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）

在全尺寸飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)中，試驗(yàn)對(duì)象并不一定是整個(gè)飛機(jī)。對(duì)于一些非主要考核部件，在試驗(yàn)件生產(chǎn)過(guò)程中可不予生產(chǎn)，可采用夾具進(jìn)行替代。夾具既要盡可能模擬真實(shí)試驗(yàn)件的傳載狀態(tài)，又要便于對(duì)接部位的載荷施加，且安裝工藝、夾具強(qiáng)度和剛度等必須符合要求[1-2]。

1 設(shè)計(jì)背景

文章所針對(duì)的試驗(yàn)件缺少右外翼部分，試驗(yàn)件外翼與中央翼對(duì)接接頭共3組，6個(gè)接頭分別為前上接頭、前下接頭、中上接頭、中下接頭、后上接頭、后下接頭。由于對(duì)接接頭載荷較大，無(wú)法直接進(jìn)行載荷施加，故采用夾具來(lái)延伸垂直機(jī)翼加載間距的方式，減小試驗(yàn)的加載載荷。由于前接頭和中接頭只能承受垂向和側(cè)向載荷，在試驗(yàn)過(guò)程中，中央翼發(fā)生航向變形，而垂向和側(cè)向加載作動(dòng)筒安裝底端未動(dòng)，導(dǎo)致夾具加載接頭與對(duì)接接頭存在角度，在對(duì)接接頭處產(chǎn)生航向載荷分量。同時(shí)，由于對(duì)接接頭處本身載荷較大，容易對(duì)接頭造成不可預(yù)估損傷，因此需采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以防止損傷產(chǎn)生[3-4]。圖1為機(jī)翼變形后示意圖。

圖1 ??機(jī)翼變形后示意圖

2 設(shè)計(jì)原理

2.1 思路分析

由于機(jī)翼發(fā)生變形后，加載夾具與接頭連接處出現(xiàn)航向附加載荷，導(dǎo)致接頭出現(xiàn)損傷。因此，需將航向產(chǎn)生的附加載荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，使其遠(yuǎn)離接頭處，將載荷傳遞至承載較大、且不影響試驗(yàn)考核的部位。經(jīng)分析，整個(gè)中央翼盒段承載較大，且受力面積較廣，航向載荷分量傳遞至盒段后，分載至翼根連接處后，各連接點(diǎn)處載荷較小，可以忽略。因此考慮設(shè)計(jì)一種局部約束裝置，以限制加載夾具與中央翼之間的相對(duì)變形，使中央翼發(fā)生變形后，夾具加載接頭與對(duì)接接頭不形成角度，保證夾具加載接頭與中央翼對(duì)接接頭之間不產(chǎn)生相對(duì)變形，以避免兩接頭之間產(chǎn)生多余的航向附加載荷。圖2為采用局部約束裝置后機(jī)翼變形后示意圖。

圖2 ??采用局部約束裝置后機(jī)翼變形后示意圖

2.2 實(shí)現(xiàn)原理

局部約束裝置通過(guò)卡板安裝在中央翼上，卡板分為上下兩部分，與機(jī)翼貼合面按照翼面形狀進(jìn)行修型，并粘貼橡膠皮，盡可能地增大卡板與翼面之間的摩擦力。同時(shí)對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行保護(hù)，上下兩部分通過(guò)連接螺栓進(jìn)行卡緊，每個(gè)夾具兩側(cè)上下均安裝有限制撐桿，一端與卡板用螺栓進(jìn)行固定連接，另一端延伸至夾具兩側(cè)，限制撐桿依靠斜撐進(jìn)行加固，斜撐與限制撐桿和卡板均為鉸接，提高其承載能力。每個(gè)限制撐桿端頭安裝兩個(gè)調(diào)節(jié)螺桿，保證夾具不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)螺桿內(nèi)側(cè)安裝牛眼輪，其與夾具兩側(cè)為滾動(dòng)摩擦，摩擦力較小，可忽略限制面內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力，達(dá)到僅對(duì)航向相對(duì)變形限制的目的。通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿、牛眼輪與夾具之間的間隙，有效保護(hù)對(duì)接接頭不受損傷。圖3為其實(shí)現(xiàn)原理圖。

圖3 ??局部約束裝置實(shí)現(xiàn)原理圖

3 具體設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，局部約束裝置主要分為6部分：卡板1、連接螺桿2、斜撐3、限制撐桿4、牛眼輪5、調(diào)節(jié)螺桿6。其中，卡板采用硬質(zhì)木料材質(zhì)，根據(jù)所安裝翼面進(jìn)行修型，在翼面貼合面粘貼橡膠皮；卡板固定裝置采用T型鋼，保證結(jié)構(gòu)彎矩的情況下，降低其重量；限制撐桿與斜撐桿均采用鋼管，保證裝置整體剛度。其基本設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

圖4 ??局部約束裝置主要結(jié)構(gòu)圖

由于該機(jī)翼對(duì)接處結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加載點(diǎn)較多，因此將裝置設(shè)計(jì)為分體式結(jié)構(gòu)，便于裝置的安裝與拆卸。

3.2 實(shí)施方式

為了保證整個(gè)裝置的穩(wěn)定性，采用兩套卡板進(jìn)行固定安裝，卡板分為上下兩部分，分別安裝在中央翼的上下表面，用連接螺桿2卡緊上下卡板與中央翼，限制撐桿4尾部與內(nèi)側(cè)卡板1進(jìn)行鉸接，用壓板在外側(cè)卡板上進(jìn)行固定，同時(shí)用斜撐3進(jìn)行加固，以保證限制撐桿的航向穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)螺桿6采用螺紋安裝在限制撐桿4外側(cè)端頭，牛眼輪5安裝在調(diào)節(jié)螺桿內(nèi)側(cè)，調(diào)節(jié)螺桿外側(cè)設(shè)置調(diào)節(jié)手柄，用調(diào)節(jié)螺紋消除牛眼輪5與夾具之間的間隙，以確保航向載荷分量能夠通過(guò)局部約束裝置傳遞至中央翼盒段，從而保護(hù)對(duì)接接頭不受損傷。根據(jù)基本設(shè)計(jì)圖最終設(shè)計(jì)了局部約束裝置三維模型（如圖5所示），并應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)。

圖5 ??局部約束裝置三維數(shù)模

4 結(jié)????論

為避免試驗(yàn)過(guò)程中因機(jī)翼變形引起的附加載荷對(duì)試驗(yàn)件接頭造成損傷，研究并設(shè)計(jì)了一種局部約束裝置，通過(guò)該裝置能夠順利將對(duì)接接頭處的載荷傳遞至機(jī)翼盒段，以保證試驗(yàn)件接頭的安全。同時(shí)，該裝置已成功應(yīng)用到飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)中，滿(mǎn)足了試驗(yàn)需求，取得了預(yù)期效果。