CN113740181A - 一种机翼油箱壁板撞击试验系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于结构试验力学领域，具体涉及一种适用于机翼油箱壁板承受发动机碎片或轮胎碎片撞击试验的机翼油箱壁板撞击试验夹具装置及其测试方法。该试验系统包括：机翼油箱假体、夹持板、角度调节连接器、支撑装置和数据采集单元，其中，所述机翼油箱假体通过所述角度调节连接器安装在所述支撑装置上，所述夹持板设置在所述机翼油箱假体上，所述数据采集单元分别设置在所述机翼油箱假体内部和前端。本发明具有结构简单，在同一个试验装置上不同碎片撞击角度试验，不需要重新设计试验夹具安装试验件，并且试验系统能够采集试验数据及碎片撞击姿态，保证了试验数据的完备性，试验设施简单，能够减少试验周期和降低试验成本。

Description

一种机翼油箱壁板撞击试验系统及其测试方法

技术领域

发明属于结构试验力学领域，具体涉及一种适用于机翼油箱壁板承受发动机碎片或轮胎碎片撞击试验的机翼油箱壁板撞击试验夹具装置及其测试方法。

背景技术

机翼是飞机的一个重要部件，对全机的飞行品质有重大影响。很多类型的飞机都选择将机翼设计为整体油箱以提高飞机空间结构的使用，机翼整体油箱是机翼结构中参与总体受力的相对独立的密封多闭室结构，可以减轻飞机总重量同时可以增加储油量，从而提升飞机的续航能力。机翼油箱壁板通常由蒙皮和长桁组成，跑道碎石、发动机非包容性碎片、轮胎碎片和轮缘碎片与机翼油箱壁板撞击后不能发生严重泄漏影响飞机安全性能。为保证油箱的安全性、可靠性和耐用性，需要通过实验测试表明验证油箱壁板受到碎片撞击后损伤状态及剩余强度，因此研究一种机翼油箱壁板碎片撞击试验装置具有很重要的意义。

发明内容

本发明公开了一种机翼油箱壁板撞击试验夹具装置及其测试方法，以解决现有技术的上述技术问题以及其他潜在问题中的任意问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种机翼油箱壁板撞击试验系统，所述试验系统包括：

机翼油箱假体，用于安装试验件，模拟试验件的真是使用环境；

夹持板，用于压紧并固定试验件；

角度调节连接器，用于调整所述机翼油箱假体的角度，模拟不同角度下受到冲击力；

支撑装置，用于安装所述机翼油箱假体，并提供支撑力；

数据采集单元，用于实时采集试验件受到碎片撞击后撞击区应变变化、冲击速度、碎片空中飞行姿态、撞击类型和撞击位置的数据，并保存；

其中，所述机翼油箱假体通过所述角度调节连接器安装在所述支撑装置上，所述夹持板设置在所述机翼油箱假体上，所述数据采集单元分别设置在所述机翼油箱假体内部和前端。

进一步，所述机翼油箱假体包括：试验件固定箱体、加强板、固定耳片和扶手；

其中，所述试验件固定箱体的前端面为试验件安装区域，两块所述加强板设置在所述试验件固定箱体后端面上，所述固定耳片对称设置在两块所述加强板上，所述扶手对称设置所述试验件固定箱体的左右两侧的箱体上。

进一步，所述机翼油箱假体还包括吊耳，所述吊耳设置在所述机翼油箱假的顶部。

进一步，所述试验件安装区域的中心为第一矩形开口，位于所述第一矩形开口四周侧的箱体上设有若干第一螺栓孔，所述第一矩形开口的内侧壁上设有凹槽。

进一步，所述夹持板的中心为第二矩形开口，位于所述矩形开口四周侧上设有若干第二螺栓孔。

进一步，所述支撑装置包括：竖直立柱、底座、水平横梁和斜撑杆，

其中，2个所述竖直立柱对称设置在所述底座的一端的端部，2个所述斜撑杆一端与2个所述竖直立柱上端固接，另一端与所述底座的另一端的固接，至少一个所述水平横梁设置在2个所述竖直立柱之间。

进一步，所述水平横梁采用由工字钢制成，所述底座采用U型槽钢制成，并在U型槽钢腹板开设有固定槽，所述竖直立柱的设置在所述固定槽内。

进一步，所述角度调节连接器包括2个上调节连杆、2个下调节连杆、第一调节孔和第二调整孔，

其中，2个所述上调节连杆和2个所述下调节连杆均包括连接耳和连接臂，

2个所述下调节连杆的连接臂上对称设有若干第一调节孔，

所述第二连接孔设置在2个所述竖直立柱上。

进一步，所述数据采集单元包括：上位机、动态应变仪、测速仪和高速摄像机，

其中，所述动态应变仪设置在所述机翼油箱假体的内部，所述测速仪和高速摄像机设置在所述机翼油箱假体的前端，

所述动态应变仪、测速仪和高速摄像机均与所述上位机连接。

本发明的另一目的是提供一种采用上述的试验系统的实验方法，具体包括以下步骤：

S1）将试验件安装在机翼油箱假体上；

S2）将数据采集单元设置在相应的位置，启动采集单元；

S3）通过通改变倾斜角度与伸出段长度实现机翼油箱假体在不同角度下受到冲击，数据采集单元实时采集试验件受到碎片撞击后撞击区应变变化、冲击速度、碎片空中飞行姿态、撞击类型和撞击位置的数据，并保存。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明具有结构简单，在同一个试验装置上不同碎片撞击角度试验，不需要重新设计试验夹具安装试验件，并且试验系统能够采集试验数据及碎片撞击姿态，保证了试验数据的完备性，试验设施简单，能够减少试验周期和降低试验成本。

附图说明

图1为本发明一种机翼油箱壁板撞击试验系统的整体示意图；

图2为本发明的机翼油箱壁板撞击试验系统的正视示意图；

图3为本发明的机翼油箱假体的正视示意图；

图4本发明的机翼油箱假体的后视示意图支撑装置；

图5为本发明的数据采集单元示意图；

图6为本发明的角度调节连接器和支撑装置的结构示意图。

图中：

1.机翼油箱假体、1-1.试验件固定箱体、1-11.第一矩形开口、1-2.第一螺栓孔、1-13.凹槽、1-2.加强板、1-3.固定耳片、1-4.扶手、1-5.吊耳、2.夹持板、2-1.第二矩形开口、2-2. 第二螺栓孔、3.角度调节连接器、3-1.上调节连杆、3-2.下调节连杆、3-3.第一调节孔、3-4.第二调整孔、3-5.连接耳、3-6.连接臂、3-7.螺栓、4.支撑装置、4-1.竖直立柱、4-2.底座、4-21.固定槽、4-3.水平横梁、4-4.斜撑杆、5.数据采集单元、5-1.上位机、5-2.动态应变仪、5-3.测速仪、5-4.高速摄像机。

具体实施方法

为使本发明实施的目的、技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

如图1和图2所示，本发明一种机翼油箱壁板撞击试验系统，所述试验系统包括：机翼油箱假体1、夹持板2、角度调节连接器3、支撑装置4和数据采集单元5，

其中，所述机翼油箱假体1通过所述角度调节连接器3安装在所述支撑装置4上，所述夹持板2设置在所述机翼油箱假体1上，所述数据采集单元5分别设置在所述机翼油箱假体1内部和前端。

如图3和图4所示，所述机翼油箱假体1包括：试验件固定箱体1-1、加强板1-2、固定耳片1-3和扶手1-4；

其中，所述试验件固定箱体1-1的前端面为试验件安装区域，两块所述加强板1-2设置在所述试验件固定箱体1-1后端面上，所述固定耳片1-3对称设置在两块所述加强板1-2上，所述扶手1-4对称设置所述试验件固定箱体1的左右两侧的箱体上。

所述机翼油箱假体1-1还包括吊耳1-5，所述吊耳1=5设置在所述机翼油箱假1-1的顶部。

所述试验件安装区域1-1的中心为第一矩形开口1-11，位于所述矩形开口四周侧的箱体上设有若干第一螺栓孔1-12，所述矩形开口的内侧壁上设有凹槽1-13。

所述夹持板2的中心为第二矩形开口2-1，位于所述矩形开口四周侧上设有若干第二螺栓孔2-2。

如图6所示，所述支撑装置4包括：竖直立柱4-1、底座4-2、水平横梁4-3和斜撑杆4-4，

其中，2个所述竖直立柱4-1对称设置在所述底座4-2的一端的端部，2个所述斜撑杆4-4一端与2个所述竖直立柱4-1上端固接，另一端与所述底座4-2的另一端的固接，至少一个所述水平横梁4-3设置在2个所述竖直立柱4-1之间。

所述水平横梁4-3采用由工字钢制成，所述底座4-2采用U型槽钢制成，并在U型槽钢腹板开设有固定槽4-21，所述竖直立柱4-1的设置在所述固定槽4-21内。

所述角度调节连接器3包括2个上调节连杆3-1、2个下调节连杆3-2、第一调节孔3-3和第二调整孔3-4，

其中，2个所述上调节连杆3-1和2个所述下调节连杆3-2均包括连接耳3-6和连接臂3-7，

2个所述下调节连杆3-2的连接臂3-6上对称设有若干第一调节孔3-3，

所述第二连接孔3-4设置在2个所述竖直立柱4-1上。

其中，若干第一调节孔3-3水平设置在所述连接臂3-7上，用于调整前后位置，

若干所述第二连接孔3-4设置在所述竖直立柱4-1上，用于调整上下位置，实现倾斜角度调整。

如图5所示，所述数据采集单元5包括：上位机5-1、动态应变仪5-2、测速仪5-3和高速摄像机5-4，

其中，所述动态应变仪4-2设置在所述机翼油箱假体1的内部，所述测速仪5-3和高速摄像机5-4设置在所述机翼油箱假体1的前端，

所述动态应变仪5-2、测速仪5-3和高速摄像机5-4均与所述上位机5-1连接。

一种采用上述的试验系统的实验方法，具体包括以下步骤：

S1）将试验件安装在机翼油箱假体上；

S2）将数据采集单元设置在相应的位置，启动采集单元；

S3）通过通改变倾斜角度与伸出段长度实现机翼油箱假体在不同角度下受到冲击，数据采集单元实时采集试验件受到碎片撞击后撞击区应变变化、冲击速度、碎片空中飞行姿态、撞击类型和撞击位置的数据，并保存。

实施例：

一种机翼油箱壁板撞击试验夹具，机翼油箱假体1的试验件固定箱体1-1前端为第一矩形开口1-11，第一矩形开口1-11与壁板试验件几何尺寸相当，在第一矩形开口1-11的边缘四周设置深度不小于试验件夹持端厚度的凹槽1-13，凹槽1-13宽度与试验件壁板夹持端几何尺寸相当，以便于壁板试验件安装、定位及拆卸。

试验件固定箱体1-1的顶部上焊接两个吊耳1-5，两个吊耳1-5距离为0.8W（W为箱体上表面长度），用于转运试验装置。在侧壁上焊接扶手1-4，便于操作技术人员精确调整试验装置位置及撞击角度。

夹持板2采用钢板制成，夹持板2的几何尺寸和机翼第一矩形开口1-11的尺寸一致，在同一基准下钻制与油箱壁板支撑假体相同的螺栓孔，通过螺栓将夹持板2连接与试验件固定箱体1-1连接并将试验件固定。

在距离凹槽外缘四周设置直径为D的螺栓孔，螺栓间距为4-6D。在开口箱体底面焊接加强板1-2，用于分散固定耳片1-3处的集中力。

如图5所示，所示数据采集单元5包括：上位机5-1、动态应变仪5-2、测速仪5-3、高速相机5-4，测速仪5-31位于机翼油箱假体1前10-15cm处，以保证测得速度与撞击到壁板上的速度是相符合的；高速摄像机5-4位于碎片与试验件撞击轨迹一侧，用于记录碎片空中飞行姿态。动态应变仪5-2用于对机翼壁板受到碎片撞击后的变形进行动态应变测量；将测速仪5-3、高速相机5-4和动态应变仪5-2测得的数据通过数据传输线缆传输到上位机5-1内，对数据进行存储及分析。

所述支撑装置4包括：竖直立柱4-1、底座4-2、水平横梁4-3和斜撑杆4-4，

水平横梁4-3采用金属板切削而成，竖直立柱4-1通过螺栓3-7连接。竖直立柱4-1和底座4-2采用U型槽钢制备而成，底座4-2的U型槽钢腹板切割固定槽，并通过螺栓与地面基座固定连接，同时便于移动及定位。水平横梁4-3采用工字钢，水平横梁4-3和竖直立柱4-1通过焊接连接，增加固定装置刚度及稳定性，防止失稳。斜撑杆4-3采用工字钢，斜撑杆4-3一端与竖直立柱4-1焊接，另一端与底座4-2焊接，用于增加竖直立柱4-1的刚度及稳定性。

安装顺序为：

现将支撑装置4与地基初始定位，通过螺栓将底座4-2与地面固定；

进一步地，依据试验大纲要求的冲击角度，首先角度调节连接器3位置，通过调整下调节连杆3-2的第一调节孔3-3和第二调节孔3-4的位置，实现倾角和伸出段长度调整冲击角度，利用螺栓进行固定；

进一步地，将机翼油箱假体1的底面放置在四个水平橡胶垫片上，将油箱壁板试验件缓慢放置开口凹槽1-13内；

进一步地，将夹持板2的第二螺栓孔2-1与第一螺栓孔1-13对齐，通过螺栓将夹持板2和机翼油箱假体1固定；

进一步，通过机翼油箱假体1的起吊点将其转运至支撑装置4的前端，同时操作技术人员利用手扶手1-4调整机翼油箱假体1的位置，通过螺栓将支撑装置4和机翼油箱假体1固定，完成初始定位；

进一步，移动支撑装置4位置使试验件冲击点处于要求正确位置，通过紧固件再次将支撑装置4与地基固定。

进一步，将试验件上的应变片与动态应变仪5-2相连并进行调试，安装测速仪5-3和高速相机5-4并进行调试。对相关试验设备进行检查，确认试验设备完好，并详细记录。

以上对本申请实施例所提供的一种机翼油箱壁板撞击试验系统及其测试方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

Claims (10)

1.一种机翼油箱壁板撞击试验系统，其特征在于，所述试验系统包括：

机翼油箱假体，用于安装试验件，模拟试验件的真是使用环境；

夹持板，用于压紧并固定试验件；

角度调节连接器，用于调整所述机翼油箱假体的角度，模拟不同角度下受到冲击力；

支撑装置，用于安装所述机翼油箱假体，并提供支撑力；

数据采集单元，用于实时采集试验件受到碎片撞击后撞击区应变变化、冲击速度、碎片空中飞行姿态、撞击类型和撞击位置的数据，并保存；

其中，所述机翼油箱假体通过所述角度调节连接器安装在所述支撑装置上，所述夹持板设置在所述机翼油箱假体上，所述数据采集单元分别设置在所述机翼油箱假体内部和前端。

2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述机翼油箱假体包括：试验件固定箱体、加强板、固定耳片和扶手；

其中，所述试验件固定箱体的前端面为试验件安装区域，两块所述加强板设置在所述试验件固定箱体后端面上，所述固定耳片对称设置在两块所述加强板上，所述扶手对称设置所述试验件固定箱体的左右两侧的箱体上。

3.根据权利要求2所述的试验系统，其特征在于，所述机翼油箱假体还包括吊耳，所述吊耳设置在所述机翼油箱假的顶部。

4.根据权利要求2所述的试验系统，其特征在于，所述试验件安装区域的中心为第一矩形开口，位于所述第一矩形开口四周侧的箱体上设有若干第一螺栓孔，所述第一矩形开口的内侧壁上设有凹槽。

5.根据权利要求1所述的机翼油箱壁板撞击试验系统，其特征在于，所述夹持板的中心为第二矩形开口，位于所述矩形开口四周侧上设有若干第二螺栓孔。

6.根据权利要求1所述的机翼油箱壁板撞击试验系统，其特征在于，所述支撑装置包括：竖直立柱、底座、水平横梁和斜撑杆，

其中，2个所述竖直立柱对称设置在所述底座的一端的端部，2个所述斜撑杆一端与2个所述竖直立柱上端固接，另一端与所述底座的另一端的固接，至少一个所述水平横梁设置在2个所述竖直立柱之间。

7.根据权利要求6所述的机翼油箱壁板撞击试验系统，其特征在于，所述水平横梁采用由工字钢制成，所述底座采用U型槽钢制成，并在U型槽钢腹板开设有固定槽，所述竖直立柱的设置在所述固定槽内。

8.根据权利要求6所述的机翼油箱壁板撞击试验系统，其特征在于，所述角度调节连接器包括2个上调节连杆、2个下调节连杆、第一调节孔和第二调整孔，

其中，2个所述上调节连杆和2个所述下调节连杆均包括连接耳和连接臂，

2个所述下调节连杆的连接臂上对称设有若干第一调节孔，

所述第二连接孔设置在2个所述竖直立柱上。

9.根据权利要求1所述的机翼油箱壁板撞击试验系统，其特征在于，所述数据采集单元包括：上位机、动态应变仪、测速仪和高速摄像机，

其中，所述动态应变仪设置在所述机翼油箱假体的内部，所述测速仪和高速摄像机设置在所述机翼油箱假体的前端，

所述动态应变仪、测速仪和高速摄像机均与所述上位机连接。

10.一种采用权利要求1-9任意一项所述的试验系统的实验方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1)将试验件安装在机翼油箱假体上；

S2)将数据采集单元设置在相应的位置，启动采集单元；

S3)通过通改变倾斜角度与伸出段长度实现机翼油箱假体在不同角度下受到冲击，数据采集单元实时采集试验件受到碎片撞击后撞击区应变变化、冲击速度、碎片空中飞行姿态、撞击类型和撞击位置的数据，并保存。

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