CN115683613A - 燃气舵操纵机构的静强度试验方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种燃气舵操纵机构的静强度试验方法及系统；所述方法包括：获取所述燃气舵操纵机构在扭转载荷下的第一静强度值；获取所述燃气舵操纵机构在使用载荷下的第二静强度值；根据所述第一静强度值和第二静强度值建立可靠度数学模型；根据所述可靠度数学模型生成第一静强度可靠度值；根据所述可靠度数学模型生成第二静强度可靠度值。通过数学模型对静强度值进行可靠度评估，通过试验测量能够确定燃气舵操纵机构可靠度特征量，为考核燃气舵操纵机构极限承载能力提供了一种合理的手段，解决了燃气舵操纵机构可靠度评估问题。

Description

燃气舵操纵机构的静强度试验方法及系统

技术领域

本申请涉及航天试验装置技术领域，尤其涉及一种燃气舵操纵机构的静强度试验方法及系统。

背景技术

在发动机喷流作用下，燃气舵面会产生非常大的气动力，而燃气舵操纵机构作为带动燃气舵面转动的关键部件，应有足够的承载强度保证其在承受气动载荷时能够完成运动功能。在燃气舵操纵机构设计过程中，需要在静强度方面解决两个关键问题：一是在燃气舵运动至极限位置情况下，其各零部件强度是否能够满足设计要求；二是操纵机构极限承载能力如何考核。

目前，利用有限元仿真分析软件进行仿真计算，是获取燃气舵操纵机构关键零部件静强度最常用的方式，而模型精度、边界条件的设置以及材料参数的不确定性等都会对有限元仿真分析结果产生一定影响。同时，燃气舵操纵机构作为飞行器结构的关键组成部分，在对飞行器结构进行可靠度评估时，需要开展操纵机构静强度可靠度评估。而如何确定燃气舵操纵机构可靠度特征量，并如何通过试验测量该特征量是亟待解决的问题；因此，发明人在于针对上述问题进行研发改进，致力于提出一种能够满足燃气舵操纵机构的静强度试验需求，确定可靠度特征量中主要性能参数的静强度试验方法。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种燃气舵操纵机构的静强度试验方法及系统，通过对燃气舵操纵机构进行承载能力的考核提供一种合理的手段，解决了燃气舵操纵机构可靠度评估的问题。

基于上述目的，本申请提供了一种燃气舵操纵机构的静强度试验方法及系统。

第一方面，公开一种燃气舵操纵机构的静强度试验方法，所述方法包括：

获取所述燃气舵操纵机构在扭转载荷下的第一静强度值；

获取所述燃气舵操纵机构在使用载荷下的第二静强度值；

根据所述第一静强度值和第二静强度值建立可靠度数学模型；

根据所述可靠度数学模型生成第一静强度可靠度值；

根据所述可靠度数学模型生成第二静强度可靠度值。

在上述基础上进一步地，所述第一静强度值包括第一负载力矩值和第二负载力矩值，所述第二静强度值包括第一使用载荷力值和第二使用载荷力值；

所述燃气舵操纵机构包括安装底座、舵面、支座、摇臂和操纵杆，所述舵面位于两端的孔连接有不同方向的水平液压油缸，所述支座坐落在所述安装底座上，所述支座上设有与所述舵面连接的舵轴，所述舵轴连接所述摇臂，所述摇臂连接至所述操纵杆的一端，所述操纵杆的另一端与所述底座连接。

在一种可选的实施例中，获取所述燃气舵操纵机构在扭转载荷下的第一静强度值，还包括如下步骤：

获取第一负载力矩值；

其中，所述第一负载力矩值基于所述燃气舵操纵机构的规格参数生成；

控制所述液压油缸向所述舵面的两端施加不同方向的第一拉力，将所述第一拉力逐渐增加至所述第一负载力矩值；

卸载所述第一拉力，检查所述摇臂和操纵杆的工况；

判断所述摇臂和操纵杆的工况为损坏时，判定所述燃气舵操纵机构不满足扭转载荷的基本静强度需求；

判断所述摇臂和操纵杆的工况为正常时，继续施加第一拉力，直至所述摇臂和操纵杆的工况损坏，卸载所述第一拉力，记录此时的第一拉力为所述第二负载力矩值。

在一种可选的实施例中，获取所述燃气舵操纵机构在使用载荷下的第二静强度值，包括如下步骤：

调整所述液压油缸的水平高度，使得所述液压油缸轴线的水平高度与所述舵面的中间孔高度保持在同一水平线上；

获取第一使用载荷力值；

其中，所述第一使用载荷力值为在轴向方向上所述液压油缸对所述舵面施加的第二拉力，所述第二拉力通过燃气舵测力试验获得；

卸载所述第二拉力，检查所述支座、舵轴连接的安装轴承的工况；

判断支座、舵轴连接的安装轴承为损坏时，判定所述燃气舵操纵机构不满足使用载荷的基本静强度需求；

判断所述支座、舵轴连接的安装轴承的工况为正常时，继续施加第二拉力，直至所述支座、舵轴连接的安装轴承损坏，卸载所述第二拉力，记录此时的第二拉力为所述第二使用载荷力值。

在一种可选的实施例中，所述根据所述可靠度数学模型生成第一静强度可靠度值，包括如下步骤：

采集多组所述第二负载力矩值和第二使用载荷力值；

根据所述第二负载力矩值评估生成扭转载荷静强度可靠度值；

根据所述第二使用载荷力值评估生成使用载荷静强度可靠度值；

根据所述扭转载荷静强度可靠度值和所述使用载荷静强度可靠度值生成燃气舵操纵机构可靠度值。

在一种可选的实施例中，根据所述第二负载力矩值评估生成扭转载荷静强度可靠度值，还包括如下步骤：

获取多样本组所述第二负载力矩值的均值和标准差；

建立数学模型获取第一强度均值和第一应力均值；

根据所述第一强度均值和第一应力均值计算得出第一置信下限。

在一种可选的实施例中，所述根据所述第二负载力矩值评估生成扭转载荷静强度可靠度值，根据如下步骤实现：

获取多样本组所述第二负载力矩值的均值，通过下式实现：

式中，P_2,i为第二负载力矩值，

为第二负载力矩值的均值，n为第二负载力矩值的样本数；

获取多样本组所述第二负载力矩值的标准差，通过下式实现：

式中，P_2,i为第二负载力矩值，

为第二负载力矩值的均值，σ_P2为第二负载力矩值的标准差，n为第二负载力矩值的样本数；

所述第一强度均值由下式实现：

式中，μ_S1为在试验条件下的第一强度均值；C_S1为强度变异系数，u_γ为正态概率系数；

强度变异系数C_S1通过下式获得：

扭转载荷静强度可靠度值R_S1的第一置信下限，通过下式计算得出：

式中，Φ表示为标准正态分布函数，γ为置信度。

在一种可选的实施例中，根据所述第二使用载荷力值评估生成使用载荷静强度可靠度值，还包括如下步骤：

获取多组所述第二使用载荷力值的均值和标准差；

建立数学模型获取第二强度均值和第二应力均值；

根据所述第二强度均值和第二应力均值计算得出第二置信下限。

在一种可选的实施例中，根据所述第二使用载荷力值评估生成使用载荷静强度可靠度值，根据如下步骤实现：

获取多样本组所述第二使用载荷力值的均值，通过下式实现：

式中，F_2,i为第二使用载荷力值，

为第二使用载荷力值的均值，n为第二使用载荷力值的样本数；

获取多样本组所述第二使用载荷力值的标准差，通过下式实现：

式中，σ_F2为第二使用载荷力值的标准差；

所述第二强度均值由下式实现：

式中，μ_S2为在试验条件下的第二强度均值；C_S2为强度变异系数，u_γ为正态概率系数；

强度变异系数C_S2通过下式获得：

使用载荷静强度可靠度值R_S2的第二置信下限，通过下式计算得出：

式中，Φ表示为标准正态分布函数，γ为置信度。

在上述基础上进一步作为一种可选的实施例，所述根据所述扭转载荷静强度可靠度值和所述使用载荷静强度可靠度值生成燃气舵操纵机构可靠度值，包括如下步骤：

燃气舵操纵机构可靠度值基于下式计算得出：

式中，R_γ为燃气舵操纵机构可靠度值，R_γ,S1为扭转载荷静强度可靠度值，R_γ,S2为使用载荷静强度可靠度值。

第二方面，一种燃气舵操纵机构的静强度试验系统，包括燃气舵操纵机构、试验平台、承载立柱和水平液压油缸；

所述燃气舵操纵机构和承载立柱置于所述试验平台上，所述承载立柱位于所述试验平台的两侧，所述燃气舵操纵机构位于两侧的所述承载立柱之间，所述水平液压油缸固定在所述承载立柱上，所述水平液压油缸与所述试验平台相平行，所述水平液压油缸连接于所述燃气舵操纵机构，为所述燃气舵操纵机构施加拉力。

从上面所述可以看出，本申请提供的一种燃气舵操纵机构的静强度试验方法及系统，具有如下有益效果：

本申请通过分析燃气舵操纵机构的工作特点，可以得到其两种失效模式，一种是在负载力矩作用下，燃气舵操纵机构破坏；另一种是在轴向力作用下，燃气舵操纵机构承力零件强度失效。进而通过对燃气舵操纵机构分别施加扭转载荷和使用载荷进行静强度试验，检测燃气舵操纵机构零部件承载能力，能够得知零部件是否满足基本受力需求，并且进一步通过试验得到受力零部件极限承载力；完成静强度试验后进一步建立数学模型评估操纵机构静强度可靠性，为考核燃气舵操纵机构极限承载能力提供了一种合理的手段，解决了燃气舵操纵机构可靠度评估问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的燃气舵操纵机构的静强度试验方法的逻辑框图；

图2为本申请实施例的燃气舵操纵机构的静强度试验系统的结构示意图；

图3为本申请实施例的燃气舵操纵机构的结构示意图；

图4为本申请实施例的燃气舵操纵机构的主视图；

图5为本申请实施例的燃气舵操纵机构的剖面示意图；

图6为本申请实施例的燃气舵操纵机构的舵轴示意图；

图7为本申请实施例的燃气舵操纵机构的安装底座示意图；

图8为本申请实施例的燃气舵操纵机构的左视图；

图9为本申请实施例的燃气舵操纵机构的局部爆炸图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在具体描述本申请提供的燃气舵操纵机构的静强度试验方法及系统之前，首先描述本申请的应用场景和发明构思。

在发动机喷流作用下，燃气舵面会产生非常大的气动力，而燃气舵操纵机构作为带动燃气舵面转动的关键部件，应有足够的承载强度保证其在承受气动载荷时能够完成运动功能。在燃气舵操纵机构设计过程中，需要在静强度方面解决两个关键问题：一是在燃气舵运动至极限位置情况下，其各零部件强度是否能够满足设计要求；二是操纵机构极限承载能力如何考核；发明人同样针对静强度方面存在的两个问题作为出发点，并且考虑现有的有限元仿真分析软件进行的仿真计算，是获取燃气舵操纵机构关键零部件静强度最常用的方式；并且考虑到模型精度、边界条件的设置以及材料参数的不确定性等都会对有限元仿真分析结果产生一定的影响。因此需要对现有方法的不足进行改进，并且燃气舵操纵机构作为飞行器结构的关键组成部分，在对飞行器结构进行可靠度评估时，需要开展操纵机构静强度的可靠度评估；致力于确定燃气舵操纵机构的可靠度特征量，并且能够通过试验的方式测量该可靠度的特征量。

因此，发明人以此作为技术背景，以搭建整套试验系统，能够满足静强度试验需求，并提出相应的试验方法用于确定可靠度特征量的主要性能参数，作为发明初衷，研制并实施出一种燃气舵操纵机构的静强度试验方法及系统。

结合图1所示，在一些实施例中，公开一种燃气舵操纵机构的静强度试验方法，第二方法依托于燃气舵操纵机构和静强度试验系统的结构，该方法包括：

S1：获取第二燃气舵操纵机构在扭转载荷下的第一静强度值；

S2：获取第二燃气舵操纵机构在使用载荷下的第二静强度值；

S3：根据第一静强度值和第二静强度值建立可靠度数学模型；

S4：根据第二可靠度数学模型生成第一静强度可靠度值；

S5：根据第二可靠度数学模型生成第二静强度可靠度值。

其中，第一静强度值包括第一负载力矩值和第二负载力矩值，第二静强度值包括第一使用载荷力值和第二使用载荷力值。第一负载力矩值是燃气舵最大铰链力矩，为液压油缸向燃气舵操纵机构零部件施加的扭转载荷，第二负载力矩值为令零部件损坏的最大扭转负载力矩。第一使用载荷力值是燃气舵最大舵面法向力以及最大轴向力的合力，为液压油缸向燃气舵的舵面施加的使用载荷，第二使用载荷力值为令零部件损坏的最大使用载荷。

进一步的，在一些可选的实施例中，步骤S1还可以包括如下步骤：

S101：获取第一负载力矩值；

其中，第二第一负载力矩值基于第二燃气舵操纵机构的规格参数生成，基于燃气舵操纵机构所需的一定承受力确定，根据燃气舵操纵机构在实际情况下选择并改变；

S102：控制第二液压油缸向第二舵面的两端施加不同方向的第一拉力，将第二第一拉力逐渐增加至第二第一负载力矩值；

S103：卸载第二第一拉力，检查第二摇臂和操纵杆的工况；

S104：判断第二摇臂和操纵杆的工况为损坏时，判定第二燃气舵操纵机构不满足扭转载荷的基本静强度需求；

S105：判断第二摇臂和操纵杆的工况为正常时，继续施加第一拉力，直至第二摇臂和操纵杆的工况损坏，卸载第二第一拉力，记录此时的第一拉力为第二第二负载力矩值。

进一步的，在一些可选的实施例中，步骤S2还可以包括如下步骤：

S201：调整第二液压油缸的水平高度，使得第二液压油缸轴线的水平高度与第二舵面的中间孔高度保持在同一水平线上；

S202：获取第一使用载荷力值；

其中，第二第一使用载荷力值为在轴向方向上第二液压油缸对第二舵面施加的第二拉力，第二第二拉力通过燃气舵测力试验获得；

S203：卸载第二第二拉力，检查第二支座、舵轴连接的安装轴承的工况；

S204：判断支座、舵轴连接的安装轴承为损坏时，判定第二燃气舵操纵机构不满足使用载荷的基本静强度需求；

S205：判断第二支座、舵轴连接的安装轴承的工况为正常时，继续施加第二拉力，直至第二支座、舵轴连接的安装轴承损坏，卸载第二第二拉力，记录此时的第二拉力为第二第二使用载荷力值。

并记录所获取的每一参数值。

在一些可选的实施例中，步骤S3还可以包括如下步骤：

S301：采集多组第二第二负载力矩值和第二使用载荷力值；

S302：根据第二第二负载力矩值评估生成扭转载荷静强度可靠度值；

S303：根据第二第二使用载荷力值评估生成使用载荷静强度可靠度值；

S304：根据第二扭转载荷静强度可靠度值和第二使用载荷静强度可靠度值生成燃气舵操纵机构可靠度值。

进一步的，步骤S302还可以包括如下步骤：

S3021：获取多样本组第二第二负载力矩值的均值和标准差；

S3022：建立数学模型获取第一强度均值和第一应力均值；

S3023：根据第二第一强度均值和第一应力均值计算得出第一置信下限。

进一步的，步骤S303还可以包括如下步骤：

S3031：获取多组第二第二使用载荷力值的均值和标准差；

S3032：建立数学模型获取第二强度均值和第二应力均值；

S3033：根据第二第二强度均值和第二应力均值计算得出第二置信下限。

进而再根据扭转载荷静强度可靠度值和第二使用载荷静强度可靠度值生成燃气舵操纵机构可靠度值。

上述步骤的具体计算方式参见下述实施例。

在一些可选的实施例中，针对可靠度评估的计算方式可以为：

针对步骤S4，先评估扭转载荷静强度可靠度R_S1，获取多样本组第二第二负载力矩值的均值，通过下式(1)实现：

式中，P_2,i为第二负载力矩值，

为第二负载力矩值的均值，n为第二负载力矩值的样本数；

获取多样本组第二第二负载力矩值的标准差，通过下式实现：

式中，P_2,i为第二负载力矩值，

为第二负载力矩值的均值，σ_P2为第二负载力矩值的标准差，n为第二负载力矩值的样本数；

用μ_S1表示此试验条件下的强度，置信度γ，相应的正态概率系数(正态分布的上侧分位数)表示为u_γ；

第二第一强度均值由下式实现：

式中，μ_S1为在试验条件下的第一强度均值；C_S1为强度变异系数，u_γ为正态概率系数；

式中，在样本较小的情况下，强度变异系数C_S1可以通过经验值确定，一般取0.05，也可以通过以下方式计算：

强度变异系数C_S1通过下式获得：

根据应力-强度干涉模型，计算可靠度R_S1置信下限：

扭转载荷静强度可靠度值R_S1的第一置信下限，通过下式计算得出：

式中，Φ表示为标准正态分布函数，γ为置信度。

与上述计算方式相同的发明构思，针对步骤S5，再评估使用载荷静强度可靠度R_S2；

获取多样本组第二第二使用载荷力值的均值，通过下式实现：

式中，F_2,i为第二使用载荷力值，

为第二使用载荷力值的均值，n为第二使用载荷力值的样本数；

获取多样本组第二第二使用载荷力值的标准差，通过下式实现：

式中，σ_F2为第二使用载荷力值的标准差；

第二第二强度均值由下式实现：

式中，μ_S2为在试验条件下的第二强度均值；C_S2为强度变异系数，u_γ为正态概率系数；

强度变异系数C_S2通过下式获得：

使用载荷静强度可靠度值R_S2的第二置信下限，通过下式计算得出：

式中，Φ表示为标准正态分布函数，γ为置信度。

在可靠度评估时，考虑到设计加工周期、试验经费、试验时间等因素的影响，一般情况下不会采用较大样本开展燃气舵操纵机构静强度试验，所以该试验属于小样本可靠度试验。因此，采用结构强度可靠度小样本问题的处理方法进行可靠度评估。本实施例对n(n≥5)套燃气舵操纵机构先后开展S1及S2两项试验。

基于对燃气舵操纵机构工作特点及失效模式分析，将两种失效模式考虑为串联模型，则燃气舵操纵机构可靠度R计算公式为：

R＝R_S1·R_S2(11)

式中，R_S1为扭转载荷静强度可靠度值，R_S2为使用载荷静强度可靠度值。

在对整套的燃气舵操纵机构可靠度评估时，将式(5)和式(10)带入式(11)中，得到燃气舵操纵机构可靠度置信下限：

在实际工程应用中，可以不考虑最大负载力矩和最大使用载荷的分散性，将以上两个性能参数的容许限以定制给出，即标准差σ_L1和标准差σ_L2均取为0。此时式(12)可以简化为：

与上述燃气舵操纵机构的静强度试验方法同一发明构思，实施例中在第二方面还公开一种燃气舵操纵机构的静强度试验系统；

结合图2所示，燃气舵操纵机构的静强度试验系统由液压加载装置与燃气舵操纵机构3及工装两部分组成，液压加载装置包括试验平台1、承载立柱2和水平液压油缸4。

燃气舵操纵机构3和承载立柱置于试验平台1上，承载立柱2位于试验平台1的两侧，燃气舵操纵机构3位于两侧的承载立柱2之间，水平液压油缸4固定在承载立柱2上，水平液压油缸4与试验平台1相平行，水平液压油缸4连接于燃气舵操纵机构3，为燃气舵操纵机构3施加拉力。

通过以上分析燃气舵操纵机构工作特点，可以得到其两种失效模式：一种是在负载力矩作用下，燃气舵操纵机构破坏；另一种是在轴向力作用下，燃气舵操纵机构承力零件强度失效。

液压加载装置还可以包括承载立柱、地脚螺栓、液压作动筒、链条、拉力传感器、球铰接头以及双耳接头等，主要对燃气舵操纵机构提供模拟载荷。承载立柱通过4个地脚螺栓固定在试验台基座上，为液压作动筒提供安装和支撑条件。液压作动筒的一端通过转接接头由4个螺钉固定在承载立柱上，另一端通过双头螺柱与拉力传感器连接，确保液压作动筒加载方向与模拟舵轴上端孔的轴线处于同一水平位置，然后通过链条将液压作动筒保持在该位置；同时，拉力传感器的另一端通过双头螺柱与双耳接头连接，双耳接头与单耳接头通过螺栓连接后，单耳接头尾部螺杆与球铰接头一端连接，球铰接头另一端与穿过模拟舵面上端的螺钉连接。进而通过链条对液压作动筒进行限位，使液压作动筒保持水平状态。这样，液压加载装置就与燃气舵操纵机构模拟装置完成配合，可以实现对操纵机构的加载。在操纵机构达到破坏极限时，模拟舵面会产生偏转，这时球铰接头配合单耳的这种连接方式可以对液压油缸起到一定的保护作用。

由于燃气舵面在发动机喷流下产生法向力和轴向力，其中法向力对舵轴形成铰链力矩。当燃气舵偏转至极限位置时，舵面法向力最大，此时产生的铰链力矩值亦最大。而燃气舵伺服机构的负载力矩通常按照气动力载荷下的舵面的最大铰链力矩值确定。因此，燃气舵操纵机构应保证在最大负载力矩要求下不产生破坏。同时，轴向力施加在燃气舵操纵机构中的轴承、支座、螺栓等承力零件上，这些承力零件的强度应满足可靠性要求。

其中，作为本发明的一个独立的并且依托于静强度试验系统的机构。

结合图3-图9所示，所述燃气舵操纵机构包括安装底座301、舵面302、防热隔板303、支座304、第一固定螺栓305、第二固定螺栓306、第一连接螺栓307、第一向心关节轴承308、操纵杆309、第二连接螺栓310、第二向心关节轴承311、摇臂312、锥销313、第一通孔3011、第二通孔3012、第三通孔3013、第四通孔3014、第一螺纹孔3015、第二螺纹孔3016、轴承安装槽3017、轴承安装孔3018、第五通孔3021、第六通孔3022、第七通孔3023、锥孔3024、第一安装轴承314、第二安装轴承315、舵轴316。

所述舵面302位于两端的孔连接有不同方向的水平液压油缸4，所述支座304坐落在所述安装底座301上，所述支座304上设有与所述舵面302连接的舵轴，所述舵轴316连接所述摇臂312，所述摇臂312连接至所述操纵杆309的一端，所述操纵杆309的另一端与安装底座301连接。

安装底座301通过4个通孔与试验台连接；支座304通过螺栓与安装底座301的第一螺纹孔3015和第二螺纹孔3016连接；第一安装轴承314和第二安装轴承315安装在支座304上，模拟舵面302的舵轴316穿过防热隔板303、摇臂312、第一安装轴承314、第二安装轴承315；第一向心关节轴承308安装在安装底座的轴承安装孔3018中，第二向心关节轴承311安装在摇臂312上；操纵杆309的两端通过第一、第二连接螺栓分别穿过第一、第二向心关节轴承的内圈；摇臂312通过螺尾锥销313与舵轴锥销配合在一起；舵面302的3个通孔之间的间距为50mm。上下两孔用于施加力矩，中间孔用于施加轴向力。

安装底座301的上安装面与水平之间设计有一定的角度θ，用于模拟燃气舵操纵机构3极限偏转状态；操纵杆309伸出位置开有轴承安装槽3017，槽底设置立筋，并开有轴承安装孔3018，用于安装第一向心关节轴承311，模拟实际安装状态。

本发明通过对燃气舵操纵机构在施加扭转载荷和的使用载荷的情况下进行静强度试验，对两种失效模式下的静强度开展试验，通过对燃气舵操纵机构施加载荷，检测燃气舵操纵机构的零部件承载能力，能够得到零部件是否满足需求受力情况，并且进一步试验出零部件发生破坏的最大耐受静强度值时，能够得知受力零部件的极限承载力。

本发明的燃气舵操纵机构静强度试验系统能够充分模拟燃气舵实际工作条件，保证试验边界条件的准确性和客观性；并且便于安装，能够提高操作效率，节约人力成本；本发明的燃气舵操纵机构的静强度试验方法简单可信，满足燃气舵操纵机构可靠性评估的工程需求。通过数学模型对静强度值进行可靠度评估，通过试验测量能够确定燃气舵操纵机构可靠度特征量，为考核燃气舵操纵机构极限承载能力提供了一种合理的手段，解决了燃气舵操纵机构可靠度评估问题。

需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的结构或连接方式可以按照不同于上述实施例中的描述来实现并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的结构不一定要求示出的特定结构才能实现期望的结果。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。

本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.燃气舵操纵机构的静强度试验方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述燃气舵操纵机构在扭转载荷下的第一静强度值；

获取所述燃气舵操纵机构在使用载荷下的第二静强度值；

根据所述第一静强度值和第二静强度值建立可靠度数学模型；

根据所述可靠度数学模型生成第一静强度可靠度值；

根据所述可靠度数学模型生成第二静强度可靠度值。

2.根据权利要求1所述的静强度试验方法，其特征在于，所述第一静强度值包括第一负载力矩值和第二负载力矩值，所述第二静强度值包括第一使用载荷力值和第二使用载荷力值；

所述燃气舵操纵机构包括安装底座、舵面、支座、摇臂和操纵杆，所述舵面位于两端的孔连接有不同方向的水平液压油缸，所述支座坐落在所述安装底座上，所述支座上设有与所述舵面连接的舵轴，所述舵轴连接所述摇臂，所述摇臂连接至所述操纵杆的一端，所述操纵杆的另一端与所述底座连接。

3.根据权利要求2所述的静强度试验方法，其特征在于，所述获取所述燃气舵操纵机构在扭转载荷下的第一静强度值，还包括如下步骤：

获取第一负载力矩值；

其中，所述第一负载力矩值基于所述燃气舵操纵机构的规格参数生成；

控制所述液压油缸向所述舵面的两端施加不同方向的第一拉力，将所述第一拉力逐渐增加至所述第一负载力矩值；

卸载所述第一拉力，检查所述摇臂和操纵杆的工况；

判断所述摇臂和操纵杆的工况为损坏时，判定所述燃气舵操纵机构不满足扭转载荷的基本静强度需求；

判断所述摇臂和操纵杆的工况为正常时，继续施加第一拉力，直至所述摇臂和操纵杆的工况损坏，卸载所述第一拉力，记录此时的第一拉力为所述第二负载力矩值。

4.根据权利要求2所述的静强度试验方法，其特征在于，所述获取所述燃气舵操纵机构在使用载荷下的第二静强度值，包括如下步骤：

调整所述液压油缸的水平高度，使得所述液压油缸轴线的水平高度与所述舵面的中间孔高度保持在同一水平线上；

获取第一使用载荷力值；

其中，所述第一使用载荷力值为在轴向方向上所述液压油缸对所述舵面施加的第二拉力，所述第二拉力通过燃气舵测力试验获得；

卸载所述第二拉力，检查所述支座、舵轴连接的安装轴承的工况；

判断支座、舵轴连接的安装轴承为损坏时，判定所述燃气舵操纵机构不满足使用载荷的基本静强度需求；

判断所述支座、舵轴连接的安装轴承的工况为正常时，继续施加第二拉力，直至所述支座、舵轴连接的安装轴承损坏，卸载所述第二拉力，记录此时的第二拉力为所述第二使用载荷力值。

5.根据权利要求2所述的静强度试验方法，其特征在于，所述根据所述可靠度数学模型生成第一静强度可靠度值，包括如下步骤：

采集多组所述第二负载力矩值和第二使用载荷力值；

根据所述第二负载力矩值评估生成扭转载荷静强度可靠度值；

根据所述第二使用载荷力值评估生成使用载荷静强度可靠度值；

根据所述扭转载荷静强度可靠度值和所述使用载荷静强度可靠度值生成燃气舵操纵机构可靠度值。

6.根据权利要求5所述的静强度试验方法，其特征在于，所述根据所述第二负载力矩值评估生成扭转载荷静强度可靠度值，还包括如下步骤：

获取多样本组所述第二负载力矩值的均值和标准差；

建立数学模型获取第一强度均值和第一应力均值；

根据所述第一强度均值和第一应力均值计算得出第一置信下限。

7.根据权利要求6所述的静强度试验方法，其特征在于，所述根据所述第二负载力矩值评估生成扭转载荷静强度可靠度值，根据如下步骤实现：

获取多样本组所述第二负载力矩值的均值，通过下式实现：

式中，P_2,i为第二负载力矩值，

为第二负载力矩值的均值，n为第二负载力矩值的样本数；

获取多样本组所述第二负载力矩值的标准差，通过下式实现：

式中，P_2,i为第二负载力矩值，

为第二负载力矩值的均值，σ_P2为第二负载力矩值的标准差，n为第二负载力矩值的样本数；

所述第一强度均值由下式实现：

式中，μ_S1为在试验条件下的第一强度均值；C_S1为强度变异系数，u_γ为正态概率系数；

强度变异系数C_S1通过下式获得：

扭转载荷静强度可靠度值R_S1的第一置信下限，通过下式计算得出：

式中，Φ表示为标准正态分布函数，γ为置信度。

8.根据权利要求6所述的静强度试验方法，其特征在于，根据所述第二使用载荷力值评估生成使用载荷静强度可靠度值，还包括如下步骤：

获取多组所述第二使用载荷力值的均值和标准差；

建立数学模型获取第二强度均值和第二应力均值；

根据所述第二强度均值和第二应力均值计算得出第二置信下限。

9.根据权利要求8所述的静强度试验方法，其特征在于，根据所述第二使用载荷力值评估生成使用载荷静强度可靠度值，根据如下步骤实现：

获取多样本组所述第二使用载荷力值的均值，通过下式实现：

式中，F_2,i为第二使用载荷力值，

为第二使用载荷力值的均值，n为第二使用载荷力值的样本数；

获取多样本组所述第二使用载荷力值的标准差，通过下式实现：

式中，σ_F2为第二使用载荷力值的标准差；

所述第二强度均值由下式实现：

式中，μ_S2为在试验条件下的第二强度均值；C_S2为强度变异系数，u_γ为正态概率系数；

强度变异系数C_S2通过下式获得：

使用载荷静强度可靠度值R_S2的第二置信下限，通过下式计算得出：

式中，Φ表示为标准正态分布函数，γ为置信度。

10.根据权利要求9所述的静强度试验方法，所述根据所述扭转载荷静强度可靠度值和所述使用载荷静强度可靠度值生成燃气舵操纵机构可靠度值，包括如下步骤：

燃气舵操纵机构可靠度值基于下式计算得出：

式中，R_γ为燃气舵操纵机构可靠度值，R_γ,S1为扭转载荷静强度可靠度值，R_γ，S2为使用载荷静强度可靠度值。

11.一种燃气舵操纵机构的静强度试验系统，其特征在于：包括燃气舵操纵机构、试验平台、承载立柱和水平液压油缸；

所述燃气舵操纵机构和承载立柱置于所述试验平台上，所述承载立柱位于所述试验平台的两侧，所述燃气舵操纵机构位于两侧的所述承载立柱之间，所述水平液压油缸固定在所述承载立柱上，所述水平液压油缸与所述试验平台相平行，所述水平液压油缸连接于所述燃气舵操纵机构，为所述燃气舵操纵机构施加拉力。

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