CN207550540U - 颤振模型 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种颤振模型，其包括：纵梁；维型框架，其包括：端框，其布置在该维型框架的端部处，且包括端框周向延伸部；承重框，其呈框形构造，并构造成由承重框周向延伸部和在其中延伸的承重框中心支承条构成，在该承重框中心支承条上设置有开口，该承重框与该端框沿该颤振模型的纵向彼此间隔开；桁条，其沿颤振模型的纵向在端框和承重框之间延伸，且在维型框架的周向上分布，桁条构造成将端框周向延伸部与承重框周向延伸部彼此连接，维型框架经由承重框中心支承条上的开口与梁主体连接，以使得梁主体在维型框架之中延伸穿过。该颤振模型能提高机身低速颤振模型重量模拟精度和外形模拟精度，改善试验操作和效率。

Description

颤振模型

技术领域

本实用新型涉及一种颤振模型、尤其是用于飞机低速颤振风洞试验的机身颤振模型。

背景技术

诸如飞机之类的弹性结构在均匀气流中由于受到空气动力、弹性力和惯性力的耦合作用会发生振幅不衰减的自激振动。在气动弹性力学领域中将这一现象称为颤振。

现代飞机设计会一开始就考虑颤振影响，而不是在设计完成后再以颤振标准进行检验。通常，人们可通过计算和风洞试验对飞机进行颤振分析。

为了获得可靠的风洞试验结果，模型设计必须遵循严格的设计要求，不仅要求试验模型与实物满足空气动力外形相似，还要满足结构动力特性相似，其中，结构动力性相似往往要求试验模型能够模拟实物固有模态特性。

具体来说，飞机低速颤振模型用于低速颤振风洞试验，模型通过飞机按比例缩放，实现与飞机外形相似和结构动力学相似，外形相似通过外形模拟实现，结构动力学相似通过刚度模拟和重量模拟实现。

现有的机身低速颤振模型如图1所示，现有模型存在以下几点不足之处：

第一，在重量模拟上，现有模型维型结构为木结构。然而，众所周知的是，木材密度不均匀，只能在结构加工完成后，现场测量后进行配重，因而误差较大，效率较低。此外，木材受环境湿度影响大，会引起较大的重量误差波动；

第二，在外形模拟上，现有模型通过在木制维型框架外表面糊纸的方法实现。木质框架在加工精度上不高，尤其在复杂曲面处模拟的精度更低。另外，糊纸作为蒙皮，表面不够平整，表面质量不高，模型的外形模拟精度因而也较低；

第三，在试验效率上，低速颤振模型主要进行规律性研究，试验状态点很多，需要频繁更换弹簧片、配重等。现有模型纸质蒙皮在状态更换时需要破坏掉，更换完成后重新糊纸。另外，木质维型框架桁条密集，这导致供操纵的空间非常狭小，因而操纵效率低下，同时在操纵时也易于造成木质桁条的损坏(例如、折断、破损等)。

因此，在对飞机进行颤振分析的领域中始终存在对低速颤振模型的需求，期望该低速颤振模型能提高机身低速颤振模型重量模拟精度和外形模拟精度，改善试验操作，提高试验效率。

实用新型内容

本实用新型涉及一种颤振模型，该颤振模型包括：纵梁，所述纵梁包括沿所述颤振模型的纵向延伸的梁主体，其中，该颤振模型还包括：维型框架，该维型框架包括：端框，该端框布置在该维型框架的端部处，并且包括端框周向延伸部；承重框，该承重框呈框形构造，该框形构造由承重框周向延伸部和在该承重框周向延伸部之中延伸的承重框中心支承条构成，在该承重框中心支承条上设置有开口，该承重框与该端框沿该颤振模型的纵向彼此间隔开；桁条，桁条沿颤振模型的纵向在端框和承重框之间延伸，并且在维型框架的周向上分布，桁条构造成将端框周向延伸部与承重框周向延伸部彼此连接，其中，维型框架经由承重框中心支承条上的开口与梁主体连接，以使得梁主体在维型框架之中延伸穿过。

借助该颤振模型，可以通过提高机身低速颤振模型重量模拟精度和外形模拟精度而显著提高颤振试验的模拟精度，从而一方面使得试验数据更为准确，有利于飞机设计，另一方面也可以改善试验操作和效率。

有利地，承重框中心支承条可包括横跨所述承重框周向延伸部延伸的第一支承条，而开口设置在第一支承条的中心处。这种布置可以有利于梁主体在维型框架中的动态平衡，且支承梁主体的力可由所述承重框周向延伸部和所述承重框中心条一同承担，因而，应力分布状况更佳。

较佳的是，承重框中心支承条可包括横跨所述承重框周向延伸部延伸的第一支承条和第二支承条，第一支承条和所述第二支承条彼此交叉延伸，并且开口设置在第一支承条和第二支承条的交汇部分处。由此，可以实现支承力在维型框架上的更均匀分布。

特别是，梁主体的横截面可以为十字形，开口呈与十字形匹配的形状，以使得维型框架能经由开口与梁主体接合。该横截面形状可以避免梁主体在维型框架的开口中的不期望的扭转倾向，确保试验稳定性。

在特别有利的实施例中，纵梁还包括沿梁主体布置的连接片，所述连接片的尺寸设计成比梁主体的横截面的外廓尺寸大，开口呈与连接片的形状匹配的形状，以使得维型框架能经由所述开口与梁主体接合。

借助这种连接片，可以使得纵梁容易地从任一侧穿过维型框架、尤其是维型框架的承重框中心支承条上设置的开口，并且高效地将承重框中心支承条上的与该连接片匹配的开口定位在纵梁上的连接片处，从而实现维型框架的快速定位。

尤其是，在此情况下，所述承重框与所述连接片可处于同一平面内，从而有利地使安装者容易快速确定梁主体在维型模块中的定位，简化安装操作程序。

另外，颤振模型还可包括蒙皮，蒙皮由维型框架支承并且与维型框架连接，以包围维型框架。这种蒙皮不容易被破坏，从而显著提高试验效率。

有利地，在承重框中心支承条上布置有配重块。由于可以在设计阶段就利用配重获得精确的配重值，因而总体上可以获得高精度的配重安装，并且可以更高精度地进行重量模拟。

更佳地，桁条的数目可少于五根，并且它们沿所述维型框架的周向均匀分布。这与现有技术的颤振模型中数目较多的桁条相比，可以留给操作人员更大的操纵空间，从而提高灵活性以及由此试验的效率。

特别是，蒙皮可以为单片或者多片的形式，蒙皮可拆卸地连接到维型框架。因而，蒙皮可根据实验需要拆装。本实用新型的蒙皮可提供平整的表面，因而，其表面质量高，可以获得更高精度的外形模拟。

附图说明

图1示意地示出根据现有技术的颤振模型，该颤振模型的模型维型结构为木结构并且通过在木制维型框架外表面糊纸完成外形模拟；

图2示意地示出根据本实用新型的颤振模型的整体结构的一个示例；

图3示意地示出根据本实用新型的颤振模型的大梁的一个示例；

图4示意地示出根据本实用新型的颤振模型的大梁上所设置的连接片和接头的一个示例；

图5A示意地示出根据本实用新型的颤振模型的维型框架的一个示例，其中，在该维型框架上布置有蒙皮；

图5B示意地示出根据本实用新型的颤振模型的维型框架一个示例，其中。可以在承重框上留有用于后期配重的孔；

图5C示意地示出根据本实用新型的颤振模型的维型框架的另一个示例，其中在承重框上设置有配重块；

图6示意地示出根据本实用新型的颤振模型的大梁与维型框架连接在一起的一个示例；以及

图7示出根据本实用新型的颤振模型的承重框中心支承条与连接片接合的示意图。

具体实施方式

根据本实用新型的颤振模型可用于低速颤振风洞试验。如图2中示意所示，该颤振模型可包括纵梁1以及围绕该纵梁1的维型框架。

在本实用新型中，术语“纵向”是指飞机机身的长度方向(即机头－机尾方向)，而术语“沿纵向延伸”是指大致沿纵向延伸(但可存在一定偏差)，或者主要延伸分量为纵向的。因此，可以理解到，在本实用新型中，“沿纵向延伸”的构件并不一定严格平行于飞机机身的中心纵向轴线延伸，而是其主要延伸分量可平行于飞机机身的中心纵向轴线(例如，可以包括一定的横向延伸分量)。

如图3中所示，纵梁1包括纵向延伸的梁主体11，该梁主体在业内又被称为大梁，这种大梁可以一体构造，或者也可以由多段连接而成。在一些情况下，梁主体11的横截面可以为十字形，如图4中示意所示。该十字形由彼此交叉的垂直延伸部和横向延伸部构成，其中，垂直延伸部的宽度较佳地明显大于所示横向延伸部的宽度。但可以理解到，梁主体的横截面的形状并不限于十字形(即使为十字形，也不限于是彼此完全正交的正十字)。

另外，如图4中所示，在梁主体11上可以设有一个或多个接头12，这种接头起到使纵梁与例如飞机上的其它部件、诸如尾翼之类连接的作用。在接头上可以设有安装孔之类的连接元件。

在特别较佳的实施例中，纵梁1还包括布置于梁主体11上的连接片13，该连接片13用于与维型框架进行连接。可以理解到，用于与维型框架进行连接的构件不一定呈连接片13的形式，也可以为连接块、连接板的形式，其厚度可以根据实际应用进行变型，但其均在本实用新型的保护范围之内。

有利地，纵梁1的连接片13的尺寸设计成比梁主体11的横截面(例如但不限于为十字形横截面)的外廓尺寸大。在此，术语“外廓尺寸”是指由梁主体11的横截面的整个外轮廓构成的尺寸。

但更佳的是，纵梁1的连接片13的形状和尺寸设计成比梁主体11的横截面中在垂直方向和横向方向上的最远点构成的范围更大。例如，纵梁1的连接片13可以设计成由覆盖梁主体11的十字形横截面中的垂直延伸部的长度和横向延伸部的长度构成的矩形形状，如图4中最清楚可见。

颤振模型的维型框架可涉及各种类型。例如，针对某些飞机部分、例如机头和机尾，维型框架可以为实心泡沫，其根据飞机外形的数控加工直接获得。但针对飞机的另一些部分、例如机身主体部分，维型框架211可呈框架的形式。

在一些实施例中，维型框架211包括端框2112、承重框2111和桁条2113。下面根据图5A-5C来阐释维型框架211的各个组成部件。

端框2112是指布置在维型框架的端部(即，一端或者优选为两端)处的框架。端框2112通常结构较为简单，例如可以包括、尤其是仅包括周向延伸部。当端框2112仅包括周向延伸部时，可以将端框2112称为周向框架。特别是，每个端框2112的周向延伸部呈一个封闭的环的形式，其主要用于构造出颤振模型的外形的至少一部分。

与现有技术中的盘状构造明显不同的是，根据本实用新型的维型框架211的承重框2111可呈框形构造(即，纯框架结构)。该框形构造由承重框周向延伸部和在该承重框周向延伸部之中延伸的承重框中心支承条构成。

在本实用新型中，术语“之中”在大部分情况下主要是指在某一构件(框架)的内部范围之内(例如，由框架限界的范围之中)，而并不是指在构件本身上。

尤其是，在该承重框中心支承条上设置有开口，该开口的形状和尺寸与梁主体11或者与设置在梁主体11上的连接片13的形状和尺寸相匹配，以使得维型框架211的承重框2111能经由该开口与梁主体11(的横截面)接合。

借助该连接片，该承重框11可以在纵梁上期望的位置与纵梁接合，因为当纵梁穿过开口时，纵梁中截面小于连接片截面的其它部分不会停留在承重框处，而仅藉由与承重框的开口尺寸配合的连接片才与承重框有效地接合，如图7中示意所示。

有利地，维型框架211的该承重框2111与梁主体11上的连接片13处于同一平面内。较佳地，该平面与梁主体11垂直地延伸。换言之，连接片13和承重框2111所在平面可以定向成与梁主体11正交。

在一些实施例中，承重框中心支承条可包括横跨承重框周向延伸部延伸的第一支承条，此时，开口设置在第一支承条的中心处。

在另一些实施例中，承重框中心支承条可包括横跨承重框周向延伸部延伸的第一支承条和第二支承条。特别是，第一支承条和第二支承条可以彼此交叉延伸、尤其是正交地交叉，优选地它们在承重框2111的中心位置处相交。与梁主体11接合的开口设置在第一支承条和第二支承条的交汇部分处、尤其是中心位置处的交汇部分处。

但可以理解到，承重框中心支承条并不限于上述各种情况，例如承重框中心支承条并不一定要横跨承重框周向延伸部。例如，承重框中心支承条可以在一端与承重框周向延伸部连结、而另一端则为自由端。因此，只要是能符合颤振模型的承重要求的、在承重框周向延伸部之内延伸的支承条状构件均属于本实用新型含义下的承重框中心支承条。

维型框架211的桁条2113在端框2112和承重框2111之间延伸，且其延伸方向大致沿颤振模型的纵向。如前所述，沿颤振模型或纵梁1的纵向延伸是指桁条2113的主要延伸分量为纵向的，但也可以理解到，桁条2113也可以朝向颤振模型的中心纵向轴线会聚(例如，从机尾到机头方向)或发散。

桁条2113在维型框架211的周向上分布，并且构造成将承重框周向延伸部和端框周向延伸部连接起来。因此，桁条2113的实际定向至少部分地取决于承重框周向延伸部和端框周向延伸部的相对外廓。

较佳地，桁条的数目少于五根，例如为四根。更佳的是，这些桁条2113沿维型框架211的周向均匀地分布。这与现有技术的颤振模型中数目较多的桁条(参见图1)相比，可以留给操作人员更大的操纵空间，从而提高灵活性以及由此试验的效率。

根据本实用新型，颤振模型还包括蒙皮212，蒙皮212由维型框架211来支承、尤其是由端框周向延伸部、承重框周向延伸部和桁条2113的组合来支承。此外，蒙皮212与维型框架211为固定连接，以包围该维型框架211。优选的是，蒙皮212可拆卸地连接到该维型框架211。这样，可以在需要更换蒙皮212时或者试验需要时，将蒙皮212直接拆下进行操作，这与现有技术中纸糊的壳体相比显著提高了可操作性和试验效率。

另外，根据本实用新型，维型框架211的端框2112、承重框2111和桁条2113均可由密度均匀的材料制成、例如通过三维数控加工而成。这些部件可以由复合材料或者甚至金属或合金制成，以达到优于现有技术颤振模型的木结构的强度和刚度。

在一些情况下，维型框架211的端框2112、承重框2111和桁条2113可以分开加工而成，然后装配起来形成维型框架211。装配过程可以采用诸如螺纹连接、卡配、粘结、焊接等已知的机械手段进行。而在另一些情况下，可以使端框2112、承重框2111和桁条2113一体成型。

颤振模型的蒙皮212可以设计成单片或多片的形式，蒙皮212可以通过各种已知的机械手段、例如螺纹连接、卡配、粘结、焊接等而连接到维型框架211。例如，蒙皮212可以通过螺栓与维型框架211可拆卸地连接。

尤其是，根据试验需要，蒙皮212可以由单层复合材料通过模具加工而制成。复合材料的蒙皮212可以减少对维型框架211的桁条2113的需求，从而间接又提供了更大的操作空间。另外，这种蒙皮212不易被损坏，操纵的灵活性因此提高，且颤振模型的耐久性也提高。

鉴于前述维型框架211和蒙皮212可以通过三维数控加工而成且蒙皮212可采用复合材料，因而根据本实用新型的颤振模型的外形模拟度非常高，确保了试验精度和要求

由于模型梁主体、维型框架211和蒙皮212的材料密度都是确定的，因此可以在设计时就已经得到了精确的颤振模型重量及其分布状况。这样，可以通过设计实现颤振模型的重量模拟，而无需通过后期配重。但还可以进一步设想，在承重框2111上留有配重安装孔，以进行后期配重。

如图5C中清楚所示，也可以在维型框架211的承重框2111上、尤其是承重框中心支承条上已布置有配重块2115。这种配重块2115可以直接与承重框中心支承条一体成型，即在设计时就将配重和维型框架设计成一体的。即使不设计成一体式的，也可以在设计阶段就确定出配重块2115的重量和重心位置，从而在结构上预留配重块的安装位置，因而也能获得较高精度的配重安装。

接下来，举例阐释机身低速颤振模型的装配过程。可以理解到，根据本实用新型的前述颤振模型的结构，可以采用完全不同的方式来实现整体装配。

如图2中所示，机身颤振模型可以分为机头维型(框架/结构)22、机身主体维型(框架/结构)21和机尾维型(框架/结构)23，其中，机头维型(框架/结构)22和机尾维型(框架/结构)23直接与梁主体11连接、尤其是胶接。

例如，在此情况下，梁主体11的横截面为十字形，而机头维型(框架/结构)和机尾维型(框架/结构)中的承重框2111上的开口也呈与十字形匹配的形状，以使得机头维型(框架/结构)22和机尾维型(框架/结构)23能经由所述开口与梁主体11接合。

机身主体维型(框架/结构)21包括维型框架211。将该维型框架211的端框2112、承重框2111和桁条2113组装起来，例如借助螺栓等可拆卸的连接方式进行组装。此时，蒙皮212也可拆卸地连接到组装好的维型框架211，例如通过螺栓连接。

在试验过程中需要不断调整试验状态，因此，在该颤振模型中还包含了连接机翼、尾翼等结构的弹簧片，也包括额外配重，以不断调节所需模拟状况。另外，蒙皮212可以拆卸下来，在更换状况完成之后还可以将蒙皮212再装回维型框架211上。

根据本实用新型的颤振模型可以实现对机身的精准的三方面模拟、即刚度模拟、重量模拟和外形模拟，以在高效率的情况下使低速颤振试验获得可靠的试验值，反映飞机的颤振特性。

本实用新型中所述的具体实施例仅为较佳的实施方式，并不意在限制由下述权利要求书所限定的保护范围。本领域技术人员可根据本实用新型中所述的内容作等效变化与改型，这些都落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种颤振模型，所述颤振模型包括：

纵梁，所述纵梁包括沿所述颤振模型的纵向延伸的梁主体；

其特征在于，所述颤振模型还包括：

维型框架，所述维型框架包括：

端框，所述端框布置在所述维型框架的端部处，并且包括端框周向延伸部，

承重框，所述承重框呈框形构造，所述框形构造由承重框周向延伸部和在所述承重框周向延伸部之中延伸的承重框中心支承条构成，在所述承重框中心支承条上设置有开口，所述承重框与所述端框沿所述颤振模型的纵向彼此间隔开，

桁条，所述桁条沿所述颤振模型的纵向在所述端框和所述承重框之间延伸，并且在所述维型框架的周向上分布，所述桁条构造成将所述端框周向延伸部与所述承重框周向延伸部彼此连接，

其中，所述维型框架经由所述承重框中心支承条上的所述开口与所述梁主体连接，以使得所述梁主体在所述维型框架之中延伸穿过。

2.如权利要求1所述的颤振模型，其特征在于，所述承重框中心支承条包括横跨所述承重框周向延伸部延伸的第一支承条，所述开口设置在所述第一支承条的中心处。

3.如权利要求1所述的颤振模型，其特征在于，所述承重框中心支承条包括横跨所述承重框周向延伸部延伸的第一支承条和第二支承条，所述第一支承条和所述第二支承条彼此交叉延伸，并且所述开口设置在所述第一支承条和所述第二支承条的交汇部分处。

4.如权利要求1所述的颤振模型，其特征在于，所述梁主体的横截面为十字形，所述开口呈与十字形匹配的形状，以使得所述维型框架能经由所述开口与所述梁主体接合。

5.如权利要求1-4中任一项所述的颤振模型，其特征在于，所述纵梁还包括沿所述梁主体布置的连接片，所述连接片的尺寸设计成比所述梁主体的横截面的外廓尺寸大，所述开口呈与所述连接片的形状匹配的形状，以使得所述维型框架能经由所述开口与所述梁主体接合。

6.如权利要求5所述的颤振模型，其特征在于，所述承重框与所述连接片处于同一平面内。

7.如权利要求1所述的颤振模型，其特征在于，还包括蒙皮，所述蒙皮由所述维型框架支承并且与所述维型框架连接，以包围所述维型框架。

8.如权利要求1所述的颤振模型，其特征在于，在所述承重框中心支承条上布置有配重块。

9.如权利要求1所述的颤振模型，其特征在于，所述桁条的数目少于五根，并且它们沿所述维型框架的周向均匀分布。

10.如权利要求7所述的颤振模型，其特征在于，所述蒙皮为单片或者多片的形式，所述蒙皮可拆卸地连接到所述维型框架。