耐久性試驗功能組合式加載框架設計技術研究

任 鵬，王 毅，高 建，王鑫濤

（中國飛機強度研究所?全尺寸飛機結構靜力/疲勞航空科技重點實驗室，陜西?西安?710065）

試驗加載框架是飛機結構靜力/疲勞試驗中試驗加載設備主承載結構，同時關系到試驗現場規(guī)模、整潔度等[1-2]。試驗加載框架設計應綜合考慮試驗件外形尺寸、載荷及變形情況、試驗支持、測控規(guī)模及布置、特殊需求等多個方面，同時應滿足結構強度、剛度等設計要求，保證試驗時框架等承載結構的可靠性滿足要求[3]。

襟縫翼結構耐久性與損傷容限試驗采用功能組合框架，由假墻及端板支持、襟縫翼及機翼加載框架、框架附屬結構組合而成，解決了試驗件支持、試驗扣重、機翼加載及襟翼、縫翼隨動加載問題，同時考慮了測控設備、液壓油路、線路、液壓服務歧管等設備放置問題。

1??整體結構

1.1??試驗件結構

襟縫翼耐久性試驗試驗件包含襟翼、縫翼、外翼及中央翼結構，如圖1所示，其中襟翼固定于外翼后緣，縫翼固定于外翼前緣，中央翼右側為梳狀接頭結構，梳狀接頭設置有螺栓孔。

圖1 試驗件結構示意圖

1.2??功能組合框架

試驗中，加載框架需同時實現試驗件支持、襟翼結構及縫翼結構隨動加載、機翼結構加載、試驗件扣重等多個功能目標。為方便設備安裝、試驗件檢查等工作，框架周圍需同時設計走廊、平臺等附屬結構。為提高試驗現場整潔度，測控線纜、油路等需同時依附于加載框架布置線槽等。

襟縫翼耐久性試驗設計功能組合式加載框架，實現上述所有功能目標，如圖2所示。

圖2 功能組合式框架整體示意圖

2??假墻及支持端板

2.1??支持端板

支持端板功能實現試驗件支持安裝。依據梳狀接頭螺栓孔連接形式，設計端板通過螺栓與試驗件連接，對試驗件支持，端板如圖3所示。試驗件通過中央翼右側梳狀接頭固定于支持夾具上，呈懸臂支持狀態(tài)。試驗件載荷通過梳狀接頭螺栓傳導至端板上，端板采用前、后50mm厚鋼板中間加筋焊接形式，既實現試驗件支持，又保證強度滿足要求。端板四周設計地腳螺栓孔，通過地腳螺栓將端板固定于承力墻或承力假墻上，使試驗件處于懸空支持狀態(tài)。

圖3 支持端板示意圖

2.2??承力假墻

承力假墻功能實現支持端板安裝及試驗承載。承力假墻為試驗主承力結構，試驗件載荷通過端板傳導至承力假墻上，同時為端板提供安裝空間。承力假墻采用型鋼焊接或螺接組合成桁架結構，如圖4所示。同時，通過地腳螺栓與地坪連接，通過優(yōu)化承力假墻與地坪連接點，保證地坪承載能力滿足要求。

圖4 假墻端板安裝示意圖

3??襟翼加載框架

3.1??襟翼加載形式

耐久性試驗中，襟翼結構依據試驗載荷譜變化打開角度發(fā)生變化，過程中需實現載荷隨動施加。襟翼結構分為前襟翼、主襟翼、后襟翼3部分，加載點分布于上下翼面，其中上翼面為拉向加載點，下翼面為壓向加載點。結合襟翼大后退量運動特點，上翼面加載點采用鏈輪—鏈條導向加載形式，下翼面采用作動筒硬式連接形式。

3.2??襟翼加載框架

襟翼加載框架功能實現襟翼隨動加載點安裝。襟翼為三段式結構，上下翼面各段加載點安裝位置需通過合理規(guī)劃，為避免前襟翼和主襟翼上翼面鏈條導向加載點加載設備干涉且易于加載設備安裝檢查，上翼面加載點采用上下雙層布局設計方案，實現前、主襟翼上翼面導向點安裝位置在空間上合理布置。對于下翼面加載點，將隨動加載機構固定于同一固定平臺上，通過位置協調，實現主襟翼和后襟翼下翼面加載點隨動加載設備合理布局。襟翼加載框架如圖5所示。

圖5 襟翼加載框架示意圖

4??縫翼加載框架

4.1??縫翼加載形式

耐久性試驗中，縫翼結構與襟翼相似，依據試驗載荷譜變化縫翼打開角度發(fā)生變化，過程中需實現載荷隨動施加?？p翼結構位于機翼盒段前緣，其承受垂向和航向雙向加載載荷，因此，耐久性試驗中需同時實現垂向和航向雙向載荷隨動加載。

4.2??縫翼加載框架

依據縫翼隨動加載方案，縫翼采用擺臂式加載框架，并將加載作動筒安裝固定于加載框架上，加載框架擺臂轉軸與縫翼翼面轉軸重合，通過電動缸位置控制轉化為框架擺臂角度變化，實現框架擺臂與縫翼翼面同步運動，如圖6所示。

縫翼加載框架整合了縫翼加載設備檢查平臺、試驗件檢查平臺，同時利用反配重方式扣除加載框架擺臂部分結構重量，并在框架擺臂運動極限位置設置限位卡塊。

圖6 縫翼加載框架示意圖

5??機翼加載框架

5.1??機翼加載形式

試驗時，外翼與中央翼施加巡航1g載荷，為襟翼、縫翼提供巡航1g變形支持邊界。機翼載荷采用配重形式加載，配重懸掛于機翼加載框架上。

5.2??機翼加載框架

機翼加載框架功能實現機翼1g載荷施加并集成走廊、線槽、平臺等安裝位置。機翼加載框架包含中央翼加載框架和外翼加載框架，如圖7所示。機翼1g加載點通過加載橫梁安裝于機翼加載框架上端面。

圖7 機翼加載框架示意圖

6??框架附屬結構

框架附屬結構功能為試驗方便施加、試驗現場整潔、空間有效利用等。耐久性試驗中，為方便試驗人員進行加載點安裝、試驗件檢查、設備維護等現場操作，在各功能框架上設置走廊，以提供人員上下框架和作業(yè)通道。為保證試驗現場整潔、避免線纜信號干擾，設置線槽用以規(guī)范控制、測量、液壓線纜走線。同時，合理利用框架空間，在中央翼加載框架上設計測量設備擺放平臺?？蚣芨綄俳Y構如圖8所示。

7??結論

針對襟縫翼結構耐久性試驗，依據試驗中各部件功能需求及整體試驗規(guī)劃，設計各部件功能模塊加載框架，并通過相互間交叉整合，形成耐久性試驗功能組合加載框架。該框架同時實現了耐久性試驗中各部件設備安裝、加載、檢查等功能，為后續(xù)類似耐久性試驗加載框架設計提供借鑒。

圖8 框架附屬結構示意圖