呂 程，夏 峰

(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)

1 引 言

在全機(jī)靜力/疲勞試驗(yàn)中，向機(jī)身內(nèi)充氣是模擬飛機(jī)在空中飛行過(guò)程中機(jī)身內(nèi)與外界氣壓差以及驗(yàn)證機(jī)身氣密性的有效方法[1，2]。在以往的試驗(yàn)中，為了保證試驗(yàn)速率，快速對(duì)機(jī)身進(jìn)行充放氣，采用在機(jī)身內(nèi)放置填充物的方法，以達(dá)到減少充氣量、保證試驗(yàn)安全和加載速率[3]的目的。但是，機(jī)身內(nèi)的填充物影響對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行檢查，并且為了減少填充物的重量對(duì)試驗(yàn)件造成的影響，填充物通常采用泡沫，而泡沫碎屑容易堵塞測(cè)壓孔，給試驗(yàn)帶來(lái)安全隱患。

為了保證機(jī)身的氣密性，以往飛機(jī)慣性載荷及商載通過(guò)膠布帶拉壓墊系統(tǒng)在機(jī)身底部外蒙皮處施加，這樣雖然保證了機(jī)身的氣密性，但載荷施加不精確，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的精確性造成影響[4，5]。

針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)加載技術(shù)進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)了大容積充放氣加載技術(shù)，保證了試驗(yàn)速率并且消除了填充物對(duì)試驗(yàn)安全性及試驗(yàn)件檢查的影響；設(shè)計(jì)了機(jī)身氣密地板加載系統(tǒng)，在保證試驗(yàn)件氣密性的同時(shí)，精準(zhǔn)地將飛機(jī)的慣性載荷及商載施加在飛機(jī)的地板梁上。

2 大容積充氣加載技術(shù)

在以往的疲勞試驗(yàn)中，由于受設(shè)備能力及加載技術(shù)的限制，在對(duì)大容積機(jī)艙進(jìn)行充氣加載時(shí)，通常要對(duì)機(jī)艙進(jìn)行填充，一般采用填充泡沫，如圖1所示。

填充量一般為容積的70%，以減少充氣量，保證加載速率。在全機(jī)疲勞試驗(yàn)中，大容積充氣是制約試驗(yàn)效率的重要因素，但機(jī)艙內(nèi)的填充物給試驗(yàn)檢查帶來(lái)很大不便，同時(shí)，填充物的碎屑容易堵塞測(cè)壓孔，給試驗(yàn)帶來(lái)安全隱患。歐美一些航空業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行機(jī)艙充壓試驗(yàn)時(shí)，艙內(nèi)已不再進(jìn)行填充。

圖1 充氣試驗(yàn)填充泡沫

為了探索大容積充氣加載技術(shù)，為未來(lái)軍民機(jī)型號(hào)的靜力/疲勞試驗(yàn)提供技術(shù)儲(chǔ)備，進(jìn)行了大容積快速充、卸壓技術(shù)研究，利用大流量充氣臺(tái)ZY-100，分路進(jìn)行機(jī)身充、放氣，如圖2所示。單獨(dú)設(shè)置放氣管路，通過(guò)放氣蝶閥控制，如圖3所示。同時(shí)，設(shè)置程序保護(hù)限、觸點(diǎn)表、安全閥及U形水管等多種保護(hù)措施。

圖2 大容量充氣臺(tái)

圖3 主氣路安全閥及放氣蝶閥

3 機(jī)身氣密地板加載系統(tǒng)

3.1 地板加載

與以往疲勞試驗(yàn)不同，在本次試驗(yàn)疲勞載荷處理時(shí)，將機(jī)身商載、慣性載荷合并，在機(jī)身地板梁和地軌梁上施加，這樣既符合機(jī)身實(shí)際受力情況，又簡(jiǎn)化了載荷的施加。

具體加載形式：在地板梁上搭架杠桿系統(tǒng)，第一級(jí)杠桿采用卡箍或螺栓與地板梁或地軌梁固定，在機(jī)身下蒙皮打孔，將加載連接件引出機(jī)身與作動(dòng)筒連接，在連接件與孔之間采取耐壓密封波紋管密封。這種機(jī)身氣密地板加載方式，在我國(guó)全機(jī)疲勞試驗(yàn)中第一次使用，實(shí)施時(shí)主要困難有兩點(diǎn)：一個(gè)是加載設(shè)備與氣密地板固定問(wèn)題，一個(gè)是加載連接件與機(jī)身蒙皮孔之間的密封問(wèn)題。

加載設(shè)備的固定包括與地板梁、與座椅滑軌的固定，通過(guò)研究討論，并與試驗(yàn)委托方多次協(xié)商，確定了固定方式：采用卡箍與地板梁進(jìn)行固定，限制加載設(shè)備在航向與展向的滑動(dòng)，又不影響垂向載荷從地板梁到機(jī)身框的傳遞；模擬座椅與座椅滑軌連接方式，采用螺栓將專用加載設(shè)備與座椅滑軌進(jìn)行固定，從而實(shí)現(xiàn)了加載，如圖4、圖5所示。

圖4 地板加載示意圖

圖5 地板加載實(shí)物圖

3.2 密封波紋管

加載連接件與機(jī)身蒙皮孔之間的密封包括曲面及曲面變形后的密封，密封設(shè)施與加載連接件的聯(lián)動(dòng)過(guò)程中密封效果應(yīng)得到保證。通過(guò)研究討論、對(duì)比多種方案，設(shè)計(jì)了橡膠耐壓密封波紋管。實(shí)施安裝時(shí)，首先將耐壓密封波紋管穿過(guò)機(jī)身孔，保證了曲面及曲面變形后的密封，然后將加載連接桿穿過(guò)密封波紋管，波紋管上端與加載連接件膠粘后用卡箍或鎖緊固定，保證了密封設(shè)施與加載連接件的聯(lián)動(dòng)及密封，如圖6、圖7所示。該加載系統(tǒng)既保證在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)身商載、慣性載荷可以精準(zhǔn)地施加在地板梁上，又保證了機(jī)身的氣密性。

圖6 密封波紋管示意圖

圖7 密封波紋管實(shí)物圖

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)某型民機(jī)全機(jī)疲勞試驗(yàn)充氣加載進(jìn)行分析研究，針對(duì)充氣試驗(yàn)采用填充物方法的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了大容積充氣加載技術(shù)，在保證試驗(yàn)速率的同時(shí)，消除填充物對(duì)檢測(cè)試驗(yàn)件的影響及其碎屑可能堵塞測(cè)壓孔所帶來(lái)的安全隱患。

同時(shí)，設(shè)計(jì)了氣密地板加載系統(tǒng)，保證了機(jī)身商載、慣性載荷施加的精確性和機(jī)身的氣密性。在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)加載平穩(wěn)快速，表明上述方法真實(shí)有效，可應(yīng)用于后續(xù)的疲勞試驗(yàn)當(dāng)中。