CN113665842A - 试验加载装置 - Google Patents

Abstract

一种试验加载装置，用于对飞机的机身结构试验件进行加载，能够使曲框的试验加载条件更接近真实情况，从而提高试验加载的精度。机身试验件包括曲面形状的蒙皮和沿着蒙皮的表面配置的曲框，试验加载装置包括法向加载件，法向加载件构造成对称地连接于曲框，以沿着第一法线方向对曲框进行加载，第一法线方向是蒙皮所在的曲面的、法向加载件与曲框连接的部位处的法线方向，试验加载装置还包括第一环向加载件，第一环向加载件构造成对称地连接于蒙皮的一对边缘部，以沿着第一切线方向对蒙皮进行加载，第一切线方向是蒙皮所在的曲面的、与蒙皮的边缘部正交的切线方向。

Description

试验加载装置

技术领域

本发明涉及一种试验加载装置。

背景技术

已知，飞机的机身包括壁板结构和曲框结构，其中，曲框结构的主要作用是维持飞机的外形，承受平面内的弯矩、剪力以及轴向拉压载荷。

通常，在飞机的设计以及验证过程中，会进行曲框结构的弯曲试验，用于研究与验证该曲框结构的载荷传递方式、承载能力以及破坏模式。

例如，专利文献1(CN106769533A)中记载了一种曲框结构的四点弯曲试验方法，以四点支承的方式对单个隔框进行了弯曲试验加载。

然而，专利文献1并未考虑到壁板结构对曲框受力时的弯曲刚度的影响。一般而言，当曲框在飞机实际飞行的过程中产生外部载荷所引起的弯矩时，该曲框的弯曲刚度需要考虑其周边的壁板面积的贡献。

为此，专利文献2(CN109357851A)公开了一种机身曲框结构的四点弯曲试验加载方法，其将一根曲框与其周边的蒙皮(壁板)一体地设为机身试验件，并通过四点支承的方式进行弯曲试验加载。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：中国专利公开106769533号

专利文献2：中国专利公开109357851号

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，曲框结构的弯曲刚度的影响因素不仅有结构上的因素(即周边结构的面积贡献)，还有载荷上的因素。具体而言，壁板结构(确切地说，蒙皮)的环向载荷(切向载荷)也会对曲框的弯曲刚度带来一定的影响。

此外，上述现有的试验加载装置均采用了接触式加载这一加载方式，该加载方式的精度很大程度上取决于加载平台的制造精度。若其制造精度较低，则容易导致加载平台的不平整，进而导致加载结果出现较大偏差。

另一方面，在上述专利文献中，机身结构试验件均只包括一个曲框，其支承条件与曲框在机身整体中的支承情况并不符合。其结果是，不真实的支承条件也会降低试验结果的准确性。

本发明是为了解决上述技术问题而形成的，其目的是提供一种试验加载装置，能够使曲框的试验加载条件更接近真实情况，从而提高试验加载的精度。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的第一观点的试验加载装置用于对飞机的机身结构试验件进行加载，所述机身试验件包括曲面形状的蒙皮和沿着所述蒙皮的表面配置的曲框，所述试验加载装置包括法向加载件，其中，

所述法向加载件构造成对称地连接于所述曲框，以沿着第一法线方向对所述曲框进行加载，

所述第一法线方向是所述蒙皮所在的曲面的、所述法向加载件与所述曲框连接的部位处的法线方向，

所述试验加载装置还包括第一环向加载件，

所述第一环向加载件构造成对称地连接于所述蒙皮的一对边缘部，以沿着第一切线方向对所述蒙皮进行加载，

所述第一切线方向是所述蒙皮所在的曲面的、与所述蒙皮的边缘部正交的切线方向。

根据上述结构，在所述试验加载装置中，施加法向(径向)载荷的法向加载件并非以接触的方式对曲框进行加载，而是与曲框连接在一起直接进行加载，因此，该试验加载装置不需要加载平台，其加载的准确度也不会受到加载平台的制造精度的影响。另一方面，与现有的试验加载装置相比，该试验加载装置还具有与蒙皮连接且对蒙皮施加环向载荷的第一环向加载件，通过对蒙皮施加环向载荷，能够使曲框的弯曲刚度更接近真实情况，从而能够更准确地获取曲框结构的力学性能。

在第一观点所述的试验加载装置的基础上，在第二观点的试验加载装置中，在所述蒙皮的表面上配置有至少三个所述曲框。

根据上述结构，通过在蒙皮的表面配置至少三个曲框，并且利用法向加载件对每一曲框施加法向载荷，能够较好地还原位于中间位置的曲框的支承情况，从而能够较好地模拟曲框的失效模式，进而能够验证曲框的载荷传递方式、承载能力。

在第一观点所述的试验加载装置的基础上，在第三观点的试验加载装置中，所述试验加载装置还包括法向加载连接件，所述法向加载连接件固定地连接在所述曲框上，所述法向加载件通过所述法向加载连接件与所述曲框机械连接。

根据上述结构，通过将法向加载连接件预先固定地连接至曲框，并通过该法向加载连接件将法向加载件与曲框连接在一起，从而能够根据实际的载荷需求方便地更换不同种类的法向加载件。

在第三观点所述的试验加载装置的基础上，在第四观点的试验加载装置中，所述曲框包括腹板部，所述法向加载连接件固定地连接至所述曲框的所述腹板部。

根据上述结构，能够使法向加载连接件的设计、装配变得简单。

在第一观点所述的试验加载装置的基础上，在第五观点的试验加载装置中，所述试验加载装置还包括法向支承件，所述法向支承件构造成对称地连接于所述曲框的端部，以沿着第二法线方向对所述曲框进行支承，所述第二法线方向是所述蒙皮所在的曲面的、所述曲框的端部处的法线方向。

根据上述结构，由于该试验加载装置同时设置有法向加载件和法向支承件，因此，能够以四点加载的方式施加两对相反的力偶，使曲框的一部分(中间部分)受纯弯曲，从而能够模拟真实的受载情况。

在第五观点所述的试验加载装置的基础上，在第六观点所述的试验加载装置中，所述试验加载装置还包括法向支承连接件，所述法向支承连接件固定地连接在所述曲框的端部，所述法向支承件通过所述法向支承连接件与所述曲框机械连接。

根据上述结构，通过将法向支承连接件预先固定地连接至曲框的两个端部，并通过该法向支承连接件将法向加载件与曲框的两个端部连接在一起，从而能够根据实际的载荷需求方便地更换不同种类的法向支承件。

在第一观点所述的试验加载装置的基础上，在第七观点所述的试验加载装置中，所述试验加载装置还包括第一环向加载连接件，所述第一环向加载连接件固定地连接在所述蒙皮的所述边缘部，所述第一环向加载件通过所述第一环向加载连接件与所述曲框的所述边缘部机械连接。

根据上述结构，通过将第一环向加载连接件预先固定地连接至蒙皮的边缘部，并通过该第一环向加载连接件将第一环向加载件与蒙皮连接在一起，从而能够根据实际的载荷需求方便地更换不同种类的第一环向加载件。

在第七观点所述的试验加载装置的基础上，在第八观点的试验加载装置中，所述第一环向加载连接件是夹具。

根据上述结构，第一环向加载连接件易于装卸，能够根据实际需求方便地更换不同种类的第一环向加载连接件。

在第一观点所述的试验加载装置的基础上，在第九观点的试验加载装置中，所述试验加载装置还包括第二环向加载件，所述第二环向加载件构造成对称地连接于所述曲框的两端部，以沿着第二切线方向对所述曲框进行加载，所述第二切线方向是所述蒙皮所在的曲面的、所述曲框的两端部处的切线方向。

根据上述结构，通过设置第二环向加载件对曲框的两个端部施加环向载荷，能够更好地还原曲框结构的真实受载情况。

在第九观点所述的试验加载装置的基础上，在第十观点所述的试验加载装置中，所述试验加载装置还包括第二环向加载连接件，所述第二环向加载连接件固定地连接在所述曲框的所述两端部，所述第二环向加载件通过所述第二环向加载连接件与所述曲框机械连接。

根据上述结构，通过将第二环向加载连接件预先固定地连接至曲框的两个端部，并通过该第二环向加载连接件将第二环向加载件与曲框的端部连接在一起，从而能够根据实际的载荷需求方便地更换不同种类的第二环向加载件。

发明效果

根据上述观点所述的试验加载装置，能够较好地模拟真实情况下的飞机曲框结构的支承情况、受载情况和弯曲刚度，从而能够较好地模拟该曲框结构的载荷传递形式、承载能力以及失效模式。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的试验加载装置的加载对象即机身试验件的立体图。

图2是表示连接有本发明的一实施方式的试验加载装置的各连接件的机身试验件的图，其中，(A)是立体图，(B)是主视图。

图3是表示本发明的一实施方式的试验加载装置的主视图，示出了将机身试验件安装于该试验加载装置时的状态。

图4是表示本发明的一实施方式的试验加载装置对机身试验件进行加载时的力学模型示意图。

具体实施方式

下面，将参照图1至图4，对本发明的试验加载装置以及作为加载对象的机身试验件进行说明。

图1是表示作为试验加载对象的机身试验件的立体图。如图1所示，机身试验件S具有弯曲的三维壳体形状，包括壁板结构和多个曲框1，其中，壁板结构包括蒙皮2和多个长桁3。多个曲框1(在本实施方式中为三个)中的每一曲框1在蒙皮2的表面上沿环向延伸，并且，多个曲框1在航向(即图中的前后方向)上隔开一定间隔地配置。多个长桁3(在本实施方式中为十个)在与曲框1的延伸方向即环向正交的航向(即图中的前后方向)上延伸，并且，多个长桁3在环向上隔开一定间隔地配置。曲框1与长桁3例如可通过连接角片4连接，从而将蒙皮2的径向载荷以剪力的形式传递至曲框1。

此外，需要特别说明的是，尽管在本实施方式中仅示出了三个曲框1，但曲框1的个数并不限于此，只要该曲框1的个数为三个以上即可。如此一来，当曲框1的个数大于或等于三个时，处于中间位置(并非两侧边缘位置)的曲框的支承情况能够尽可能地得到还原，使其支承情况更接近真实情况。

另外，关于机身试验件S所包含的曲框1、蒙皮2以及长桁3的材料，例如可以采用常规的铝合金材料这样易于加工的材料。

图2示出了安装有后述的试验加载装置O的各连接件的机身试验件S的图，其中，图2的(A)是立体图，图2的(B)是从航向方向观察的主视图。

如图2所示，图1所示的机身试验件S连接有多种类型的连接接头(即，连接件)。具体而言，在各曲框1的中间部分处，在曲框1的延伸方向上对称地连接有法向加载接头(即，法向加载连接件)5，该法向加载接头5用于将曲框1与后述的法向加载件9连接在一起。在各曲框1的两个端部分别连接有同时构成为法向支承连接件和第二环向加载连接件的十字接头6，该十字接头6用于将曲框1与后述的法向支承件10、后述的第二环向加载件11连接在一起。需要说明的是，在本实施方式中，采用了十字接头6以同时作为法向支承连接件和第二环向加载连接件起作用，不过，并不限于此，也可不采用该十字接头6，而是将分体设置的法向支承连接件以及第二环向加载连接件分别连接至各曲框1的两个端部。此外，在蒙皮2的环向上的一对边缘部处，在相邻的两个曲框1之间连接有第一环向加载接头(即，第一环向加载连接件)7，该第一环向加载接头7通过夹具8以夹持的方式连接至蒙皮2的边缘部，该第一环向加载接头7用于将蒙皮2余后述的第一环向加载件12连接在一起。

图3是表示安装有上述机身试验件S的本实施方式的试验加载装置O的主视图。如图3所示，该试验加载装置O包括上述法向加载接头5、上述十字接头6、上述第一环向加载接头7、通过法向加载接头5与各曲框1的中间区段连接并对称布置的法向加载件9、通过十字接头6沿法线方向与各曲框1的两个端部连接并对称布置的法向支承件10、通过十字接头6沿切线方向与各曲框1的两个端部连接并对称布置的第二环向加载件11、通过第一环向加载接头7与蒙皮2的环向上的一对边缘部连接并对称布置的第一环向加载件12。此外，如图3所示，该试验加载装置O还包括试验台13，法向加载件9以及法向支承件10的不与各曲框1连接的另一端部固定地连接至试验台13的底板，而第一环向加载件12的不与蒙皮2连接的另一端部以及第二环向加载件11的不与各曲框11连接的另一端部固定地连接至试验台13的侧壁板。由此，形成了本实施方式的安装有机身试验件S的试验加载装置O。

通过上述设置，使得法向加载件9关于各曲框1的中央对称地连接于各曲框1的中间区段，以沿着第一法线方向对各曲框1施加一对同方向且大小相等的法向力F1(参照图4)，其中，第一法线方向是蒙皮2的、各法向加载件9与各曲框1的连接部位处的法线方向。

通过上述设置，使得法向支承件10对称地连接于各曲框1的端部，以在法向加载件9向曲框1施加一对法向力F1的同时，沿着第二法线方向对各曲框1的两个端部提供一对大小相等且方向与F1的方向相反的支承力。

如此一来，各曲框1被施加有两对相反的力偶，使得各曲框1的中间部分(即一对法向力F1之间的部分)仅发生纯弯曲(即仅承受弯矩，不承受剪力)。

此外，通过上述设置，使得第一环向加载件12对称地连接于蒙皮2的环向上的一对边缘部，以沿着第一切线方向对蒙皮2施加多对(本实施方式中为四对)环向载荷F3(参照图2和图4)，其中，第一切线方向是蒙皮2的与其边缘部正交的切线方向。

通过上述设置，使得第二环向加载件11对称地连接于各曲框1的端部，以沿第二切线方向对各曲框1施加多对(本实施方式中为三对)轴向载荷F2(参照图2和图4)，其中，第二切线方向是各曲框1的两端部处的切线方向。

如此一来，在本实施方式中，由于采用连接并直接加载的方式，因此，将不存在接触式加载所带来的技术问题。此外，在本实施方式中，曲框1的个数为至少三个，因此，处于中间位置的曲框1的支承情况将接近真实情况。并且，在本实施方式中，除了考虑到壁板结构的面积对弯曲刚度的贡献而将曲框1与蒙皮2以及长桁3一体地设置成机身试验件S以外，通过配置第一环向加载件12和第二环向加载件11来提供环向载荷F3和轴向载荷F2，从而同时考虑了载荷对弯曲刚度的影响。其结果是，能够使试验记载的结果更符合真实情况。

需要说明的是，在本实施方式中，如图3所示，法向加载件9、第一环向加载件12以及第二环向加载件11均由作动筒构成，而法向支承件10由支承筒构成。不过，法向加载件9、第一环向加载件12以及第二环向加载件11的种类并不限定于作动筒，只要能够所要求方向的载荷，则可以由其他任意类型的作动构件构成，而对于法向支承件10而言，其也并不限定于支承筒，只要能起到支承的作用，也可由其他任意类型的支承构件构成。

另外，还需要说明的是，虽然在本实施方式中同时设置了法向加载件9、法向支承件10、第一环向加载件12以及第二环向加载件11以模拟曲框结构的真实受载情况，但并不仅限于这样的设置。例如，也可根据实际的试验需要，仅设置上述构件中的一部分。

此外，本发明在其范围内，能将各实施方式自由组合，或是将各实施方式适当变形、省略。

Claims (10)

1.一种试验加载装置，所述试验加载装置用于对飞机的机身结构试验件进行加载，

所述机身试验件包括曲面形状的蒙皮和沿着所述蒙皮的表面配置的曲框，

所述试验加载装置包括法向加载件，

其特征在于，

所述法向加载件构造成对称地连接于所述曲框，以沿着第一法线方向对所述曲框进行加载，

所述第一法线方向是所述蒙皮所在的曲面的、所述法向加载件与所述曲框连接的部位处的法线方向，

所述试验加载装置还包括第一环向加载件，

所述第一环向加载件构造成对称地连接于所述蒙皮的一对边缘部，以沿着第一切线方向对所述蒙皮进行加载，

所述第一切线方向是所述蒙皮所在的曲面的、与所述蒙皮的边缘部正交的切线方向。

2.如权利要求1所述的试验加载装置，其特征在于，

在所述蒙皮的表面上配置有至少三个所述曲框。

3.如权利要求1所述的试验加载装置，其特征在于，

所述试验加载装置还包括法向加载连接件，

所述法向加载连接件固定地连接在所述曲框上，

所述法向加载件通过所述法向加载连接件与所述曲框机械连接。

4.如权利要求3所述的试验加载装置，其特征在于，

所述曲框包括腹板部，

所述法向加载连接件固定地连接至所述曲框的所述腹板部。

5.如权利要求1所述的试验加载装置，其特征在于，

所述试验加载装置还包括法向支承件，

所述法向支承件构造成对称地连接于所述曲框的端部，以沿着第二法线方向对所述曲框进行支承，

所述第二法线方向是所述蒙皮所在的曲面的、所述曲框的端部处的法线方向。

6.如权利要求5所述的试验加载装置，其特征在于，

所述试验加载装置还包括法向支承连接件，

所述法向支承连接件固定地连接在所述曲框的端部，

所述法向支承件通过所述法向支承连接件与所述曲框机械连接。

7.如权利要求1所述的试验加载装置，其特征在于，

所述试验加载装置还包括第一环向加载连接件，

所述第一环向加载连接件固定地连接在所述蒙皮的所述边缘部，

所述第一环向加载件通过所述第一环向加载连接件与所述曲框的所述边缘部机械连接。

8.如权利要求7所述的试验加载装置，其特征在于，

所述第一环向加载连接件包括夹具。

9.如权利要求1所述的试验加载装置，其特征在于，

所述试验加载装置还包括第二环向加载件，

所述第二环向加载件构造成对称地连接于所述曲框的两端部，以沿着第二切线方向对所述曲框进行加载，

所述第二切线方向是所述蒙皮所在的曲面的、所述曲框的两端部处的切线方向。

10.如权利要求9所述的试验加载装置，其特征在于，

所述试验加载装置还包括第二环向加载连接件，

所述第二环向加载连接件固定地连接在所述曲框的所述两端部，

所述第二环向加载件通过所述第二环向加载连接件与所述曲框机械连接。

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