一種撐桿式約束裝置

趙嬋 王征

摘 要：在全尺寸飛機結(jié)構(gòu)靜力/疲勞試驗中，對試驗件施加的外部載荷在理論上是平衡的。試驗機的約束為靜定約束，一般選取三個垂向約束，三個水平約束。在前期調(diào)試過程中，由于約束方法，設(shè)備等原因，會導致航向、側(cè)向約束失效，考核誤差，加載點超差保護等問題，為了解決這些問題提出了撐桿式約束試驗件的裝置，并在試驗中得到驗證。

關(guān)鍵詞：靜定約束；二力桿系統(tǒng)；撐桿約束

中圖分類號：TP391.4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0030-02

Abstract： In the static/fatigue tests of full-scale aircraft structures， the external loads applied to the test pieces are theoretically balanced. The constraints of the testing machine are statically indeterminate constraints， generally choose three vertical constraints， three horizontal constraints. In the pre-debugging process， due to the restraint method and equipment， there will be problems such as invalid course and lateral restraint， checking error， load point over-differential protection and so on. In order to solve these problems， the strut-type restraint test piece device is put forward and it has been verified in the experiment.

Keywords： statically indeterminate constraint； two-bar system； strut constraint

1 概述

在全尺寸飛機結(jié)構(gòu)靜力/疲勞試驗中，為了保持試驗件的姿態(tài)，必須支持并約束試驗件。通常要求支持和約束是靜定的，一般選取三個垂向約束，其他的三個約束為水平約束（包括航向約束及側(cè)向約束）。垂向約束方式一般采用撬杠或懸掛式約束，而水平約束則采用接頭、滑輪、滑槽及立柱約束，雙向差動軟約束或者位控作動筒位控約束。采用接頭、滑輪、滑槽及立柱形式，不限制飛機垂向位移，并約束飛機航向、側(cè)向位移，由于滑輪與滑槽有間隙，在試驗中會出現(xiàn)航向、側(cè)向約束失效的情況；采用雙向差動軟約束時，需要兩個監(jiān)視通道，通過兩個通道的反饋計算出該約束的反饋載荷。

在約束點反饋載荷較大時，需要在兩個軟約束上施加較大預(yù)緊力方可保證試驗中約束的有效性，但對試驗機約束部位的考核而言，預(yù)緊力的對拉是非真實的考核；采用位控作動筒作為約束點時，在非試驗狀態(tài)（作動筒無油壓狀態(tài)）作動筒不能保證有效位移，加壓后首先會調(diào)整試驗機姿態(tài)，在此過程中可能會引起其他加載點的超差保護。為了避免上述幾種約束方式中出現(xiàn)的問題，提出了撐桿式約束裝置。

2 原理及總體方案

利用作動筒底座關(guān)節(jié)軸承功能，通過接頭、假作動筒、載荷傳感器及立柱等組成硬式連接系統(tǒng)。作動筒底座固定在立柱上，采用鉸接方式與假作動筒連接。其中假作動筒由連接鋼管以及分別螺接在鋼管兩端的左旋螺紋轉(zhuǎn)換接頭和右旋螺紋轉(zhuǎn)換接頭組成。由接頭鉸接提供一個方向自由度，由作動筒底座鉸接提供另一方向自由度，使得該硬式連接系統(tǒng)為“二力桿系統(tǒng)”，保證了約束飛機的水平位移（航向、側(cè)向位移），且不限制飛機垂向位移，并可通過載荷傳感器監(jiān)視約束點的反饋。

3 試驗應(yīng)用

如圖1所示，撐桿式約束裝置包括以下幾部分：雙耳接頭2：連接試驗機約束部位；連接螺桿3：與雙耳接頭鉸接連接，提供了該裝置側(cè)向（或航向）自由度；螺旋墊4：加裝在螺紋連接之間，消除螺紋連接間隙；載荷傳感器5：與控制系統(tǒng)連接，反饋約束點的載荷大??；假作動筒6：將約束延伸出設(shè)備干涉區(qū)，可以旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)長度，調(diào)整試驗機姿態(tài)；作動筒底座7：連接固定立柱和假作動筒，與假作動筒采用鉸接的方式提供該裝置垂向自由度。

將上述部分安裝在試驗件約束部位1及立柱8之間，即可實現(xiàn)試驗件的水平約束。

將雙耳接頭2固定在試驗件約束部位1上，采用鉸接方式與連接螺桿3連接，為整套約束裝置提供側(cè)向（或航向）自由度，將螺旋墊加裝在載荷傳感器5與假作動筒6之間的螺紋連接上，消除螺紋連接的間隙。載荷傳感器5與控制系統(tǒng)連接，用于反饋約束點的載荷大小。作動筒底座7固定在立柱8上，采用鉸接方式與假作動筒6連接，提供整套裝置的垂向自由度。

如圖2所示，是假作動筒的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為左旋螺紋轉(zhuǎn)換接頭，2為連接鋼管，3為右旋螺紋轉(zhuǎn)換接頭。旋轉(zhuǎn)連接鋼管2，可伸長或縮短假作動筒連接長度。所述假作動筒6由連接鋼管以及分別螺接在鋼管兩端的左旋螺紋轉(zhuǎn)換接頭1和右旋螺紋轉(zhuǎn)換接頭組成。通過旋轉(zhuǎn)連接鋼管，可伸長或縮短假作動筒連接長度，從而將約束延伸出設(shè)備干涉區(qū)，可以旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)長度，調(diào)整試驗機姿態(tài)。硬式連接“二力桿”結(jié)構(gòu)在停機狀態(tài)時約束依然可靠有效。

4 結(jié)論

消除了約束失效問題，減少試驗通道的占用，消除油源壓力對約束可靠性的影響，提高了試驗的可靠性和安全性。

該約束裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：有效利用了現(xiàn)有試驗設(shè)備，實現(xiàn)了可靠的水平約束；加工零件僅有假作動筒，節(jié)約了成本；采用硬式連接的“二力桿”系統(tǒng)僅占用一個控制通道；螺旋式的假作動筒可以調(diào)節(jié)連接長度，改變約束位移，從而達到調(diào)整試驗機姿態(tài)的目的。

參考文獻：

[1]牛永進.二力桿原理在加載試驗中的巧妙運用[J].航天制造技術(shù)，2010，6：37-39.