耐久性試驗(yàn)功能組合式加載框架設(shè)計(jì)技術(shù)研究

任 鵬，王 毅，高 建，王鑫濤

（中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所?全尺寸飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜力/疲勞航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西?西安?710065）

試驗(yàn)加載框架是飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜力/疲勞試驗(yàn)中試驗(yàn)加載設(shè)備主承載結(jié)構(gòu)，同時(shí)關(guān)系到試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)規(guī)模、整潔度等[1-2]。試驗(yàn)加載框架設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮試驗(yàn)件外形尺寸、載荷及變形情況、試驗(yàn)支持、測(cè)控規(guī)模及布置、特殊需求等多個(gè)方面，同時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等設(shè)計(jì)要求，保證試驗(yàn)時(shí)框架等承載結(jié)構(gòu)的可靠性滿(mǎn)足要求[3]。

襟縫翼結(jié)構(gòu)耐久性與損傷容限試驗(yàn)采用功能組合框架，由假墻及端板支持、襟縫翼及機(jī)翼加載框架、框架附屬結(jié)構(gòu)組合而成，解決了試驗(yàn)件支持、試驗(yàn)扣重、機(jī)翼加載及襟翼、縫翼隨動(dòng)加載問(wèn)題，同時(shí)考慮了測(cè)控設(shè)備、液壓油路、線(xiàn)路、液壓服務(wù)歧管等設(shè)備放置問(wèn)題。

1??整體結(jié)構(gòu)

1.1??試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)

襟縫翼耐久性試驗(yàn)試驗(yàn)件包含襟翼、縫翼、外翼及中央翼結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其中襟翼固定于外翼后緣，縫翼固定于外翼前緣，中央翼右側(cè)為梳狀接頭結(jié)構(gòu)，梳狀接頭設(shè)置有螺栓孔。

圖1 試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)示意圖

1.2??功能組合框架

試驗(yàn)中，加載框架需同時(shí)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)件支持、襟翼結(jié)構(gòu)及縫翼結(jié)構(gòu)隨動(dòng)加載、機(jī)翼結(jié)構(gòu)加載、試驗(yàn)件扣重等多個(gè)功能目標(biāo)。為方便設(shè)備安裝、試驗(yàn)件檢查等工作，框架周?chē)柰瑫r(shí)設(shè)計(jì)走廊、平臺(tái)等附屬結(jié)構(gòu)。為提高試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)整潔度，測(cè)控線(xiàn)纜、油路等需同時(shí)依附于加載框架布置線(xiàn)槽等。

襟縫翼耐久性試驗(yàn)設(shè)計(jì)功能組合式加載框架，實(shí)現(xiàn)上述所有功能目標(biāo)，如圖2所示。

圖2 功能組合式框架整體示意圖

2??假墻及支持端板

2.1??支持端板

支持端板功能實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)件支持安裝。依據(jù)梳狀接頭螺栓孔連接形式，設(shè)計(jì)端板通過(guò)螺栓與試驗(yàn)件連接，對(duì)試驗(yàn)件支持，端板如圖3所示。試驗(yàn)件通過(guò)中央翼右側(cè)梳狀接頭固定于支持夾具上，呈懸臂支持狀態(tài)。試驗(yàn)件載荷通過(guò)梳狀接頭螺栓傳導(dǎo)至端板上，端板采用前、后50mm厚鋼板中間加筋焊接形式，既實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)件支持，又保證強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。端板四周設(shè)計(jì)地腳螺栓孔，通過(guò)地腳螺栓將端板固定于承力墻或承力假墻上，使試驗(yàn)件處于懸空支持狀態(tài)。

圖3 支持端板示意圖

2.2??承力假墻

承力假墻功能實(shí)現(xiàn)支持端板安裝及試驗(yàn)承載。承力假墻為試驗(yàn)主承力結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)件載荷通過(guò)端板傳導(dǎo)至承力假墻上，同時(shí)為端板提供安裝空間。承力假墻采用型鋼焊接或螺接組合成桁架結(jié)構(gòu)，如圖4所示。同時(shí)，通過(guò)地腳螺栓與地坪連接，通過(guò)優(yōu)化承力假墻與地坪連接點(diǎn)，保證地坪承載能力滿(mǎn)足要求。

圖4 假墻端板安裝示意圖

3??襟翼加載框架

3.1??襟翼加載形式

耐久性試驗(yàn)中，襟翼結(jié)構(gòu)依據(jù)試驗(yàn)載荷譜變化打開(kāi)角度發(fā)生變化，過(guò)程中需實(shí)現(xiàn)載荷隨動(dòng)施加。襟翼結(jié)構(gòu)分為前襟翼、主襟翼、后襟翼3部分，加載點(diǎn)分布于上下翼面，其中上翼面為拉向加載點(diǎn)，下翼面為壓向加載點(diǎn)。結(jié)合襟翼大后退量運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，上翼面加載點(diǎn)采用鏈輪—鏈條導(dǎo)向加載形式，下翼面采用作動(dòng)筒硬式連接形式。

3.2??襟翼加載框架

襟翼加載框架功能實(shí)現(xiàn)襟翼隨動(dòng)加載點(diǎn)安裝。襟翼為三段式結(jié)構(gòu)，上下翼面各段加載點(diǎn)安裝位置需通過(guò)合理規(guī)劃，為避免前襟翼和主襟翼上翼面鏈條導(dǎo)向加載點(diǎn)加載設(shè)備干涉且易于加載設(shè)備安裝檢查，上翼面加載點(diǎn)采用上下雙層布局設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)前、主襟翼上翼面導(dǎo)向點(diǎn)安裝位置在空間上合理布置。對(duì)于下翼面加載點(diǎn)，將隨動(dòng)加載機(jī)構(gòu)固定于同一固定平臺(tái)上，通過(guò)位置協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)主襟翼和后襟翼下翼面加載點(diǎn)隨動(dòng)加載設(shè)備合理布局。襟翼加載框架如圖5所示。

圖5 襟翼加載框架示意圖

4??縫翼加載框架

4.1??縫翼加載形式

耐久性試驗(yàn)中，縫翼結(jié)構(gòu)與襟翼相似，依據(jù)試驗(yàn)載荷譜變化縫翼打開(kāi)角度發(fā)生變化，過(guò)程中需實(shí)現(xiàn)載荷隨動(dòng)施加。縫翼結(jié)構(gòu)位于機(jī)翼盒段前緣，其承受垂向和航向雙向加載載荷，因此，耐久性試驗(yàn)中需同時(shí)實(shí)現(xiàn)垂向和航向雙向載荷隨動(dòng)加載。

4.2??縫翼加載框架

依據(jù)縫翼隨動(dòng)加載方案，縫翼采用擺臂式加載框架，并將加載作動(dòng)筒安裝固定于加載框架上，加載框架擺臂轉(zhuǎn)軸與縫翼翼面轉(zhuǎn)軸重合，通過(guò)電動(dòng)缸位置控制轉(zhuǎn)化為框架擺臂角度變化，實(shí)現(xiàn)框架擺臂與縫翼翼面同步運(yùn)動(dòng)，如圖6所示。

縫翼加載框架整合了縫翼加載設(shè)備檢查平臺(tái)、試驗(yàn)件檢查平臺(tái)，同時(shí)利用反配重方式扣除加載框架擺臂部分結(jié)構(gòu)重量，并在框架擺臂運(yùn)動(dòng)極限位置設(shè)置限位卡塊。

圖6 縫翼加載框架示意圖

5??機(jī)翼加載框架

5.1??機(jī)翼加載形式

試驗(yàn)時(shí)，外翼與中央翼施加巡航1g載荷，為襟翼、縫翼提供巡航1g變形支持邊界。機(jī)翼載荷采用配重形式加載，配重懸掛于機(jī)翼加載框架上。

5.2??機(jī)翼加載框架

機(jī)翼加載框架功能實(shí)現(xiàn)機(jī)翼1g載荷施加并集成走廊、線(xiàn)槽、平臺(tái)等安裝位置。機(jī)翼加載框架包含中央翼加載框架和外翼加載框架，如圖7所示。機(jī)翼1g加載點(diǎn)通過(guò)加載橫梁安裝于機(jī)翼加載框架上端面。

圖7 機(jī)翼加載框架示意圖

6??框架附屬結(jié)構(gòu)

框架附屬結(jié)構(gòu)功能為試驗(yàn)方便施加、試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)整潔、空間有效利用等。耐久性試驗(yàn)中，為方便試驗(yàn)人員進(jìn)行加載點(diǎn)安裝、試驗(yàn)件檢查、設(shè)備維護(hù)等現(xiàn)場(chǎng)操作，在各功能框架上設(shè)置走廊，以提供人員上下框架和作業(yè)通道。為保證試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)整潔、避免線(xiàn)纜信號(hào)干擾，設(shè)置線(xiàn)槽用以規(guī)范控制、測(cè)量、液壓線(xiàn)纜走線(xiàn)。同時(shí)，合理利用框架空間，在中央翼加載框架上設(shè)計(jì)測(cè)量設(shè)備擺放平臺(tái)。框架附屬結(jié)構(gòu)如圖8所示。

7??結(jié)論

針對(duì)襟縫翼結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)中各部件功能需求及整體試驗(yàn)規(guī)劃，設(shè)計(jì)各部件功能模塊加載框架，并通過(guò)相互間交叉整合，形成耐久性試驗(yàn)功能組合加載框架。該框架同時(shí)實(shí)現(xiàn)了耐久性試驗(yàn)中各部件設(shè)備安裝、加載、檢查等功能，為后續(xù)類(lèi)似耐久性試驗(yàn)加載框架設(shè)計(jì)提供借鑒。

圖8 框架附屬結(jié)構(gòu)示意圖