CN204439326U - 一种试验用舵面作动器模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种试验用舵面作动器模拟器，包括第一螺纹杆、第二螺纹杆、螺纹管、舵面支座、支撑支座，第一螺纹杆和第二螺纹杆之间设置有螺纹管，通过圆螺母连接，第一螺纹杆另一侧设置有耳片，通过耳片和支撑支座可转动连接；第二螺纹杆另一侧设置有耳片，通过耳片和舵面支座可转动连接。本实用新型结构简单，采用本产品，试验时的作动器支持结构的应力水平、舵面悬挂接头交点载荷、作动器轴力、舵面偏转角度控制等均满足设计要求，与作动器成品相当，证明产品发挥了很好的效果，具备替代作动器成品的能力，可以在以后各个试验中推广应用，能够节省大量成本。

Description

一种试验用舵面作动器模拟器

技术领域

本实用新型属于结构强度试验设计技术领域，应用于结构的静力及疲劳等试验中，是模拟飞机舵面作动器主要功能的一种低成本替代装置。

背景技术

舵面作动器由液压作动筒1、活塞杆2、电气控制系统和液压导管等多个系统组成，舵面作动器是通过液压作动筒1推动活塞杆2的伸缩，来推动与活塞杆2连接的舵面3沿转轴做上、下或左、右偏转的。同时，作动筒1和活塞杆2又构成一个传载部件，将舵面3载荷传递到机身或机翼的支撑结构4上，具有控制舵面3的偏转和传载的功能，如图1所示。由于舵面作动器成品由多个子系统构成，结构复杂精密，单个成品的成本昂贵。

在结构静力、疲劳等强度试验时，舵面一般固定在某个特定偏转角度下，不需要用作动器来操纵舵面做连续偏转。采用作动器成品件不仅成本高，而且为实现其功能需要安装辅助驱动系统、液压管路系统、电路控制系统等，反而增加了试验的难度与风险。因此，需要采用一种能实现作动器传载和控制舵面偏转等主要功能，并且结构简单、使用方便、成本低廉的装置。使其在结构的静力和疲劳试验中代替作动器成品。

发明内容

本实用新型的目的：设计一种能有效承受并传递舵面载荷、满足刚度要求、可快速改变舵面偏转角度、结构简单、使用方便、成本低廉的试验用舵面作动器模拟器，用于替代舵面作动器成品。

本实用新型采取的技术方案为：一种试验用舵面作动器模拟器，包括第一螺纹杆11、第二螺纹杆12、螺纹管13、舵面支座14、支撑支座15，第一螺纹杆11和第二螺纹杆12之间设置有螺纹管13，通过圆螺母16连接，第一螺纹杆11另一侧设置有耳片，通过耳片17和支撑支座15可转动连接；第二螺纹杆12另一侧设置有耳片，通过耳片18和舵面支座14可转动连接。

螺纹杆用来模拟活塞杆，用来连接支座，是主要传力部件。

耳片尺寸参照作动器成品，螺纹杆直径要满足试验载荷下螺纹杆的强度设计要求，螺纹杆及螺纹长度根据试验中舵面最大及最小偏度设计。螺纹杆耳片孔配套关节轴承和锥形销与支座连接，螺纹杆可绕耳片孔心轴线转动，以实现舵面偏转。

螺纹管13用于模拟作动筒，用来调整模拟器长度，是主要传力部件。螺纹管13内径与螺纹杆外径配合，螺纹管直径要满足试验载荷下螺纹管的强度设计要求，管内螺纹长度按满足舵面最大及最小偏度，并保证啮合强度及必要间隙的要求设计。

圆螺母16用来固定螺纹杆和螺纹管13。

通过内、外螺纹套合在一起的螺纹杆和螺纹管13，能改变长度并承受轴向力，可以模拟舵面作动器的主要功能。

将螺纹杆旋出螺纹管，减少螺纹啮合圈数，增加模拟器的长度。

将螺纹杆旋入螺纹管，增加螺纹啮合圈数，缩短模拟器的长度。

旋转螺纹管改变模拟器的长度，可以模拟舵面作动器成品活塞杆的伸缩，实现舵面偏转。通过精确地控制模拟器的长度，能准确地控制试验所需要的舵面偏转角度。

本实用新型的技术效果：

由螺纹杆和螺纹管组成的作动器模拟器可以承受很大的轴向力，能有效承受和传递舵面上的试验载荷；该模拟器结构形式简单，符合舵面作动器的工作原理，能实现舵面作动器的主要功能，简单易行；采用本产品，试验时的作动器支持结构的应力水平、舵面悬挂接头交点载荷、作动器轴力、舵面偏转角度控制等均满足设计要求，与作动器成品相当，证明产品发挥了很好的效果，具备替代作动器成品的能力，可以在以后各个试验中推广应用，能够节省大量成本。

附图说明

图1为舵面作动器结构示意图；

图2为本实用新型舵面作动器模拟器结构示意图；

图3为模拟器伸长示意图；

图4为模拟器缩短示意图；

图5为舵面中立位置加载示意图；

图6为舵面上偏位置加载示意图；

图7为舵面下偏位置加载示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明。

一种试验用舵面作动器模拟器，包括第一螺纹杆11、第二螺纹杆12、螺纹管13、舵面支座14、支撑支座15，第一螺纹杆11和第二螺纹杆12之间设置有螺纹管13，通过圆螺母16连接，第一螺纹杆11另一侧设置有耳片，通过耳片17和支撑支座15可转动连接；第二螺纹杆12另一侧设置有 耳片，通过耳片18和舵面支座14可转动连接，可以用锥形销19等，如图2所示。

其部件作用为：

螺纹杆：通过螺纹杆耳片与机翼、机身及舵面的作动器支座接头耳片连接，并传递舵面载荷；

螺纹管：与螺纹杆一起构成传载路径，通过螺纹杆的旋进旋出实现模拟器长度的调节，改变舵面偏度；

圆螺母：锁定螺纹杆和螺纹管，保证试验中模拟器状态稳定，确保试验安全进行。

螺纹杆用来模拟活塞杆，用来连接支座，是主要传力部件。

耳片尺寸参照作动器成品，螺纹杆直径要满足试验载荷下螺纹杆的强度设计要求，螺纹杆及螺纹长度根据试验中舵面最大及最小偏度设计。螺纹杆耳片孔配套关节轴承和锥形销与支座连接，螺纹杆可绕耳片孔心轴线转动，以实现舵面偏转。

螺纹管13用于模拟作动筒，用来调整模拟器长度，是主要传力部件。螺纹管13内径与螺纹杆外径配合，螺纹管直径要满足试验载荷下螺纹管的强度设计要求，管内螺纹长度按满足舵面最大及最小偏度，并保证啮合强度及必要间隙的要求设计。

圆螺母16用来固定螺纹杆和螺纹管13。

通过内、外螺纹套合在一起的螺纹杆和螺纹管13，能改变长度并承受轴向力，可以模拟舵面作动器的主要功能。

将螺纹杆旋出螺纹管，减少螺纹啮合圈数，增加模拟器的长度。

将螺纹杆旋入螺纹管，增加螺纹啮合圈数，缩短模拟器的长度。

旋转螺纹管改变模拟器的长度，可以模拟舵面作动器成品活塞杆的伸缩，实现舵面偏转。通过精确地控制模拟器的长度，能准确地控制试验所需要的舵面偏转角度。

技术要求：模拟器强度要达到2倍试验载荷下不破坏，在试验载荷下不发生失稳或永久变形，模拟器主要部件螺纹杆、螺纹管的结构参数和螺纹长度及类型是设计重点。

螺纹杆的直径按舵面最大上偏及下偏角度下即模拟器长度最大及最小时杆受压不失稳的原则设计，满足稳定性要求的同时也要能满足强度要求即拉伸破坏或压损。

临界应力：σij＝π²E/(L‘/ρ)²，临界载荷P_ij＝σA

其中ρ＝(I_min/A)^1/2，A＝πR²，I_min＝πR⁴/4，L‘＝L/C^1/2＝L

算出R＝(4P_ijL²/π³E)^1/4，载荷系数为1.15

假件安全系数2.0,P_ij＝1.15×2.0×F

E—材料模量 

A—螺纹杆截面积

R—螺纹杆半径 

ρ—剖面回转半径

L’—杆有效长度

L—杆实际长度 

C—杆端支持系数

F—作动器上最大轴力

螺纹杆和螺纹管的长度按：

1)在舵面最大上偏及下偏角度时即模拟器长度最大及最小状态，最小螺纹啮合圈数下螺纹强度满足要求

剪切强度：τ_s＝P/(πkd₁nms)<τ_cr

弯曲强度：σ_w＝3P(d₀-d₁)/(2π(ks)²d₁mn)<σ_cr

挤压强度：σ_br＝4P/(π(d₀ ²-d₁ ²)mn)<σ_cr

k—螺纹完满系数

d₀—螺纹外径 

d₁—螺纹内径 

s—螺距

n—螺纹啮合圈数

m—载荷分布不均匀系数

2)在舵面最大下偏转角度时(模拟器长度最小)，螺纹杆之间不发生干涉，保持最小间距的原则设计。

L_min＝2L₁-2Ns+Δ+L₂

L_max＝2L₁-2ns+L₂

L_min,L_max—舵面最大下偏转角度和最大上偏角时模拟器长度

N,n—螺纹啮合圈数

S—螺距

Δ—螺纹杆之间最小间距

L₁—螺纹杆长度(含耳片)

L₂—螺纹管长度 

选取螺距4mm，标准梯形粗牙螺纹，加工简单。

螺纹杆上的耳片按成品的形式和尺寸设计，保证装配和强度设计要求。

为保证模拟器在试验中的安全，在螺纹管与螺纹杆啮合外端，设计有圆螺母以锁死模拟器。

模拟器选用30CrMnSiNi2A,材料强度高、成本低、易加工，制造的模拟器尺寸小。

经过上述设计与选材，模拟器的结构简单、成本低、易加工、安装和操作方便，能很好地实现作动器成品控制舵面偏转和承载传力的功能。

使用方法：试验时，将模拟器螺纹杆上的耳片插入支座双耳片之间，用锥形销固定。如果需要改变舵面偏转角度，则反转圆螺母，使其松开螺纹管，旋转螺纹管，调节螺纹杆与螺纹管之间的啮合圈数，如图3、4所示。将模拟器长度调整到与舵面特定偏转角度对应的长度后，再旋转圆螺母锁死模拟器，即实现了舵面的偏转，如图5、6、7所示。

模拟器两个螺纹杆的耳片分别与舵面的支座接头和机身、机翼的支座接头连接。模拟器作为一个支撑杆，将施加在舵面上的载荷直接传递到机身、机翼的支持结构上，其传载方式与作动器成品一样。模拟器刚度大，保证了其对舵面的支持与作动器成品相当，舵面的变形和位移不受影响。

本产品在2倍试验载荷或极限载荷下不破坏，满足舵面试验强度要求；本产品与成品的刚度匹配，满足试验传载及静强度设计要求；本产品能在舵面最大偏转角度范围内任意调整舵面偏转角度；满足疲劳强度要求，可在试验中长期重复使用；成本低廉，生产成本在5-8万元，为作动器成品的十分之一；加工工艺简单、装配灵活、使用方便；该产品已经成功应用到 多个舵面结构的静力和疲劳试验。

Claims (3)

1.一种试验用舵面作动器模拟器，其特征在于：包括第一螺纹杆(11)、第二螺纹杆(12)、螺纹管(13)、舵面支座(14)、支撑支座(15)，第一螺纹杆(11)和第二螺纹杆(12)之间设置有螺纹管(13)，通过圆螺母(16)连接，第一螺纹杆(11)另一侧设置有耳片，通过第一耳片(17)和支撑支座(15)可转动连接；第二螺纹杆(12)另一侧设置有耳片，通过第二耳片(18)和舵面支座(14)可转动连接。

2.根据权利要求1所述的试验用舵面作动器模拟器，其特征在于：第一耳片(17)和支撑支座(15)通过锥形销(19)连接。

3.根据权利要求1所述的试验用舵面作动器模拟器，其特征在于：第二耳片(18)和支撑支座(15)通过锥形销(19)连接。