CN113390625B - 一种前缘弯曲试验工装及方法 - Google Patents

Abstract

一种前缘弯曲试验工装及方法，包括：支撑组件、加载端头（7）、肋型板（10）和弯曲载荷传递机构；弯曲载荷传递机构安装在支撑组件上，两块肋型板（10）竖直安装在弯曲载荷传递机构的两侧，待测的前缘结构（11）固定安装在两块肋型板（10）的前部；加载端头（7）用于驱动弯曲载荷传递机构使肋型板（10）上部或下部压缩，从而弯曲待测的前缘结构（11）。本发明可以真实模拟飞机前缘的受力情况，考核前缘的弯曲性能，保证前缘结构的安全性和有效性。

Description

一种前缘弯曲试验工装及方法

技术领域

本发明属于飞行器结构技术领域，特别是一种前缘弯曲试验工装及方法。

背景技术

轻质无人机采用超薄前缘，与翼肋连接，形成完整的翼段骨架。根据无人机翼型的特点，前缘结构具有大曲率的特征，且沿着翼展方向不断变化。

传统的前缘多采用根据两端曲面形状设计夹具，在拉压试验机或通过作动筒进行拉伸及压缩试验，通过拉伸及压缩性能来等效评估前缘弯曲性能。采用这种方法有以下几个不足： 1）试验结果不直观，试验数据需进行等效处理，试验现象与真实工况不符； 2）通用性差，针对不同的前缘结构需重新进行夹具设计。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种前缘弯曲试验工装及方法，可以真实模拟飞机前缘的受力情况，考核前缘的弯曲性能，保证前缘结构的安全性和有效性。此外，通过更改试验工装的一个零件即可适用于不同形状的前缘，试验工装的通用性好。

本发明的技术解决方案是：

一种前缘弯曲试验工装，包括：支撑组件、加载端头、肋型板和弯曲载荷传递机构；

弯曲载荷传递机构安装在支撑组件上，两块肋型板竖直安装在弯曲载荷传递机构的两侧，待测的前缘结构固定安装在两块肋型板的前部；

加载端头用于驱动弯曲载荷传递机构使肋型板上部或下部向内压缩，从而弯曲待测的前缘结构。

可选地，所述支撑组件包括：支撑底座和支撑立柱；

支撑立柱固定安装在支撑底座上。

可选地，所述弯曲载荷传递机构包括：支撑横板，支撑竖板，长旋转杆，短旋转杆和旋转杆支柱；

旋转杆支柱固定安装在支撑立柱的中部，支撑横板的中心位置固定安装在支撑立柱的自由端上；

支撑横板的两端分别固定安装有一块支撑竖板，每块支撑竖板上分别固定安装有一块肋型板；

支撑竖板能够以支撑横板的自由端为铰点转动；

短旋转杆套装在旋转杆支柱上；试验加载时，将加载端头安装在短旋转杆上，加载端头用于驱动短旋转杆绕旋转杆支柱转动；

支撑立柱的两侧分别设置有一根长旋转杆，长旋转杆的一端连接短旋转杆的自由端，长旋转杆的另一端连接支撑竖板；短旋转杆的两个自由端分别连接有一个长旋转杆。

可选地，长旋转杆与短旋转杆之间铰接；支撑竖板与支撑横板之间铰接；支撑竖板与长旋转杆之间铰接。

可选地，初始装配状态，短旋转杆沿竖直方向设置，两支撑竖板互相平行。

可选地，所述加载端头的一侧加工有截面为矩形的贯穿槽，贯穿槽的底部加工有沉孔，加载端头的另一侧加工有六面体结构。

可选地，所述六面体结构与力矩扳手配合。

可选地，短旋转杆中心开有通孔，旋转杆支柱的端面开有螺纹孔，短旋转杆与旋转杆支柱之间通过螺栓连接；

所述沉孔用于避开短旋转杆和旋转杆支柱连接的螺栓，并起到定位作用。

可选地，所述贯穿槽与短旋转杆配合。

可选地，支撑横板的长度等于待测的前缘结构对应飞机的肋间距。

可选地，肋型板的形状根据待测的前缘结构的形状确定。

一种利用上述的一种前缘弯曲试验工装，进行前缘弯曲强度试验的方法，包括步骤如下：

1）将待测的前缘结构粘接在肋型板上；

2）采用力矩扳手作为施加载荷的输入，根据载荷要求，将力矩扳手调整至测试要求力矩；

3）将加载端头放置在短旋转杆上，将调好的力矩扳手套入加载端头六面体结构一侧，进行加载；

4）当听到力矩扳手发出响声后，则加载至测试要求力矩，观察前缘结构是否发生破坏；

5）若前缘发生破坏，说明该前缘结构不满足弯曲强度要求；若前缘结构未发生破坏，则继续加载至前缘结构破坏，得到前缘结构的弯曲极限强度。

一种利用上述的一种前缘弯曲试验工装，进行前缘弯曲刚度试验的方法，包括步骤如下：

1）在待测的前缘结构上粘接应变片，用于进行应变测量；

2）在待测的前缘结构下方放置激光位移传感器或拉线位移传感器，用于进行变形测量；

3）将待测的前缘结构粘接在肋型板上；

4）采用力矩扳手作为施加载荷的输入，根据载荷要求，将力矩扳手调整至测试要求力矩；

5）将加载端头放置在短旋转杆上，将调好的力矩扳手套入加载端头六面体结构一侧，进行加载；

6）当听到力矩扳手发出响声后，证明已加载至测试要求力矩，观察前缘结构是否发生破坏，并记录此时的应变、位移数据。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1）本发明采用特殊的旋转机构，设计了一种可以真实模拟前缘受载情况的加载方式，可以直接对前缘施加弯曲载荷，同时考核前缘上半部分受压、下半部分受拉，或是相反载荷工况下的力学性能。用这种试验方法替代传统方法中分别对前缘进行拉伸及压缩试验后，再进行换算评估的考核方式，简化了试验步骤，同时使试验条件更接近真实状态，试验结果更具有说服力；

2）本发明采用常见的力矩扳手工具作为载荷输入，可以准确直接地提供弯矩载荷，不需要进行后续载荷等效处理，避免了载荷等效过程中引起的试验误差；

3）本发明试验工装采用了分零件机械连接组合方式，通过改变肋型板的形状即可适用于不同结构的前缘，不需要对每个试验件重新设计夹具，减少了试验的工作量。

附图说明

图1为本发明结构正面示意图；

图2为本发明弯曲载荷传递机构示意图；

图3为初始状态示意图；

图4为支撑竖板上部向内压缩示意图；

图5为支撑竖板下部向内压缩示意图；

图6为本发明加载端头结构示意图；

图7为本发明结构背面示意图。

具体实施方式

本发明设计了一种新的前缘弯曲试验方法及相关工装，可以直接对前缘施加弯曲载荷，载荷更准确且前缘在受载后发生的变形及破坏形式更符合真实情况。此外，通过更换肋型板10一个部件即可实现对不同结构形式的前缘进行弯曲试验，通用性好。

本发明一种前缘弯曲试验工装，包括：支撑组件、加载端头7、肋型板10和弯曲载荷传递机构。弯曲载荷传递机构安装在支撑组件上，两块肋型板10竖直安装在弯曲载荷传递机构的两侧，待测的前缘结构11固定安装在两块肋型板10的前部；加载端头7用于驱动弯曲载荷传递机构使肋型板10上部或下部向内压缩，从而弯曲待测的前缘结构11。

所述支撑组件包括：支撑底座1和支撑立柱3。支撑立柱3固定安装在支撑底座1上。

所述弯曲载荷传递机构包括：支撑横板4，支撑竖板5，长旋转杆6，短旋转杆8和旋转杆支柱9。旋转杆支柱9固定安装在支撑立柱3的中部，支撑横板4的中心位置固定安装在支撑立柱3的自由端上；支撑横板4的两端分别固定安装有一块支撑竖板5，每块支撑竖板5上分别固定安装有一块肋型板10；支撑竖板5能够以支撑横板4的自由端为铰点转动。

短旋转杆8套装在旋转杆支柱9上；试验加载时，将加载端头7安装在短旋转杆8上，加载端头7用于驱动短旋转杆8绕旋转杆支柱9转动。

支撑立柱3的两侧分别设置有一根长旋转杆6，长旋转杆6的一端连接短旋转杆8的自由端，长旋转杆6的另一端连接支撑竖板5；短旋转杆8的两个自由端分别连接有一个长旋转杆6。

长旋转杆6与短旋转杆8之间铰接；支撑竖板5与支撑横板4之间铰接；支撑竖板5与长旋转杆6之间铰接。

初始装配状态，短旋转杆8沿竖直方向设置，两支撑竖板5互相平行。

所述加载端头7的一侧加工有截面为矩形的贯穿槽，贯穿槽的底部加工有沉孔，加载端头7的另一侧加工有六面体结构，如图6所示。

所述六面体结构与力矩扳手配合。

短旋转杆8中心开有通孔，旋转杆支柱9的端面开有螺纹孔，短旋转杆8与旋转杆支柱9之间通过螺栓连接；所述沉孔用于避开短旋转杆8和旋转杆支柱9连接的螺栓，并起到一定的定位作用。

所述贯穿槽与短旋转杆8配合。本发明还包括：多个加强筋2；多个加强筋2设置在支撑立柱3上。

支撑横板4的长度等于待测的前缘结构11对应飞机的肋间距。

肋型板10的形状根据待测的前缘结构11的形状确定。

利用上述前缘弯曲试验工装进行前缘弯曲强度试验的方法，包括步骤如下：

1）将待测的前缘结构11粘接在肋型板10上；

2）采用力矩扳手作为施加载荷的输入，根据载荷要求，将力矩扳手调整至测试要求力矩；

3）将加载端头7放置在短旋转杆8上，将调好的力矩扳手套入加载端头7六面体结构一侧，进行加载；

4）当听到力矩扳手发出响声后，则加载至测试要求力矩，观察前缘结构11是否发生破坏；

5）若前缘发生破坏，说明该前缘结构11不满足弯曲强度要求；若前缘结构11未发生破坏，则继续加载至前缘结构11破坏，得到前缘结构11的弯曲极限强度。

利用上述前缘弯曲试验工装进行前缘弯曲刚度试验的方法，包括步骤如下：

1）在待测的前缘结构11上粘接应变片，用于进行应变测量；

2）在待测的前缘结构11下方放置激光位移传感器或拉线位移传感器，用于进行变形测量；

3）将待测的前缘结构11粘接在肋型板10上；

4）采用力矩扳手作为施加载荷的输入，根据载荷要求，将力矩扳手调整至测试要求力矩；

5）将加载端头7放置在短旋转杆8上，将调好的力矩扳手套入加载端头7六面体结构一侧，进行加载；

6）当听到力矩扳手发出响声后，证明已加载至测试要求力矩，观察前缘结构11是否发生破坏，并记录此时的应变、位移数据。

如图1和7所示，前缘弯曲试验工装由工装支撑底座1，多个加强筋2，支撑立柱3，支撑横板4，2个支撑竖板5，2根长旋转杆6，加载端头7，短旋转杆8，旋转杆支柱9，2个肋型板10组成。

其中，工装支撑底座1，多个加强筋2，支撑立柱3组成试验工装的固定部分，可采用焊接成型。工装支撑底座1提供了试验工装整体安装放置的平台，支撑立柱3用于安装加载及部分旋转机构，多个加强筋2提高支撑立柱3的强度。

如图2所示支撑横板4，2个支撑竖板5，2根长旋转杆6，短旋转杆8，旋转杆支柱9组成弯曲载荷传递机构。其原理图如图3所示，当施加使短旋转杆8顺时针转动的载荷时，由于机构的作用，2个支撑竖板的上半部分向内收，下半部分向外扩，从而对前缘施加了向内收的弯矩，前缘上部受压，下部受拉；反之，当施加使旋转杆8逆时针转动的载荷时，前缘上部受拉，下部受压，机构的适动范围如图4、5所示。

适动范围由长旋转杆的尺寸L1、短旋转杆尺寸L2及支撑横板4的尺寸L3决定。支撑横板4用于安装部分旋转机构并提供横向距离限制，该距离由飞机的肋间距决定，L1和L2的尺寸可由前缘弯曲变形设计要求确定。

肋型板10通过螺栓连接在支撑竖板5上，随着支撑竖板一起转动，并将弯曲载荷传递给前缘试验件。肋型板10的形状由前缘试验件的形状决定，并可根据试验件的不同灵活更换，使得该工装具有一定的通用性。

加载端头7用于对整个工装进行载荷的施加。使用时将方形一侧放置在旋转短杆的中心，因此其尺寸需与旋转短杆的尺寸相适应；另一侧为六棱柱状，其尺寸与力矩扳手套筒尺寸相适应。根据加载力矩的不同，可生产多种规格的加载端头7，用以适应不同型号的力矩扳手。

使用方法如下：

首先，根据前缘的截面形状确定肋型板10的形状，当前缘为截面渐变的结构时，两个肋型板10的形状可以不同；根据前缘的长度确定竖板的距离；根据变形的要求，通过原理图计算，确定长旋转杆、短旋转杆的尺寸及在相对位置；根据载荷的大小确定需要选用的力矩扳手，并根据力矩扳手套筒的规格确定加载端头7六棱柱一侧的尺寸，根据短旋转杆的尺寸确定加载端头7方形一侧的尺寸，也可以制作多个加载端头，以适应不同载荷情况。

上述工装零件设计并生产完成后进行组装。试验工装的固定部分由焊接成型，旋转部分采用机械连接。

开始试验前，将试验件粘接在肋型板10上，充分固化，保证载荷可以完整的传递到试验件上。记录前缘试验件的初始状态，根据需要可考虑是否在前缘试验件上粘接应变片测量应变。采用力矩扳手作为施加载荷的输入，可准确控制弯矩加载量。根据载荷要求，将力矩扳手调整至合适的力矩。将加载端头方形一侧放置在短旋转杆上，将调好的力矩扳手套入加载端头六棱柱一侧，进行加载。当听到力矩扳手发出响声后，证明已加载至预定的力矩，此时观察前缘是否发生破坏，并记录前缘的变形及应变等需要测量的数据。可不断调整力矩扳手的规定力矩进行加载，记录前缘试验件的变化，得到前缘的弯曲强度及弯曲刚度数据。

试验完成后，可以将试验件从肋型板10上拆除，将余胶清理干净后，肋型板10可重复利用。

由于前缘的变形通常不大，可以综合匹配设计，将试验工装可以提供的弯曲变形范围扩大，涵盖大部分前缘试验需求，使得试验工装的通用性增强。

实施例

1、前缘弯曲试验工装设计方法，步骤如下：

1）根据前缘的截面形状确定肋型板10的形状，当前缘为截面渐变的结构时，两个肋型板10的形状可以不同；

2）根据前缘的长度确定竖板的距离；

3）根据变形的要求，通过原理图计算，确定长旋转杆、短旋转杆的尺寸及在相对位置；

4）根据载荷的大小确定需要选用的力矩扳手，并根据力矩扳手套筒的规格确定加载端头7六棱柱一侧的尺寸，根据短旋转杆的尺寸确定加载端头7方形一侧的尺寸，也可以制作多个加载端头，以适应不同载荷情况。

另外，由于前缘的变形通常不大，可以综合匹配设计，将试验工装可以提供的弯曲变形范围扩大，涵盖大部分前缘试验需求，使得试验工装的通用性增强。

2、前缘弯曲强度试验方法，步骤如下：

1）根据“前缘弯曲试验工装设计方法”完成工装零件设计及生产后，对试验工装进行组装，试验工装的固定部分由焊接成型，旋转部分采用机械连接；

2）检查前缘试验件，确保前缘试验件是完好无损的，记录前缘试验件的初始状态；

3）将试验件粘接在肋型板10上，充分固化，保证载荷可以完整的传递到试验件上；

4）采用力矩扳手作为施加载荷的输入，可准确控制弯矩加载量。根据载荷要求，将力矩扳手调整至合适的力矩。例如，要求测试前缘试验件在承受10Nm的弯矩下强度是否满足要求，需将力矩扳手设置为10Nm；

5）将加载端头方形一侧放置在短旋转杆上，将调好的力矩扳手套入加载端头六棱柱一侧，进行加载；

6）当听到力矩扳手发出响声后，证明已加载至预定的力矩，此时观察前缘是否发生破坏；

7）若前缘发生破坏，说明该前缘试验件不满足弯曲强度要求；若前缘试验件未发生破坏，可以选择是否继续加载至破坏，得到前缘试验件的弯曲极限强度；

8）试验完成后，可以将试验件从肋型板10上拆除，将余胶清理干净；

若有多个试验件，可重复步骤2）-8）。

3、前缘弯曲刚度试验方法，步骤如下：

1）根据“前缘弯曲试验工装设计方法”完成工装零件设计及生产后，对试验工装进行组装，试验工装的固定部分由焊接成型，旋转部分采用机械连接；

2）检查前缘试验件，确保前缘试验件是完好无损的，记录前缘试验件的初始状态；

3）若需要采集应变，可以在前缘试验件上粘接应变花进行应变测量。通常粘接在前缘试验件的上下端面的中间位置，也可以根据试验需要进行调整；若需要采集前缘变形，可以在前缘试验件下方放置激光位移传感器或拉线位移传感器进行变形测量。

4）将试验件粘接在肋型板10上，充分固化，保证载荷可以完整的传递到试验件上；

5）采用力矩扳手作为施加载荷的输入，可准确控制弯矩加载量。根据载荷要求，将力矩扳手调整至合适的力矩。例如，要求测试前缘试验件在承受10Nm以下的弯矩时，前缘的弯曲刚度，需要将力矩扳手分别设置为1Nm、2Nm、3Nm……10Nm；

6）将加载端头方形一侧放置在短旋转杆上，将调好的力矩扳手套入加载端头六棱柱一侧，进行加载；

7）当听到力矩扳手发出响声后，证明已加载至预定的力矩，此时观察前缘是否发生破坏，并记录此时应变或位移数据；

8）重复步骤5）-7），直到取得足够的数据；

9）试验完成后，可以将试验件从肋型板10上拆除，将余胶清理干净；

10）若有多个试验件，可重复步骤2）-9）。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (11)

1.一种前缘弯曲试验工装，其特征在于，包括：支撑组件、加载端头（7）、肋型板（10）和弯曲载荷传递机构；

弯曲载荷传递机构安装在支撑组件上，两块肋型板（10）竖直安装在弯曲载荷传递机构的两侧，待测的前缘结构（11）固定安装在两块肋型板（10）的前部；

加载端头（7）用于驱动弯曲载荷传递机构使肋型板（10）上部或下部向内压缩，从而弯曲待测的前缘结构（11）；

所述支撑组件包括：支撑底座（1）和支撑立柱（3）；

支撑立柱（3）固定安装在支撑底座（1）上；

所述弯曲载荷传递机构包括：支撑横板（4），支撑竖板（5），长旋转杆（6），短旋转杆（8）和旋转杆支柱（9）；

旋转杆支柱（9）固定安装在支撑立柱（3）的中部，支撑横板（4）的中心位置固定安装在支撑立柱（3）的自由端上；

支撑横板（4）的两端分别固定安装有一块支撑竖板（5），每块支撑竖板（5）上分别固定安装有一块肋型板（10）；

支撑竖板（5）能够以支撑横板（4）的自由端为铰点转动；

短旋转杆（8）套装在旋转杆支柱（9）上；试验加载时，将加载端头（7）安装在短旋转杆（8）上，加载端头（7）用于驱动短旋转杆（8）绕旋转杆支柱（9）转动；

支撑立柱（3）的两侧分别设置有一根长旋转杆（6），长旋转杆（6）的一端连接短旋转杆（8）的自由端，长旋转杆（6）的另一端连接支撑竖板（5）；短旋转杆（8）的两个自由端分别连接有一个长旋转杆（6）。

2.根据权利要求1所述的一种前缘弯曲试验工装，其特征在于：长旋转杆（6）与短旋转杆（8）之间铰接；支撑竖板（5）与支撑横板（4）之间铰接；支撑竖板（5）与长旋转杆（6）之间铰接。

3.根据权利要求2所述的一种前缘弯曲试验工装，其特征在于：初始装配状态，短旋转杆（8）沿竖直方向设置，两支撑竖板（5）互相平行。

4.根据权利要求3所述的一种前缘弯曲试验工装，其特征在于：所述加载端头（7）的一侧加工有截面为矩形的贯穿槽，贯穿槽的底部加工有沉孔，加载端头（7）的另一侧加工有六面体结构。

5.根据权利要求4所述的一种前缘弯曲试验工装，其特征在于：所述六面体结构与力矩扳手配合。

6.根据权利要求4或5所述的一种前缘弯曲试验工装，其特征在于：短旋转杆（8）中心开有通孔，旋转杆支柱（9）的端面开有螺纹孔，短旋转杆（8）与旋转杆支柱（9）之间通过螺栓连接；

所述沉孔用于避开短旋转杆（8）和旋转杆支柱（9）连接的螺栓，并起到定位作用。

7.根据权利要求6所述的一种前缘弯曲试验工装，其特征在于：所述贯穿槽与短旋转杆（8）配合。

8.根据权利要求6所述的一种前缘弯曲试验工装，其特征在于：支撑横板（4）的长度等于待测的前缘结构（11）对应飞机的肋间距。

9.根据权利要求8所述的一种前缘弯曲试验工装，其特征在于：肋型板（10）的形状根据待测的前缘结构（11）的形状确定。

10.一种利用如权利要求9所述的一种前缘弯曲试验工装，进行前缘弯曲强度试验的方法，其特征在于，包括步骤如下：

1）将待测的前缘结构（11）粘接在肋型板（10）上；

2）采用力矩扳手作为施加载荷的输入，根据载荷要求，将力矩扳手调整至测试要求力矩；

3）将加载端头（7）放置在短旋转杆（8）上，将调好的力矩扳手套入加载端头（7）六面体结构一侧，进行加载；

4）当听到力矩扳手发出响声后，则加载至测试要求力矩，观察前缘结构（11）是否发生破坏；

5）若前缘发生破坏，说明该前缘结构（11）不满足弯曲强度要求；若前缘结构（11）未发生破坏，则继续加载至前缘结构（11）破坏，得到前缘结构（11）的弯曲极限强度。

11.一种利用如权利要求9所述的一种前缘弯曲试验工装，进行前缘弯曲刚度试验的方法，其特征在于，包括步骤如下：

1）在待测的前缘结构（11）上粘接应变片，用于进行应变测量；

2）在待测的前缘结构（11）下方放置激光位移传感器或拉线位移传感器，用于进行变形测量；

3）将待测的前缘结构（11）粘接在肋型板（10）上；

4）采用力矩扳手作为施加载荷的输入，根据载荷要求，将力矩扳手调整至测试要求力矩；

5）将加载端头（7）放置在短旋转杆（8）上，将调好的力矩扳手套入加载端头（7）六面体结构一侧，进行加载；

6）当听到力矩扳手发出响声后，证明已加载至测试要求力矩，观察前缘结构（11）是否发生破坏，并记录此时的应变、位移数据。

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