部件试验法向载荷约束技术

贾炜琰

摘 要：针对某大型水陆两栖飞机垂尾后机身接头静力试验单垂尾梁易出现扭转和翘曲问题，按照蒙皮对翼梁限制形式设计了一种限制梁平面扭转和翘曲夹具。约束夹具与传感器相连，反馈出相应的约束载荷，将其与理论计算的约束载荷进行对比，发现其误差较小，可以满足设计使用。

关键词：垂尾；翼梁；扭转

1 概述

某大型水陆两栖飞机尾翼为T尾结构，尾翼的所有载荷都通过机身垂尾接头传递到机身上，造成接头处载荷值较大，同时由于载荷形式的多样性导致接头载荷分配较为复杂，从而使得设计分析比较困难。因此设计方提出了采用垂尾后梁与机身63框进行垂尾后机身接头静力试验的想法。

采用单垂尾后梁进行试验，在受载时很容易出现梁平面扭转或翘曲的问题，而真实飞机结构中由于蒙皮对翼梁的限制使其无法出现这样的问题。为了在试验中模拟蒙皮对翼梁的限制作用，就需要增加一定的约束。

本文首先从约束点的位置选择入手，再对约束自由度进行设计，使其尽量与蒙皮限制翼梁的形式相近，最终通过试验与理论分析结果对比，得知这种设计可以较好地满足试验的需要。

2 约束位置的选择

垂尾后梁试验件和试验载荷施加点位置如图1所示。从图1中可以看出，为了使得限制扭转或翘曲更加有效，约束位置应选择在垂尾后机身接头和试验载荷施加点5之间。为了使得约束点效果更好且对试验件影响最小，将约束点选择在靠近于5号接头，梁缘条变化区最为合适。

3 约束自由度选择

在真實飞机中，垂尾后梁与蒙皮采用铆钉连接，蒙皮限制梁的扭转变形，不限制梁的弯曲变形。限制扭转变形就得在翼梁缘条约束位置左右各设置一个点，并约束垂直于翼梁平面的自由度。不限制弯曲变形就得放开翼梁缘条压缩方向和弯曲变形自由度。综上所述，翼梁缘条约束位置左右各设置一个点，并约束垂直于翼梁平面的自由度。

4 约束夹具设计

4.1 扭力平衡框架设计

根据上文所述，在约束位置左右各设置一个点，将两边点进行连接，设计成一个扭力框架，这样既可以实现自平衡保证强度，又可以将两个点进行连通，形成整体受力，不会造成单边缘条受载导致应力集中。扭力框架如图2所示。

4.2 约束顶针设计

针对扭力框架，按照文中第3点设计约束点，需要约束垂直于翼梁平面的自由度，即限制扭力框架两边外伸耳朵的法向位移。此次试验，在单侧设计里一对法向顶针，顶针下端采用圆球顶珠，使其可以在外伸耳朵平面内自由滑动，在顶针上端与传感器相连，使其法向载荷可以进行监控，方便与试验载荷进行对比。

5 试验结果分析

按照试验设计进行试验夹具生产和试验安装，安装完成后按照大纲开展试验。本次试验共三个试验工况，限制载荷静力试验后，将约束点在三个工况下测得的结果与理论结果进行对比，对比结果表如表1所示。

通过表1对比分析结果可以看出，误差基本在5%以内，整个设计与理论分析相差较小，设计可行。

6 结束语

通过上述设计可以看出，对于部件静力试验，法向约束设计可以满足试验的要求，并且通过静力试验实测结果与理论分析结果对比得知其误差不超过5%。通过这次可以看出被动载荷引入到试验考核区的方法在精度可以保证的前提下是十分可行，这也为后续这类型试验提供了信心。

参考文献

[1]金属板材抗凹性试验的法向加载机构[J].宝钢技术，2006，B11：60-60.