CN113465856B - 一种舱体调频工装 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种舱体调频工装，包括：第一转接板组合、第二转接板组合、第三转接板组合、第一工装条组和第二工装条组；其中，所述第一转接板组合的一端与承重墙相连接，所述第一转接板组合的另一端通过所述第一工装条组与所述第二转接板组合的一端相连接；所述第二转接板组合的另一端通过所述第二工装条组与所述第三转接板组合的一端相连接；所述第三转接板组合的另一端与舱体试验件相连接。本发明能够模拟箱体连接在机体上的状态，使得到的试验结果更真实有效。

Description

一种舱体调频工装
技术领域
本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种舱体调频工装。
背景技术
无人机上有一些箱体结构，如发动机短舱、机载设备舱等。由于其上装有的发动机等设备会对箱体结构产生一定频率的振动激励，为了保证箱体结构的安全性，箱体结构在设计时应考虑其低阶固有频率，以避免发生共振，造成箱体结构破坏。
当箱体结构生产完成后，需对其进行振动试验，得到其低阶固有频率，判断该箱体是否满足设计要求。在传统的振动试验中，直接将箱体结构连接在承重墙上，形成对箱体的固支约束后，进行振动试验。但是这种约束条件与真实情况不符，在实际情况下，箱体连接在飞机机翼主梁或飞机机身上。飞机结构具有一定的弹性，因此箱体连接在飞机结构上时，系统的低阶频率要低于箱体固支在承重墙上测得的固有频率。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种舱体调频工装，能够模拟箱体连接在机体上的状态，使得到的试验结果更真实有效。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种舱体调频工装，包括：第一转接板组合、第二转接板组合、第三转接板组合、第一工装条组和第二工装条组；其中，所述第一转接板组合的一端与承重墙相连接，所述第一转接板组合的另一端通过所述第一工装条组与所述第二转接板组合的一端相连接；所述第二转接板组合的另一端通过所述第二工装条组与所述第三转接板组合的一端相连接；所述第三转接板组合的另一端与舱体试验件相连接。
上述舱体调频工装中，所述第一转接板组合包括第一转接板、第一一三角板、第一二三角板和第一支撑板；其中，所述第一一三角板的底边、第一支撑板的底边和所述第一二三角板的底边均设置于所述第一转接板的一表面，所述第一支撑板的一端与所述第一一三角板相连接，所述第一支撑板的另一端与所述第一二三角板相连接。
上述舱体调频工装中，所述第二转接板组合包括第二转接板、第二一三角板、第二二三角板、第二支撑板、第三一三角板、第三二三角板和第三支撑板；其中，所述第二一三角板的底边、所述第二二三角板的底边和所述第二支撑板的底边均设置于所述第二转接板的一表面，所述第二支撑板的一端与所述第二一三角板相连接，所述第二支撑板的另一端与所述第二二三角板相连接；所述第三一三角板的底边、所述第三二三角板的底边和所述第三支撑板的底边均设置于所述第二转接板的另一表面，所述第三支撑板的一端与所述第三一三角板相连接，所述第三支撑板的另一端与所述第三二三角板相连接。
上述舱体调频工装中，所述第三转接板组合包括第三转接板、第四一三角板、第四二三角板和第四支撑板；其中，所述第四一三角板的底边、第四二三角板的底边和第四支撑板的底边均设置于所述第三转接板的一表面，所述第四支撑板的一端与所述第四一三角板相连接，所述第四支撑板的另一端与所述第四二三角板相连接。
上述舱体调频工装中，还包括：四个限位圆管；其中，每个限位圆管插设于所述第二转接板相对应的顶角开设的圆孔。
上述舱体调频工装中，还包括：四个接头；其中，四个接头设置于第三转接板相对应的顶角。
上述舱体调频工装中，所述第一工装条组的排列方向与所述第二工装条组的排列方向垂直。
上述舱体调频工装中，所述第二支撑板的长度方向与所述第三支撑板的长度方向垂直。
上述舱体调频工装中，第一工装条组用于模拟飞机主梁扭转刚度对箱体频率产生的影响，第二工装条组用于模拟飞机主梁弯曲刚度对箱体频率产生的影响；因此有：
EI1＝GJ梁
EI2＝EI梁
其中，EI1和EI2分别为第一工装条组和第二工装条组整体等效刚度，GJ梁和EI梁分别为飞机主梁的扭转及弯曲刚度。
上述舱体调频工装中，对于每个工装条，有：
Figure GDA0003355534850000031
式中，bi为第i根工装条的宽度，hi为第i根工装条的厚度；
等小间距布置n根工装条，则弯曲刚度近似等效为：
Figure GDA0003355534850000032
当施加在自由端施加单位弯矩时，转角为：
Figure GDA0003355534850000033
式中，L为工装条的长度；
当对主梁施加单位扭矩时，主梁扭角为：
Figure GDA0003355534850000035
根据变形等效原理，应有：
θ1＝θ2，即
Figure GDA0003355534850000036
代入可得，
Figure GDA0003355534850000037
当工装条设计为等尺寸时，有
Figure GDA0003355534850000038
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明连接在箱体试验件与承重墙之间，模拟箱体连接在机体上的状态，使得到的试验结果更真实有效；
(2)本发明的调频工装能够进行常规的振动试验，得到其低阶固有频率；当需要更换试验条件时，可以通过直接拆卸或安装工装条进行调整，使用时方便快捷。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的舱体调频工装的安装示意图；
图2是本发明实施例提供的舱体调频工装的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的第一转接板组合的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的第二转接板组合的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的第三转接板组合的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的舱体调频工装的另一结构示意图；
图7是本发明实施例提供的舱体调频工装的安装示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的舱体调频工装的安装示意图；图2是本发明实施例提供的舱体调频工装的结构示意图。
如图1和图2所示，该舱体调频工装，其特征在于包括：第一转接板组合、第二转接板组合、第三转接板组合、第一工装条组61和第二工装条组；其中，所述第一转接板组合的一端与承重墙相连接，所述第一转接板组合的另一端通过所述第一工装条组61与所述第二转接板组合的一端相连接；所述第二转接板组合的另一端通过所述第二工装条组与所述第三转接板组合的一端相连接；所述第三转接板组合的另一端与舱体试验件相连接。第一工装条组61的排列方向与所述第二工装条组的排列方向垂直。
如图3所示，第一转接板组合包括第一转接板1、第一一三角板511、第一二三角板512和第一支撑板41；其中，所述第一一三角板511的底边、第一支撑板41的底边和所述第一二三角板512的底边均设置于所述第一转接板1的一表面，所述第一支撑板41的一端与所述第一一三角板511相连接，所述第一支撑板41的另一端与所述第一二三角板512相连接。
如图4和图6所示，所述第二转接板组合包括第二转接板2、第二一三角板521、第二二三角板522、第二支撑板42、第三一三角板531、第三二三角板532和第三支撑板43；其中，所述第二一三角板521的底边、所述第二二三角板522的底边和所述第二支撑板42的底边均设置于所述第二转接板2的一表面，所述第二支撑板42的一端与所述第二一三角板521相连接，所述第二支撑板42的另一端与所述第二二三角板522相连接；所述第三一三角板531的底边、所述第三二三角板532的底边和所述第三支撑板43的底边均设置于所述第二转接板2的另一表面，所述第三支撑板43的一端与所述第三一三角板531相连接，所述第三支撑板43的另一端与所述第三二三角板532相连接。第二支撑板42的长度方向与所述第三支撑板43的长度方向垂直。
如图5所示，所述第三转接板组合包括第三转接板3、第四一三角板541、第四二三角板542和第四支撑板44；其中，所述第四一三角板541的底边、第四二三角板542的底边和第四支撑板44的底边均设置于所述第三转接板3的一表面，所述第四支撑板44的一端与所述第四一三角板541相连接，所述第四支撑板44的另一端与所述第四二三角板542相连接。
如图1所示，该舱体调频工装还包括：四个限位圆管7；其中，每个限位圆管7插设于所述第二转接板2相对应的顶角开设的圆孔。
如图1所示，该舱体调频工装还包括：四个接头8；其中，四个接头8设置于第三转接板3相对应的顶角。
第一工装条组和第二工装条组的尺寸及位置布置是工装设计的核心。
第一工装条组的尺寸及位置布置影响了箱体上下方向的频率，第二工装条组的尺寸及位置布置影响了箱体左右方向的频率。
以模拟实际中箱体安装在飞机主梁上为例，第一工装条组用于模拟飞机主梁扭转刚度对箱体频率产生的影响，第二工装条组用于模拟飞机主梁弯曲刚度对箱体频率产生的影响。因此有
EI1＝GJ梁
EI2＝EI梁
式中，EI1和EI2分别为第一工装条组和第二工装条组整体等效刚度，GJ梁和EI梁为飞机主梁的扭转及弯曲刚度，为已知量。
以第一工装条组的设计过程为例。EI1与每个工装条的尺寸及位置布置有关。
对于每个工装条，有
Figure GDA0003355534850000061
式中，bi为第i根工装条的宽度，hi为第i根工装条的厚度。若如图7所示，等小间距布置n根工装条，则弯曲刚度近似等效为：
Figure GDA0003355534850000062
当施加在自由端施加单位弯矩时，转角为：
Figure GDA0003355534850000063
式中，L为工装条的长度。
当对主梁施加单位扭矩时，主梁扭角为：
Figure GDA0003355534850000071
根据变形等效原理，应有
θ1＝θ2，即
Figure GDA0003355534850000072
代入可得，
Figure GDA0003355534850000073
当工装条设计为等尺寸时，有
Figure GDA0003355534850000074
合理设计工装条的尺寸b、h、L和工装条的数量n，使其满足上式即可。
当工装条的位置变化时，EI1d的等效公式不同。可根据平行轴定理进行推导。
第二工装条组的设计原理与第一工装条组相同，区别在于将GJ梁更换为EI梁。
其他工况下的设计原理与上述相同，真实情况下，箱体连接处的等效刚度已知，即可通过上述公式进行工装条的设计。上述设计方法满足工程力学的基本原理，具有通用性。采用上述设计方法进行设计，可快速得到工装条尺寸，且有多个组合解，可综合考虑实际情况选出最优组合。
由于箱体为规则几何体，其低阶模态主要由上下摆动和左右摆动组成。因此可以通过分别调整上下刚度及左右刚度，对箱体的真实约束情况进行模拟。
靠近承重墙一侧为上下频率调节部分，由第一转接板1、第二转接板2、支撑板、三角板和多个工装条组成。工装条是可以拆卸的，通过螺栓连接在支撑板上。工装条的尺寸及数量是可以改变的，工装条数量越多、长度越短、厚度越厚，上下方向的频率越大，越接近固支状态。可以根据实际情况灵活设计。
远离承重墙一侧为左右频率调节部分，由第二转接板2、第三转接板3、支撑板、三角板和多个工装条组成。工装条是可以拆卸的，通过螺栓连接在支撑板上。工装条的尺寸及数量是可以改变的，工装条数量越多、长度越短、厚度越厚，左右方向的频率越大，越接近固支状态。可以根据实际情况灵活设计。
根据实际需要，上下频率调节部分及左右频率调节部分的位置可以掉换。
限位圆管7主要起到保护作用，当工装变形量过大时，限位圆管会与转接板发生干涉卡死，此时工装整体包括限位圆管、转接板和工装条承受弯矩，而不是只有工装条承载，避免工装发生破坏。限位圆管的长度可以根据实际变形量进行估算调整。
接头8是连接箱体试验件与调频工装的接口，一侧为法兰形式与转接板连接，一侧为双耳形式与箱体连接。由于接头是可拆卸的，可根据箱体试验件的接口进行更改，不限于该形式。
根据箱体试验件在飞机上真实连接部位的弯曲刚度和扭转刚度对工装条的尺寸及数量进行设计。以装在飞机机翼上的动力吊舱为例，靠近机身部位的动力吊舱的支撑刚度比远离机身部位的大，考虑到工装的通用性及生产误差等影响，工装条设计时应做到：通过调整工装条的安装数量及位置，覆盖所有需要的设计频率。第一转接板1，第二转接板2，第三转接板3，多个支撑板，多个三角板在设计时，主要需要考虑其强度以及与承重墙、限位圆管、接头等部位安装的机械接口。根据估算的变形量或工装强度要求，确定限位圆管的尺寸。根据箱体试验件与飞机的连接接口确定接头8的形式。
在零件设计完成后，进行生产组装。该工装的零件主要为方形金属板、三角形金属板、金属圆管等简单结构，生产制造十分容易且方便。工装在组装时，主要有焊接和螺栓连接两种形式。
本发明连接在箱体试验件与承重墙之间，模拟箱体连接在机体上的状态，使得到的试验结果更真实有效；本发明的调频工装能够进行常规的振动试验，得到其低阶固有频率；当需要更换试验条件时，可以通过直接拆卸或安装工装条进行调整，使用时方便快捷。
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。

Claims (5)

1.一种舱体调频工装，其特征在于包括：第一转接板组合、第二转接板组合、第三转接板组合、第一工装条组(61)和第二工装条组；其中，
所述第一转接板组合的一端与承重墙相连接，所述第一转接板组合的另一端通过所述第一工装条组(61)与所述第二转接板组合的一端相连接；
所述第二转接板组合的另一端通过所述第二工装条组与所述第三转接板组合的一端相连接；
所述第三转接板组合的另一端与舱体试验件相连接；
所述第一转接板组合包括第一转接板(1)、第一一三角板(511)、第一二三角板(512)和第一支撑板(41)；其中，
所述第一一三角板(511)的底边、第一支撑板(41)的底边和所述第一二三角板(512)的底边均设置于所述第一转接板(1)的一表面，所述第一支撑板(41)的一端与所述第一一三角板(511)相连接，所述第一支撑板(41)的另一端与所述第一二三角板(512)相连接；
所述第二转接板组合包括第二转接板(2)、第二一三角板(521)、第二二三角板(522)、第二支撑板(42)、第三一三角板(531)、第三二三角板(532)和第三支撑板(43)；其中，
所述第二一三角板(521)的底边、所述第二二三角板(522)的底边和所述第二支撑板(42)的底边均设置于所述第二转接板(2)的一表面，所述第二支撑板(42)的一端与所述第二一三角板(521)相连接，所述第二支撑板(42)的另一端与所述第二二三角板(522)相连接；
所述第三一三角板(531)的底边、所述第三二三角板(532)的底边和所述第三支撑板(43)的底边均设置于所述第二转接板(2)的另一表面，所述第三支撑板(43)的一端与所述第三一三角板(531)相连接，所述第三支撑板(43)的另一端与所述第三二三角板(532)相连接；
所述第三转接板组合包括第三转接板(3)、第四一三角板(541)、第四二三角板(542)和第四支撑板(44)；其中，
所述第四一三角板(541)的底边、第四二三角板(542)的底边和第四支撑板(44)的底边均设置于所述第三转接板(3)的一表面，所述第四支撑板(44)的一端与所述第四一三角板(541)相连接，所述第四支撑板(44)的另一端与所述第四二三角板(542)相连接。
2.根据权利要求1所述的舱体调频工装，其特征在于还包括：四个限位圆管(7)；其中，每个限位圆管(7)插设于所述第二转接板(2)相对应的顶角开设的圆孔。
3.根据权利要求1所述的舱体调频工装，其特征在于还包括：四个接头(8)；其中，四个接头(8)设置于第三转接板(3)相对应的顶角。
4.根据权利要求1所述的舱体调频工装，其特征在于：所述第一工装条组(61)的排列方向与所述第二工装条组的排列方向垂直。
5.根据权利要求1所述的舱体调频工装，其特征在于：所述第二支撑板(42)的长度方向与所述第三支撑板(43)的长度方向垂直。
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