞模型7的另一端布置有多个共振试验振动加速度传感器测量点。图4为对机翼的第二颤振风洞模型8进行第二次地面共振试验示意图，其中，第二颤振风洞模型8的一端固定在共振试验支座6上，共振试验支座6通过螺栓固定在试验台的刚硬支持基座上，第二颤振风洞模型8的另一端布置有多个共振试验振动加速度传感器测量点。图5为复合材料蒙皮试验件示意图，其中，通过蒙皮测试台9实现对复合材料蒙皮试验件10的测试，蒙皮测试台9的一端通过螺栓固定在试验台的刚硬支持基座上，在蒙皮测试台9的金属框中填充泡沫填充物4，然后在蒙皮测试台9上下两个面上设置复合材料蒙皮试验件10完成测试。图6为对机翼的第三颤振风洞模型进行第三次地面共振试验示意图，其中，第三颤振风洞模型11的一端固定在共振试验支座6上，共振试验支座6通过螺栓固定在试验台的刚硬支持基座上，第三颤振风洞模型11的另一端布置有多个共振试验振动加速度传感器测量点。
本申请的针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，通过飞机部件金属梁架加工，粘贴配重，安装辅件、内埋传感器，粘贴泡沫填充物，复合材料蒙皮铺设及与模型芯材一次中温固化成型，实现对跨音速颤振风洞模型的加工。本申请通过在模型加工的不同阶段综合运用多种控制手段，减少模型加工环节带来的误差，实现跨音速颤振风洞模型结构动力学特性的精确模拟。
本申请的针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，基于模型加工过程，将控制结构动力学特性的设计参数分解并独立在不同的加工步骤中，利用多种检测手段进行实时跟踪监控，并及时进行调整、修正，减少模型加工环节带来的误差，实现跨音速颤振风洞模型结构动力学特性的精确模拟，模型主要模态的频率、振型及阻尼均满足设计要求且远远优于以往未应用此控制方法制造的模型。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，其特征在于，包括：
步骤一、采用金属梁架制作飞机承力构件，生成第一颤振风洞模型，并对所述第一颤振风洞模型进行第一次地面共振试验；
步骤二、在所述第一颤振风洞模型上粘贴配重块，生成第二颤振风洞模型，并对所述第二颤振风洞模型进行第二次地面共振试验；
步骤三、在所述第二颤振风洞模型上安装辅件，内埋传感器，以及粘贴泡沫填充物；
步骤四、获取复合材料蒙皮试验件，并对所述复合材料蒙皮试验件进行材料拉伸试验以及复合材料蒙皮试验件共振试验；
步骤五、在模具内铺设复合材料蒙皮，并将所述第二颤振风洞模型置入所述复合材料蒙皮中进行中温固化，生成第三颤振风洞模型，并对所述第三颤振风洞模型进行第三次地面共振试验。
2.根据权利要求1所述的针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，其特征在于，步骤一中，所述飞机承力构件包括机身承力结构、机翼以及平尾假件。
3.根据权利要求2所述的针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，其特征在于，还包括步骤六、获取所述机身承力结构的第三颤振风洞模型、所述机翼的第三颤振风洞模型以及所述平尾假件的第三颤振风洞模型，将三个第三颤振风洞模型进行装配，生成飞机颤振风洞模型，并对所述飞机颤振风洞模型进行第四次地面共振试验。
4.根据权利要求1所述的针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，其特征在于，步骤一中，在对所述第一颤振风洞模型进行第一次地面共振试验之前还包括：
对所述第一颤振风洞模型各个位置进行截面尺寸检验，并对所述第一颤振风洞模型进行称重。
5.根据权利要求4所述的针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，其特征在于，步骤二中，在所述第一颤振风洞模型上粘贴配重块时，通过对粘接用胶容器使用前后的反复称重，实时监控粘接剂用量，进而控制所述第二颤振风洞模型的重量。
6.根据权利要求5所述的针对跨音速颤振风洞模型加工的设计参数控制方法，其特征在于，步骤三中，在所述第二颤振风洞模型上粘贴泡沫填充物时，通过对粘接用胶容器使用前后的反复称重，实时监控粘接剂用量，进而控制所述第二颤振风洞模型的重量。
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