CN115014746A - 一种机翼随动变形加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞行器强度试验技术领域，提出了一种机翼随动变形加载装置。该装置通过斜支座上的滑块连接加载作动器，实现加载装置通过改变其位置实现加载装置的输出轴与机翼试验件的翼面加载处尽可能保持垂直关系。通过加载装置上的力传感器、机翼试验件上的激光位移传感器以及导轨丝杠与控制设备连接，实现位置随动控制和加载载荷控制。本发明提供一种能够实现大位移、大转角的机翼随动变形加载装置，保证加载载荷方向尽可能垂直于翼面；且应用范围广，该装置适用于不同外形的机翼强度试验加载。

Description

一种机翼随动变形加载装置

技术领域

本发明属于飞行器强度试验技术领域，尤其涉及一种机翼随动变形加载装置。

背景技术

结构静强度试验是在科学分析的基础上，经过周密的试验设计，按照预定方案在结构件(试验件)的主要承力部位施加设定的静态载荷，然后观察并记录在这种静态载荷下的结构强度反应，进而确定其静强度特性。

大展弦比机翼的变形特点是整体弯曲变形较大，尤其是翼尖位置更为明显，在机翼结构强度试验中为更好地模拟机翼受载情况，不仅要在有限的空间内利用有限数量的加载力准确地等效出弹性模型的分布式面载荷，还要使得力加载方向能够跟随翼面的弹性变形来进行调整，必须始终保持加载力方向垂直于翼面。有时受限于试验环境的空间大小，对于加载机构的尺寸，尤其是沿机翼展向的加载机构尺寸有所研制。

故为检查机翼的强度特性以及极限载荷条件下的破坏特性，面向机翼强度试验，设计一种能够提供大变形、大转角，且空间占用小的分布式随动变形加载装置，保证加载载荷方向尽可能垂直于翼面。

发明内容

针对现有大展弦比机翼整体弯曲变形较大的问题，设计一种机翼随动变形加载装置，能够保证加载载荷方向尽可能垂直于翼面。

本发明的技术方案：一种机翼随动变形加载装置，包括斜支座1、伺服电机2、导轨丝杠3、滑块4、加载作动器5、力传感器6、加载机构7和激光位移传感器8；

斜支座1的斜面上固定有导轨丝杠3，伺服电机2固定于斜支座1上，其输出轴与导轨丝杠3同轴线；伺服电机2的输出轴控制滑块4于导轨丝杠3上滑动；滑块4上设置有铰支座，加载作动器5一端的铰接装置与铰支座连接；加载作动器5与滑块4之间夹角可调，保证加载作动器5的输出力方向始终沿着机翼受载点的法线方向；加载作动器5的输出轴与加载机构7连接，二者间设置有高精度力传感器6，用于实时监测加载作动器5输出至机翼受载点的力大小，并将该值反馈输出至控制设备；加载机构7与机翼试验件9之间采用拉压垫或吸盘连接固定方式，保证连接处能够传递压向载荷并没有侧向滑移；机翼试验件9上的机翼受载点旁设置有一激光位移传感器8，通过测量其上多点与加载作动器5输出轴之间的距离，确定输出轴与机翼试验件9翼面加载处的垂直关系，并将监测值实时反馈至控制设备；控制设备分别连接力传感器6、激光位移传感器8和导轨丝杠3，实现闭环控制。

所述加载作动器5为具有一定行程的液压缸或者电缸。

所述加载作动器5的本体长度和可伸缩长度根据试验件实际变形范围及试验参数计算确定。

所述加载机构7设有多个支点，用于与机翼试验件9连接并加载。

所述加载作动器5与加载机构7的连接方式为关节轴承或者球铰连接。

所述斜支座1的斜面倾角根据加载作动器5行程、工作空间大小进行计算确定，斜支座1底面水平固定于地面上。

所述斜支座1、导轨丝杠3和滑块4配合的位置控制方式在极大程度上减小了加载装置的展向长度，节省空间。

所述闭环控制包括位置随动控制和加载载荷控制；

位置随动控制具体为：机翼试验件9发生变形后，激光位移传感器8将监测到加载作动器5轴线与翼面加载处不垂直的信号输送至控制设备，控制设备控制伺服电机2转动，从而使滑块4沿着导轨丝杠3产生直线运动，通过改变加载作动器5底部位置来达到改变其加载方向的目的；当激光位移传感器8监测到加载作动器5轴线与翼面加载处垂直的信号后，传输至控制设备，控制设备停止伺服电机2的工作，完成一次闭环控制；此时由于载荷控制随之发生，因此变形角度随时变化，随动控制过程也一直循环下去；

加载载荷控制具体为：加载作动器5一直存在加载力，位置随动控制一直存在，为实现法向随动加载，加载作动器5施加力的方向和大小也一直在调整；激光位移传感8实时监控反馈加载作动器5轴线与翼面的垂直关系用以调整力加载方向，力传感器6实时反馈载荷施加点处的受力大小，控制设备根据力传感器6的反馈值对加载作动器5的施加力大小进行调整，该调整又会影响到机翼试验件9的变形角度，从而影响到位置随动控制；位置随动控制过程和加载载荷控制过程互相影响并协调运作，实现随动加载的过程。

该机翼随动变形加载装置用于机翼强度试验，在一定程度上满足翼面载荷的法向加载，并极大程度上节省试验空间。

本发明提供的机翼随动变形加载装置，能够在机翼试验件发生未知的弯曲变形时，采用调整加载作动器5倾斜角度的方式进行翼面载荷的随动加载，从而实现机翼尤其是大展弦比机翼在强度试验过程中发生较大变形时所受载荷状态的真实模拟，同时该装置也可以满足空间内不同方向载荷的随动加载，节省加载作动器的长度以及加载装置展向所占空间大小，并节省试验成本。

本发明的有益效果在于：(1)提供一种能够实现大位移、大转角的机翼随动变形加载装置，保证加载载荷方向尽可能垂直于翼面；(2)适应性强，可以根据试验样件的实际尺寸、现场的实际空间大小，选择不同形式的加载装置；(3)应用范围广，该方法适用于不同外形的机翼强度试验加载；(4)该方法可操作性强，且成本较低。

附图说明

图1为机翼随动变形加载装置结构示意图。

图2为机翼随动变形加载装置局部结构示意图。

图3为机翼随动变形加载装置试验初始状态示意图。

图4为机翼随动变形加载装置位置随动控制过程示意图。

图5为机翼随动变形加载装置加载控制过程示意图。

图中：1-斜支座，2-伺服电机，3-导轨丝杠，4-滑块，5-加载作动器，6-力传感器，7-加载机构，8-激光位移传感器，9-机翼试验件。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明中一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面根据本发明的技术方案和附图说明对该随动加载装置进行详细说明：

本发明所涉及的一种机翼随动变形加载装置包括斜支座1、伺服电机2、导轨丝杠3、滑块4、加载作动器5、力传感器6、加载机构7和激光位移传感器8，其组合可以对机翼试验件9进行静强度试验。

斜支座1的倾斜角大小根据预计加载作动器5行程、试验工作台空间大小等提前计算确定，斜支座1底面通过螺栓连接或其他方式水平固定于地面上，其结构可以多样化，此处不再一一列举。

在斜支座1的斜面上设置有导轨丝杠3，导轨可通过焊接、卡接或者利用螺栓连接等方式与斜面进行固定连接。伺服电机2输出轴与导轨丝杠3同轴线，伺服电机2法兰端通过螺栓等方式连接固定于斜支座1上。

滑块4可以是长方体结构，与导轨丝杠3配合相连，在伺服电机2的驱动作用下，带动滑块4沿着导轨丝杠3做直线运动，其位置精确可控。在滑块4上设置有铰支座。

加载作动器5一般为具有一定行程液压缸或者电缸，在其底部有铰接装置，用于与滑块4上的铰支座铰接。通过滑块4位置的移动可以改变加载作动器5底部的位置，改变加载作动器5与滑块4之间的夹角，从而保证加载作动器5的输出力方向始终沿着机翼受载点的法线方向，从而实现法向随动加载。加载作动器5的本体长度和可伸缩长度应当根据试验件实际变形范围及相关试验参数，提前设计选型确定。

加载作动器5的输出轴上设置有高精度力传感器6，可以实时监测加载作动器5输出至机翼加载点的力大小，并将该值反馈输出至控制设备，为后续试验调整进行准备。

加载作动器5和加载机构7之间采用关节轴承或者球铰的连接方式。

加载机构7和机翼试验件9之间采用拉压垫、吸盘等连接固定方式，保证连接处可以传递压向载荷并没有侧向滑移。

在机翼试验件9受载点一旁设置有一激光位移传感器8，其可以通过测量与加载作动器5输出轴之间的距离，用于确定输出轴与翼面加载处的垂直关系，将监测值实时反馈至控制设备。

控制设备根据传感器的数值，综合计算，决定输出力的大小、滑块的具体位置，实现基于力反馈的闭环控制。

下面对某一实施例的具体过程进行详细描述说明。

加载装置初始状态如图3所示，加载作动器5竖直或提前预偏一小角度，保证其作动筒轴线垂直于翼面试验件9加载点；试验开始后，控制设备率先给加载作动器5下达施加载荷命令，加载作动器5从零开始按照指令增大输出载荷，输出轴上的力传感器6将实时反馈载荷大小至控制设备，机翼试验件9由于受力而开始产生变形。

发生变形之后，根据力传感器6和激光位移传感器8的数据反馈相继产生两个闭环控制，首先是位置随动控制，然后是加载载荷控制，两个控制过程同时进行并相互影响，在协调动作下实现整个加载装置的随动加载。

位置随动控制的过程是，当机翼试验件9发生变形后，如图4所示，激光位移传感器8监测到加载作动器5轴线与翼面加载处不垂直，产生信号至控制设备，控制设备接收该信号，并给伺服电机2命令，伺服电机2使滑块4沿着导轨丝杠3产生直线运动，通过改变加载作动器5底部位置来达到改变加载作动器5加载方向的目的；如图5所示，当激光位移传感器8监测到加载作动器5轴线与翼面加载处垂直后，产生新的信号至控制设备，控制设备再次接收信号，停止伺服电机2的工作，完成一次闭环控制，此时由于加载载荷控制也在发生，因此变形角度随时变化，因此位置随动控制过程也一直循环下去。

加载载荷控制的过程是，加载作动器5一直存在加载力，位置随动控制一直在发生，为实现法向随动加载，加载作动器5施加力的方向和大小也一直在调整，激光位移传感8实时监控反馈作动器轴线与翼面的垂直关系用以调整力加载方向，力传感器6实时反馈载荷施加点处的受力大小，控制设备根据力传感器6的反馈值对加载作动器5的施加力大小进行调整，如图5所示，而该调整又会影响到变形角度，因此影响到位置随动控制，因此两个控制过程互相影响并协调运作，实现随动加载的过程。

多台随动变形加载装置可以针对同一试验件的多个不同加载点同时进行加载试验。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。

Claims (8)

1.一种机翼随动变形加载装置，其特征在于，该机翼随动变形加载装置包括斜支座(1)、伺服电机(2)、导轨丝杠(3)、滑块(4)、加载作动器(5)、力传感器(6)、加载机构(7)和激光位移传感器(8)；

斜支座(1)的斜面上固定有导轨丝杠(3)，伺服电机(2)固定于斜支座(1)上，其输出轴与导轨丝杠(3)同轴线；伺服电机(2)的输出轴控制滑块(4)于导轨丝杠(3)上滑动；滑块(4)上设置有铰支座，加载作动器(5)一端的铰接装置与铰支座连接；加载作动器(5)与滑块(4)之间夹角可调，保证加载作动器(5)的输出力方向始终沿着机翼受载点的法线方向；加载作动器(5)的输出轴与加载机构(7)连接，二者间设置有高精度力传感器(6)，用于实时监测加载作动器(5)输出至机翼受载点的力大小，并将该值反馈输出至控制设备；加载机构(7)与机翼试验件(9)之间采用拉压垫或吸盘连接固定方式，保证连接处能够传递压向载荷并没有侧向滑移；机翼试验件(9)上的机翼受载点旁设置有一激光位移传感器(8)，通过测量其上多点与加载作动器(5)输出轴之间的距离，确定输出轴与机翼试验件(9)翼面加载处的垂直关系，并将监测值实时反馈至控制设备；控制设备分别连接力传感器(6)、激光位移传感器(8)和导轨丝杠(3)，实现闭环控制。

2.根据权利要求1所述的机翼随动变形加载装置，其特征在于，所述加载作动器(5)为具有一定行程的液压缸或者电缸。

3.根据权利要求1或2所述的机翼随动变形加载装置，其特征在于，所述加载作动器(5)的本体长度和可伸缩长度根据试验件实际变形范围及试验参数计算确定。

4.根据权利要求1所述的机翼随动变形加载装置，其特征在于，所述加载机构(7)设有多个支点，用于与机翼试验件(9)连接并加载。

5.根据权利要求2或4所述的机翼随动变形加载装置，其特征在于，所述加载作动器(5)与加载机构(7)的连接方式为关节轴承或者球铰连接。

6.根据权利要求1所述的机翼随动变形加载装置，其特征在于，所述斜支座(1)的斜面倾角根据加载作动器(5)行程、工作空间大小进行计算确定，斜支座(1)底面水平固定于地面上。

7.根据权利要求1所述的机翼随动变形加载装置，其特征在于，所述闭环控制包括位置随动控制和加载载荷控制；

位置随动控制具体为：机翼试验件(9)发生变形后，激光位移传感器(8)将监测到加载作动器(5)轴线与翼面加载处不垂直的信号输送至控制设备，控制设备控制伺服电机(2)转动，从而使滑块(4)沿着导轨丝杠(3)产生直线运动，通过改变加载作动器(5)底部位置来达到改变其加载方向的目的；当激光位移传感器(8)监测到加载作动器(5)轴线与翼面加载处垂直的信号后，传输至控制设备，控制设备停止伺服电机(2)的工作，完成一次闭环控制；此时由于载荷控制随之发生，因此变形角度随时变化，随动控制过程也一直循环下去；

加载载荷控制具体为：加载作动器(5)一直存在加载力，位置随动控制一直存在，为实现法向随动加载，加载作动器(5)施加力的方向和大小也一直在调整；激光位移传感(8)实时监控反馈加载作动器(5)轴线与翼面的垂直关系用以调整力加载方向，力传感器(6)实时反馈载荷施加点处的受力大小，控制设备根据力传感器(6)的反馈值对加载作动器(5)的施加力大小进行调整，该调整又会影响到机翼试验件(9)的变形角度，从而影响到位置随动控制；

位置随动控制过程和加载载荷控制过程互相影响并协调运作，实现随动加载的过程。

8.根据权利要求7所述的机翼随动变形加载装置，其特征在于，所述位置随动控制基于激光位移传感器(8)实时监测加载作动器(5)轴线与翼面加载处是否保持垂直关系，并通过反馈调节达到加载方向始终沿翼面法向目的。

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