大跨度大撓度懸臂試驗臺的桁架結構的製作方法

2023-05-26 08:56:11

專利名稱：大跨度大撓度懸臂試驗臺的桁架結構的製作方法
技術領域：
本發明屬於機械結構技術領域，更進一步涉及航空結構技術、機械振動領域的一種大跨度大撓度懸臂試驗臺的桁架結構。本發明提出一種既滿足大跨度大撓度試驗的條件要求，又可以模擬飛機起飛和飛行過程中機翼的動態彎曲變形及疊加的小幅振動的桁架結構。
背景技術：
飛機飛行過程中，機翼會因氣流壓力等原因發生複雜彈性振動。在極端變形情況下，機翼某些部位可能會產生超出設計要求的應力和應變，引發飛行事故。但由於機翼自身結構和其空間變形的複雜性，很難採用彈性力學的經典理論進行計算校核。如果直接採用實際機翼進行機翼液壓管路飛行環境振動試驗，特別是對於大跨度大撓度的機翼，則需要付出高昂的試驗成本，甚至是現實中無法實現的。 嶽峰所申請的專利「通過曲軸拉線產生彈性機翼振動的系統」(申請號01108210. 0，公開號CN1302755A)公開了一種通過曲軸拉線產生彈性機翼振動的系統。該系統主要是在彈性機翼下方的機架上設有滑輪，並在機架下部中央設有滑輪組，用兩根拉線分別與兩個彈性機翼相連接，並通過滑輪和滑輪組與動力曲軸的曲拐鉸接，動力曲軸的轉動帶動彈性機翼上下振動，從而使飛行器實現仿生飛行。但是，該專利仍然存在的不足是首先，該系統的機翼由彈簧鋼絲配以高強高彈超薄尼龍布做成，結構的材料強度和剛度不足，在模擬飛行過程中鋼絲繩和尼龍布容易斷裂和破損；其次，該系統僅能模擬飛行器在起飛和降落過程中彈性機翼的小幅度上下振動，不能同時模擬飛機起飛和飛行過程中機翼的大撓度彎曲變形及疊加的小幅振動。中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所所擁有的實用新型專利技術「一種大展弦比機翼跨聲速顫振模型」(授權公告號CN 202177502 U，申請號201120294839. 2)公開了一種大展弦比機翼跨聲速顫振模型。該實用新型採用帶耳片的空心梁，減輕了模型的整體重量，空心梁和蒙皮之間填充輕質泡沫保證了慣量分布，。該專利技術仍然存在的不足是首先，該模型主結構和機翼根部的連接是剛性連接，受模型幾何尺寸和質量控制的限制，抗拉強度和疲勞強度往往達不到要求，特別是在翼尖被快速提升或者壓下時，根部的連接容易開裂甚至損壞。其次，該模型只能模擬飛機飛行過程中機翼的低速和跨聲速小幅度顫振，但是不能模擬飛機起飛時機翼的大撓度彎曲變形。

發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，設計一種結構簡單合理、滿足大跨度大撓度的試驗條件要求、安全可靠的懸臂試驗臺的桁架結構，以模擬飛機起飛和飛行過程中機翼的大撓度動態彎曲變形及疊加的小幅振動。本發明的具體思路是在現有的桁架結構技術基礎上，通過各個構件之間的適當連接，重點對結構連接部分的應力和應變進行仿真校核，使連接後的桁架結構可以承受大撓度動態載荷，從而模擬飛機起飛和飛行過程中機翼的大撓度動態彎曲變形及疊加的小幅振動。為了實現上述目的，本發明包括底座桁架、懸臂桁架和杆端球面聯結器。底座桁架的呈矩形分布的四個支撐柱，由地腳螺栓固定於地面上。懸臂桁架由三根鋁合金橫梁和腹杆構成，橫梁和腹杆由腹杆瓦片通過橫梁螺釘連接。懸臂桁架左端和底座桁架通過上瓦片、下瓦片、固定螺釘連接，懸臂桁架右端由杆端球面聯結器和液壓驅動裝置連接。底座桁架包含上下兩層，上層和下層均為矩形框架；下層呈矩形分布的四個支撐柱，通過地腳螺栓固定於地面上。懸臂桁架由三根鋁合金橫梁和腹杆構成；三根鋁合金橫梁水平放置且互相平行，三根腹杆分別垂直於橫梁，且呈等腰三角形分布；橫梁和腹杆由腹杆瓦片通過橫梁螺釘連接。
三根鋁合金橫梁中的每根橫梁均勻分為四段，每段橫梁之間用橫梁連接套管通過管套螺柱、管套螺帽和管套墊圈連接。懸臂桁架左端與底座桁架，通過上瓦片、下瓦片和固定螺釘連接；懸臂桁架右端和液壓驅動裝置由杆端球面聯結器連接，杆端球面聯結器由螺栓穿過耳片連接在腹杆瓦片上。本發明與現有技術相比具有如下優點第一，本發明採用總體桁架拆分式結構來模擬飛機起飛和飛行過程中機翼的大撓度動態彎曲變形及疊加的小幅振動，克服了現有技術只能模擬機翼的小幅度顫振的缺點，使得本發明各個部件相互獨立又相互關聯，整個結構組裝和拆卸靈活方便，維修保養費用低。第二，本發明懸臂桁架中的三根橫梁採用低密度低模量、柔性較好的鋁合金材料，克服了現有技術中模擬結構大撓度變形應力過高的缺點，使得本發明的桁架結構柔性明顯增強，可以滿足結構大撓度變形的要求。第三，本發明桁架結構的各個構件之間採用柔性連接(懸臂桁架中四段橫梁採用橫梁連接套管螺栓拼接的方式連接，懸臂桁架和液壓驅動裝置之間採用杆端球面聯結器進行連接)，克服了現有技術中大跨度桁架構件之間剛性連接強度難以保證的缺點，使得本發明的桁架結構中各個構件之間的連接安全可靠，可以滿足大跨度和高強度的要求。


圖I是本發明的整體結構示意圖；圖2是本發明底座祐1架與地面連接關係的不意圖；圖3是本發明懸臂桁架結構示意圖；圖4是本發明懸臂桁架腹杆裝配圖；圖5是本發明橫梁連接套管裝配示意圖；圖6是本發明底座桁架和懸臂桁架連接示意圖；圖7是本發明杆端球面聯結器裝配示意圖。上述各圖的標號說明1為底座桁架；2為懸臂桁架；3為杆端球面聯結器；4為地腳螺栓;5為橫梁；6為腹杆；7為腹杆瓦片；8為橫梁螺釘；9為管套螺柱；10為橫梁連接套管；11為管套螺帽；12為管套墊圈；13為上瓦片；14為固定螺釘；15為下瓦片；16為螺栓；17為耳片。
具體實施例方式下面結合附圖1，對本發明做進一步詳細描述。本發明包括底座桁架I、懸臂桁架2和杆端球面聯結器3。底座桁架I固定於地面上。懸臂桁架2左端和底座桁架I連接，懸臂桁架2右端由杆端球面聯結器3和液壓驅動裝置連接。底座桁架與地面連接關係如圖2所示，底座桁架I包含上下兩層，上層和下層均為矩形框架；下層呈矩形分布的四個支撐柱，通過地腳螺栓4固定於地面上。底座桁架I由矩 形鋼焊接而成，對懸臂桁架2起固定支撐作用。懸臂桁架的結構如圖3所示，懸臂桁架2由三根鋁合金橫梁5和腹杆6構成。三根鋁合金橫梁5水平放置且互相平行，三根腹杆分別垂直於橫梁，且呈等腰三角形分布。懸臂桁架腹杆裝配如圖4所示，橫梁5和腹杆6由腹杆瓦片7通過橫梁螺釘8連接裝配。該裝配左右對稱，可以有效地防止懸臂桁架2拼接橫梁之間的錯動和扭轉。橫梁連接套管裝配如圖5所示，三根鋁合金橫梁中的每根橫梁均勻分為四段，每段橫梁之間用橫梁連接套管10通過管套螺柱9、管套螺帽11和管套墊圈12連接。管套墊圈12用來保護橫梁連接套管10的表面不受管套螺帽11擠壓擦傷，分散管套螺帽11對橫梁連接套管10的壓力。橫梁採用連接管套拼接的方式，解決了製造工藝中橫梁長度限制和超長梁的運輸問題，同時保證了每段橫梁之間的有效固接。底座桁架和懸臂桁架連接關係如圖6所示，懸臂桁架2左端與底座桁架1，通過上瓦片13、下瓦片15和固定螺釘14連接。大撓度桁架在提升的過程中，懸臂桁架2根部和底座桁架連接部位是受力最危險的位置，該連接裝配利用上瓦片13和下瓦片15分散了懸臂桁架2根部的受力，有效地解決了應力集中問題。杆端球面聯結器裝配如圖7所示，懸臂桁架2右端和液壓驅動裝置由杆端球面聯結器3連接，杆端球面聯結器3由螺栓16穿過耳片17連接在腹杆瓦片7上。懸臂桁架2在提升的過程中，液壓驅動裝置在豎直方向會產生微小的偏角。而杆端球面聯結器3能實現無間隙且極其平滑的旋轉與擺動運動，所以整個懸臂桁架2可以和液壓驅動裝置實現柔性連接，防止液壓驅動裝置的卡死或損壞。
權利要求
1.一種大跨度大撓度懸臂試驗臺的桁架結構，它包括底座桁架(I)、懸臂桁架(2)和杆端球面聯結器(3);其特徵在於，所述的底座桁架(I)呈矩形分布的四個支撐柱由地腳螺栓(4)固定於地面上；所述的懸臂桁架(2)由三根鋁合金橫梁(5)和腹杆(6)構成，橫梁(5)和腹杆出)由腹杆瓦片(7)通過橫梁螺釘(8)連接；所述的懸臂桁架(2)左端和底座桁架(I)通過上瓦片(13)、下瓦片(15)、固定螺釘(14)連接，懸臂桁架(2)右端由杆端球面聯結器(3)和液壓驅動裝置連接。
2.根據權利I要求所述的大跨度大撓度懸臂試驗臺的桁架結構，其特徵在於，所述的底座桁架(I)包含上下兩層，上層和下層均為矩形框架；下層呈矩形分布的四個支撐柱，通過地腳螺栓(4)固定於地面上。
3.根據權利要求I所述的大跨度大撓度懸臂試驗臺的桁架結構，其特徵在於，所述的懸臂桁架(2)由三根鋁合金橫梁(5)和腹杆(6)構成；三根鋁合金橫梁(5)水平放置且互相平行，三根腹杆(6)分別垂直於橫梁(5)，且呈等腰三角形分布；橫梁(5)和腹杆(6)由腹杆瓦片(7)通過橫梁螺釘(8)連接。
4.根據權利要求I所述的大跨度大撓度懸臂試驗臺的桁架結構，其特徵在於，所述的三根橫梁(5)中的每根橫梁均勻分為四段，每段橫梁之間用橫梁連接套管(10)通過管套螺柱(9)、管套螺帽(11)和管套墊圈(12)連接。
5.根據權利要求I所述的大跨度大撓度懸臂試驗臺的桁架結構，其特徵在於，懸臂桁架⑵左端與底座桁架(I)，通過上瓦片(13)、下瓦片(15)和固定螺釘(14)連接；懸臂桁架(2)右端和液壓驅動裝置由杆端球面聯結器(3)連接，杆端球面聯結器⑶由螺栓(16)穿過耳片(17)連接在腹杆瓦片(7)上。
全文摘要
本發明公開一種大跨度大撓度懸臂試驗臺的桁架結構，包括底座桁架、懸臂桁架和杆端球面聯結器。底座桁架由地腳螺栓固定於地面上。懸臂桁架由三根鋁合金橫梁和腹杆構成，橫梁和腹杆通過腹杆瓦片連接。懸臂桁架的每根橫梁均勻分為四段，每段橫梁之間用橫梁連接套管連接。懸臂桁架左端和底座桁架通過上瓦片、下瓦片、固定螺釘連接，懸臂桁架右端由杆端球面聯結器和液壓驅動裝置連接。本發明通過各構件之間的合理連接，使整體桁架結構可以承受大撓度動態載荷，從而模擬機翼的大撓度動態彎曲變形及疊加的小幅振動。本發明具有組裝拆卸方便，維修保養費用低；柔性好，可實現大跨度結構的大撓度變形；構件之間連接安全可靠的優點。
文檔編號G01M5/00GK102874417SQ20121039501
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者仇原鷹, 韓曉輝, 趙澤, 盛英, 潘勇, 樊敏, 李逵, 段學超 申請人:西安電子科技大學