CN112706945A - 一种气动载荷加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于气动载荷结构试验技术领域，公开了一种气动载荷加载方法。包括：S1，对翼面表面进行网格划分并对网格进行编号，获取翼面气动载荷分布状态；S2，根据所述气动载荷分布状态缝制砂袋，所述砂袋上设置有多个口袋，对每个口袋设置与翼面对应位置相同的编号；S3，根据翼面气动载荷分布状态，为砂袋上对应位置的口袋装载质量块；S4，将砂袋按照对应载荷分布放置在翼面上模拟气动载荷加载，实现低成本完美替代小沙袋，更真实地模拟气动载荷。

Description

一种气动载荷加载方法

技术领域

本发明属于气动载荷结构试验技术领域，尤其涉及一种气动载荷加载方法。

背景技术

航空工业出版社《飞机设计手册》第9册2001.12，第331页的气动网点载荷向有限元节点的转换一节提出了多点排的转换方案，并且表明可以编制标准计算机软件，可以实现集中载荷或气动分布载荷向有限元节点的合理转换。

现有常见的翼面气动载荷施加方法为在翼面外表面加小沙袋等质量块进行加载。此种加载方法现采用小沙袋加载，需要一块一块的加，人工加载时间较长，载荷不稳定，加载时各框载荷不均匀，翼面上气动载荷的方向与实际情况贴合度不高，人工加载时沙袋对翼面的冲击作用控制不稳定。

还有一种翼面气动载荷施加方法为在翼面外表面粘贴加载帘布，通过杠杆连接后通过协调加载系统进行加载。此种加载方法要求的加载帘布数量众多，对帘布的粘贴工艺和杠杆的布置水平要求较高，帘布的粘贴为点阵式模拟气动载荷，成本较高。

在专利CN105444999B《一种适用于小型无人机长直机翼的静力测试加载方法》中，提出了一种利用绑带构成外载荷传递框架，将挂载的沙袋重量转化为飞机机翼的结构载荷的方法。

低速飞行器的机翼或尾翼等翼面结构的蒙皮往往采用特制的尼龙或平纹稠等刚度比金属小的材料，在采用以上3种加载方法时载荷模拟的精度较差。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种气动载荷加载方法，提高软式蒙皮翼面结构试验时模拟气动载荷加载的精度，改善小沙袋加载时出现的各框载荷不均匀，方向与实际情况贴合度不高的情况，实现低成本完美替代小沙袋，更真实地模拟气动载荷。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种气动载荷加载方法，所述方法包括：

S1，对翼面表面进行网格划分并对网格进行编号，获取翼面气动载荷分布状态；

S2，根据所述气动载荷分布状态缝制砂袋，所述砂袋上设置有多个口袋，对每个口袋设置与翼面对应位置相同的编号；

S3，根据翼面气动载荷分布状态，为砂袋上对应位置的口袋装载质量块；

S4，将砂袋按照对应载荷分布放置在翼面上模拟气动载荷加载。

本发明技术方案的特点和进一步的改进为：

(1)S1中，获取翼面气动载荷分布状态具体为：将翼面气动载荷等效转换为每个网格内形心处的集中载荷。

(2)S2中，所述砂袋由软材料缝制，所述砂袋上通过缝合线分隔出多个口袋，每个口袋不相通，呈肋骨形结构，所述砂袋两侧设置有提手。

(3)每个口袋上设置有装载口及封口结构，每个口袋表面设置有唯一标识该口袋的标识物。

(4)所述标识物为二维码、NFC卡或者编号。

(5)S4中，采用机械臂抓手将砂袋按照对应载荷分布放置在翼面上模拟气动载荷加载。

(6)所述机械臂抓手的中心位置上端设置有抓手接口，所述机械臂抓手的中心位置下端设置有NFC识别器或二维码摄像头，所述机械臂抓手两端分别设置有液压伸缩杆；在每个液压伸缩杆端头设置有向下的距离探头和自适应转向球铰链，所述自适应转向球铰链和夹子相连。

(7)S4具体为：通过NFC识别器或二维码识别摄像头识别砂袋每个口袋上的NFC卡、二维码或者编号进行识别以实现砂袋位置与翼面位置的一一对应关系；

当砂袋位置与翼面网格编号相符时，所述机械臂抓手的夹子夹取砂袋两端的提手至指定翼面框内，通过距离探头获取砂袋与翼面的距离，当砂袋达到指定距离后降低下放速度，直到接触翼面后放开夹子和液压伸缩杆，完成翼面上模拟气动载荷的加载。

本发明技术方案提出了一种气动载荷加载方法，将加载对象水平放置，将袋子放置在指定位置即可实现重力加载以模拟气动载荷。可将集中力或分布力形式的气动载荷通过载荷多点排等方法等效转换成多个点处的集中载荷，每个点位载荷通过颗粒物袋内重量实现。

本发明的优点是：1)载荷模拟好，相较于以前的小沙袋加载方式，此加载物可以完全覆盖翼面，且可随翼面产生形变，能保持和翼面的紧密贴合，多重分块的加载物更能模拟于真实的气动载荷，加载载荷分布更均匀，可控性更好；2)试验成本低，该加载物生产成本低廉、操作难度低，按照预先设计的载荷装入颗粒物或颗粒物袋组合即可，运输、储存成本低，实施起来快捷、简便，且可重复利用；3)安全性更好，加载效率更高，采用含机械臂抓手模块的机械臂自动加载的方法加载时，安全性更高，加载效率更高，对加载物对翼面的冲击更小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的框架式翼面载荷加载示意图；

图2为本发明实施例提供的单个装载口袋密封示意图；

图3为本发明实施例提供的机械臂抓手结构示意图；

其中，1-翼面、2-分布式装载口袋、3-缝合线、4-连接位、5-提手、6-魔术贴、7-拉链、8-二维码或NFC卡、9-编号标识、10-抓手接口、11-NFC识别器或二维码摄像头、12-液压伸缩杆、13-距离探头、14-自适应转向球铰链、15-夹子。

具体实施方式

本发明实施例提供一种气动载荷加载物，所述加载物为分布式装载口袋，其内装铁砂等颗粒物状的质量体，由尼龙布等软材料缝制，可通过自重为翼面加载气动载荷。

具体的，

该砂袋具有分布式口袋，通过缝合或强力胶粘等方式将砂袋分隔成多个小口袋，每个口袋不相通，呈肋骨形结构。口袋的数量为2个以上，根据实际需要可以灵活设计；口袋的形状不局限于四边形，根据框架的大小和形状亦可设计为其它多边形；

砂袋两侧具有带连接口的提手，提手用于人工搬运或机械抓手装夹，连接口用于组合。连接口不局限于魔术贴，也涵盖纽扣、按扣等其它结构形式。

每个口袋有独立的装载口，装载口带单个或多重封口。封口的形式不局限于拉链和魔术贴，也涵盖纽扣、按扣以及隐形拉链等；

单个砂袋的口袋内装载的质量块也不局限于铁砂，也可使用标准砝码、细沙、水袋等其它质量块；

砂袋由软材料缝制，使砂袋平铺后能产生变形保持与翼面表面的紧密贴合。除了布(例如尼龙)之外，还可以根据实际需要选用其它软材料(如塑料薄膜等)。

本发明技术方案还提出了一种气动载荷加载方法。该方法采用小型吊车或旋转机械臂按预定程序进行加载物的载荷施加。

具体的：

采用小型吊车或旋转机械臂按预定程序进行加载物的载荷施加；

机械臂上的抓手模块设置有NFC识别器或二维码摄像头对加载物的NFC卡或二维码进行比对以实现一一对应关系；

机械臂抓手模块设置有两端的液压伸缩杆；

机械臂抓手模块的液压伸缩杆两端设置有光学反射或超声波反射式的距离探头，当加载时，与翼面的距离小于一个用户自行设定的门槛值时，降低下放速度以减小加载时对翼面的冲击；

液压伸缩杆两端设置有自适应转向球铰链和可控开合的夹子。

实施例一：

如图1所示，将翼面1上需要加载的区域按格框或其他自主的方式划分成的框，对每个框标号，将集中力或分布力形式的翼面1气动载荷通过载荷多点排等方法等效转换成每个框内形心处的集中载荷，作为每个格框区域上对应的加载物大小与目标质量，利用加载物的重力对1翼面进行加载。

分布式装载口袋2通过缝合线3分割成多个小区域，每个小区域作为图2所示单个装载口袋进行装载，打开魔术贴6和拉链7后，装入一定重量的颗粒物，按照每个编号装载至其目标质量，然后通过拉链7和魔术贴6进行密封。

将翼面1水平放置。采用多个小型吊车或自动控制的旋转机械臂依序抓取，其中机械臂抓手为撑开装夹式，可实现完整平铺。机械臂抓手由抓手接口10与机械臂本体相连，下部设置NFC识别器或二维码识别摄像头11，抓手左右设计有可伸缩的液压伸缩杆12，液压伸缩杆12端头设置有向下的距离探头13和可控方向转向球铰链14，可控方向转向球铰链14与夹子15相连，使用时，通过NFC识别器或二维码识别摄像头11识别分布式装载口袋2上的NFC卡或二维码8进行识别以实现一一对应关系，当目标分布式装载口袋2标识与设定程序所需标识相符时，夹子15夹取目标分布式装载口袋2两端的提手5至预先设定好路径的指定翼面框内，通过距离探头13(光学反射或超声波反射式)查看与翼面的距离，达到指定距离后再降低下放速度以降低对翼面的冲击作用，然后放开夹子15和液压伸缩杆12，然后施加一个分布式装载口袋2直至全部加载完毕。

实施例二：

将翼面1上需要加载的区域按格框或其他自主的方式划分成的框，对每个框标号，将集中力或分布力形式的翼面1气动载荷通过载荷多点排等方法等效转换成每个框内形心处的集中载荷，作为每个格框区域上对应的加载物大小与目标质量，利用加载物的重力对1翼面进行加载。

分布式装载口袋2通过缝合线3分割成多个小区域，每个小区域作为图2所示单个装载口袋进行装载，打开魔术贴6和拉链7后，装入一定重量的颗粒物，按照每个编号装载至其目标质量，然后通过拉链7和魔术贴6进行密封。

将翼面1水平放置，并通过分布式装载口袋2两侧的提手5上的连接位4如魔术贴或按扣等方式将同排的分布式装载口袋2组合，通过人工将每个分布式装载口袋2在其编号对应的区域内平铺。分布式装载口袋2依序全部放置后即完成翼面1的模拟气动载荷加载。

本发明技术方案提出了一种气动载荷加载方法，将加载对象水平放置，将袋子放置在指定位置即可实现重力加载以模拟气动载荷。可将集中力或分布力形式的气动载荷通过载荷多点排等方法等效转换成多个点处的集中载荷，每个点位载荷通过颗粒物袋内重量实现。

本发明技术方案砂袋的两侧或者四周缝合形成带状提手，砂袋材料表面具备一定的粗糙度，从而可以在堆叠在翼面上之后不滑动，砂袋通过中间缝合分隔出多个口袋，每个口袋可开口，可往口袋内放铁砂、黄沙、谷物等颗粒状物体，每个口袋一端设置有拉链或者魔术贴，或者两者的组合，便于对内部重量进行调整。

口袋为缝合出的长条状口袋，在每个长条状口袋的端头设置拉链或者魔术贴，将砂等颗粒物放置在长条状布袋或者薄膜袋中，再将长条状布袋或者薄膜袋塞进大的长条袋中，形成类似肋骨的结构，上述薄膜袋中可注水或者其他液体后密封，特别是软式翼面，如硬式骨架蒙布后形成的翼面或者充气翼面。

本发明的优点是：1)载荷模拟好，相较于以前的小沙袋加载方式，此加载物可以完全覆盖翼面，且可随翼面产生形变，能保持和翼面的紧密贴合，多重分块的加载物更能模拟于真实的气动载荷，加载载荷分布更均匀，可控性更好；2)试验成本低，该加载物生产成本低廉、操作难度低，按照预先设计的载荷装入颗粒物或颗粒物袋组合即可，运输、储存成本低，实施起来快捷、简便，且可重复利用；3)安全性更好，加载效率更高，采用含机械臂抓手模块的机械臂自动加载的方法加载时，安全性更高，加载效率更高，对加载物对翼面的冲击更小。

Claims (8)

1.一种气动载荷加载方法，其特征在于，所述方法包括：

S1，对翼面表面进行网格划分并对网格进行编号，获取翼面气动载荷分布状态；

S2，根据所述气动载荷分布状态缝制砂袋，所述砂袋上设置有多个口袋，对每个口袋设置与翼面对应位置相同的编号；

S3，根据翼面气动载荷分布状态，为砂袋上对应位置的口袋装载质量块；

S4，将砂袋按照对应载荷分布放置在翼面上模拟气动载荷加载。

2.根据权利要求1所述一种气动载荷加载方法，其特征在于，S1中，获取翼面气动载荷分布状态具体为：将翼面气动载荷等效转换为每个网格内形心处的集中载荷。

3.根据权利要求1所述一种气动载荷加载方法，其特征在于，S2中，所述砂袋由软材料缝制，所述砂袋上通过缝合线分隔出多个口袋，每个口袋不相通，呈肋骨形结构，所述砂袋两侧或者四周缝合形成带状提手。

4.根据权利要求3所述的一种气动载荷加载方法，其特征在于，每个口袋上设置有装载口及封口结构，每个口袋表面设置有唯一标识该口袋的标识物。

5.根据权利要求3所述的一种气动载荷加载方法，其特征在于，所述标识物为二维码、NFC卡或者编号。

6.根据权利要求1所述的一种气动载荷加载方法，其特征在于，S4中，采用机械臂抓手将砂袋按照对应载荷分布放置在翼面上模拟气动载荷加载。

7.根据权利要求6所述的一种气动载荷加载方法，其特征在于，所述机械臂抓手的中心位置上端设置有抓手接口，所述机械臂抓手的中心位置下端设置有NFC识别器或二维码摄像头，所述机械臂抓手两端分别设置有液压伸缩杆；在每个液压伸缩杆端头设置有向下的距离探头和自适应转向球铰链，所述自适应转向球铰链和夹子相连。

8.根据权利要求7所述的一种气动载荷加载方法，其特征在于，S4具体为：通过NFC识别器或二维码识别摄像头识别砂袋每个口袋上的NFC卡、二维码或者编号进行识别以实现砂袋位置与翼面位置的一一对应关系；

当砂袋位置与翼面网格编号相符时，所述机械臂抓手的夹子夹取砂袋两端的提手至指定翼面框内，通过距离探头获取砂袋与翼面的距离，当砂袋达到指定距离后降低下放速度，直到接触翼面后放开夹子和液压伸缩杆，完成翼面上模拟气动载荷的加载。

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