摘 要：某型飛機(jī)為了考核飛機(jī)機(jī)翼接頭、起落架安裝接頭和機(jī)身剛架的強(qiáng)度，要求采用單側(cè)機(jī)身-機(jī)翼對接接頭支持固定，即“單腿式”支持。本文介紹了飛機(jī)靜力試驗“單腿式”支持形式的特點及其設(shè)計的細(xì)節(jié)。

關(guān)鍵詞：單腿式；靜力試驗；支持形式

1 引言

夾具作為機(jī)械制造業(yè)中的一種重要的工藝裝備，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和研制周期?？s短夾具設(shè)計周期，提高夾具的設(shè)計質(zhì)量是提高企業(yè)快速反應(yīng)能力的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。夾具設(shè)計過程是一個基于經(jīng)驗的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，需要設(shè)計者具備關(guān)于設(shè)計問題的大量、全面的知識和經(jīng)驗。

某型飛機(jī)為了考核飛機(jī)機(jī)翼接頭、起落架安裝接頭和機(jī)身剛架的強(qiáng)度，要求采用單側(cè)機(jī)身-機(jī)翼對接接頭支持固定，這就相當(dāng)于一個人單腿站立，簡稱為“單腿式”支持。

2 試驗件的支持條件和夾具設(shè)計的有關(guān)問題

根據(jù)多年工程經(jīng)驗，靜力試驗中試驗件的支持方式的確定以及支持夾具的設(shè)計主要從以下四個方面來考慮。

2.1 支持形式

在實物試驗中，支持形式和真實的一樣。

利用假件作為傳力構(gòu)件時，假件與試驗件的連接形式也要保持真實。傳力時，允許在確定的加載點加集中力，以代替某個平面內(nèi)力和力矩的作用，例如用Py力代替力Py和力矩Mx的作用。但是，互相垂直的兩個力不建議合成一個斜力來加，這是因為結(jié)構(gòu)的變形會影響斜力的方向，從而影響了它在兩個方向上的分量。

2.2 支持剛度

要使夾具的剛度完全模擬真實結(jié)構(gòu)的剛度是比較困難的。一般情況下，夾具剛度要比飛機(jī)真實結(jié)構(gòu)的剛度大。

a） 支持是靜定的，可以認(rèn)為剛度對試驗結(jié)果影響不大。b） 支持是靜不定的，盡量使夾具上幾個支持點的剛度比大致與原結(jié)構(gòu)各個支持點的剛度比相同，這樣對試驗結(jié)果的影響就小些。c） 對于有特殊剛度要求的支持點，或原結(jié)構(gòu)中剛度相差十分懸殊的幾個支持點，在夾具設(shè)計與安裝時必須考慮。例如，把假發(fā)動機(jī)裝在發(fā)動機(jī)架上時也相應(yīng)的裝上減震墊，這固然體現(xiàn)了支持的“真實性”，同時也為了模擬剛度。d） 夾具和試驗件在連接處剛度相差很大是不合適的，這時在連接處局部應(yīng)力很大，容易提前破壞。因此，即使在支持形式上“真實”了還不夠，還必須考慮邊界效應(yīng)，避免在連接處應(yīng)力過分失真。

2.3 保證支反力相同

有時支持形式“真實”了，也考慮了邊界效應(yīng)，但也可能保證不了相同的支反力，要特別注意成對出現(xiàn)或漏掉的內(nèi)力和力矩。

2.4 夾具設(shè)計時安全系數(shù)的選取

由于在試驗時必須保證夾具不應(yīng)比試驗件先破壞，也不希望有較大的變形，這就要求我們在夾具設(shè)計時進(jìn)行強(qiáng)度校核，并選取較大的安全系數(shù)。

a） 不進(jìn)行破壞試驗的、夾具結(jié)構(gòu)簡單、強(qiáng)度校核比較可靠的，對剛度沒有什么特殊要求的，這種情況安全系數(shù)可取的小一些，一般取2.5～3就夠了：在相反的情況，安全系數(shù)取得大一些，一般取4就可以了。b） 當(dāng)要求支持形式“真實” 性和選取安全系數(shù)有矛盾時，應(yīng)首先滿足支持“真實”性的要求。在這個基礎(chǔ)上選取盡可能大的安全系數(shù)，不能因安全系數(shù)不夠而隨意改變支持形式。c） 特別要注意夾具上的一些局部強(qiáng)度問題。d） 在夾具設(shè)計時，還必須注意加工與安裝的方便，對于一般的底座、支架，往往由普通型材和板材焊接制成，也不一定要進(jìn)行精加工。而那些連接處，如和起落架相連的連接接頭，其結(jié)合面必須達(dá)到和飛機(jī)接頭同等的精度，有時為了提高強(qiáng)度，還得用高強(qiáng)度合金鋼制作接頭。各接頭間的相互位置也必須十分準(zhǔn)確，否則就可能裝不上試驗件或裝上后試驗件的初應(yīng)力很大。

3 “單腿式”支持

3.1 “單腿式”支持的特點

a） 夾具設(shè)計和制造復(fù)雜，選材要求高，造價昂貴?！皢瓮仁健敝С謯A具既要模擬機(jī)身-機(jī)翼對接機(jī)頭，又要保證夾具能有足夠的強(qiáng)度與剛度承受飛機(jī)的不平衡載荷，因此“單腿式”支持形式比較復(fù)雜，機(jī)身-機(jī)翼對接區(qū)接頭工藝要求高，選材要求高，夾具設(shè)計復(fù)雜，制造難度較大，精度要求高，對加工設(shè)備的規(guī)模要求也較高，造價昂貴。b） 試驗現(xiàn)場支持難度比較大，對試驗安裝人員的要求高。

現(xiàn)場試驗時，為了保證飛機(jī)能正確、安全的安裝，安裝工人必須要有豐富的實踐經(jīng)驗。對安裝的程序應(yīng)事先做好詳盡分析、周密考慮及充分準(zhǔn)備，對現(xiàn)場可能遇到的問題應(yīng)做好預(yù)案。

3.2 “單腿式”支持夾具設(shè)計

夾具設(shè)計時，首先要考慮如何使夾具與試驗件上的機(jī)身-機(jī)翼接頭對接。我們可以模擬各框機(jī)身-機(jī)翼對接接頭的真實形式，并通過一根橫梁將各框接頭按照真實的位置分布進(jìn)行定位固定。橫梁與兩根立柱通過地腳螺栓對接，固定在試驗室的承力地軌上。如圖1所示。

設(shè)計機(jī)身-機(jī)翼對接接頭時，應(yīng)完全模擬機(jī)翼接頭的真實形狀與尺寸，并要保證各接頭的相對位置，應(yīng)根據(jù)試驗任務(wù)書給出的載荷進(jìn)行強(qiáng)度校核并確定接頭材料。由于該支持是單腿式，飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、起落架接頭受載后會產(chǎn)生一個巨大的附加彎矩、扭矩，這些附加的彎矩、扭矩會對機(jī)身-機(jī)翼對接接頭和橫梁有一個非常嚴(yán)重的考驗，而機(jī)身-機(jī)翼對接接頭又要模擬真實的形狀和尺寸，所以機(jī)身-機(jī)翼對接接頭就必須選擇高強(qiáng)度的合金鋼。

橫梁設(shè)計時，一般將兩根槽鋼通過連接板面對面的焊接起來，形成一個盒形構(gòu)件，這樣可以保證橫梁有足夠的強(qiáng)度與剛度。但即使采用強(qiáng)度最高的合金鋼，橫梁仍無法承受單腿支持帶來的巨大的附加彎矩、扭矩，而且合金鋼的造價非常昂貴。為了平衡這一附加彎矩、扭矩，節(jié)約試驗成本、節(jié)省試驗周期，可以在此基礎(chǔ)上利用試驗室的通用設(shè)備進(jìn)行改裝。如圖2所示，利用試驗室的通用設(shè)備立柱和壓梁搭建一個龍門架，龍門架通過多個地腳螺栓固定在試驗室的承力地軌上。在橫梁主要承力區(qū)域的兩側(cè)，通過四個三角形的加強(qiáng)件將橫梁與龍門架相連成一體。這樣，附加彎矩、扭矩就通過龍門架傳遞到了地軌上，夾具由比較集中的對接接頭、橫梁受力轉(zhuǎn)化成了多個地腳螺栓分散受力。

試驗時，為了防止立柱滑動，每個立柱都要在其受力的反方向拉保險，并用壓梁頂住立柱底部。

4 結(jié)語

試驗結(jié)果表明，“單腿式”支持方式可以滿足飛機(jī)靜力試驗要求，特別是利用試驗室現(xiàn)有的通用設(shè)備達(dá)到了試驗任務(wù)書的要求，既節(jié)約了研制成本、又節(jié)省了研制周期，具有較大的實際應(yīng)用價值。