大跨度大撓度懸臂試驗(yàn)臺(tái)的桁架結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及航空結(jié)構(gòu)技術(shù)、機(jī)械振動(dòng)領(lǐng)域的一種大跨度大撓度懸臂試驗(yàn)臺(tái)的桁架結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出一種可以模擬飛機(jī)起飛和飛行過(guò)程中機(jī)翼的動(dòng)態(tài)彎曲變形及疊加的小幅振動(dòng)的桁架結(jié)構(gòu)，以滿足機(jī)翼液壓管路承受大跨度大撓度試驗(yàn)的條件要求。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)飛行過(guò)程中，機(jī)翼會(huì)因氣流壓力等原因發(fā)生復(fù)雜彈性振動(dòng)。在極端變形情況下，機(jī)翼中安裝的液壓管路可能會(huì)產(chǎn)生超出設(shè)計(jì)要求的應(yīng)力和應(yīng)變，引發(fā)飛行事故。但由于機(jī)翼自身結(jié)構(gòu)和其空間變形的復(fù)雜性，很難采用彈性力學(xué)的經(jīng)典理論進(jìn)行計(jì)算校核。如果直接采用實(shí)際機(jī)翼進(jìn)行機(jī)翼液壓管路飛行環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)，特別是對(duì)于大跨度大撓度的機(jī)翼，則需要付出高昂的試驗(yàn)成本，甚至是現(xiàn)實(shí)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
[0003]岳峰所申請(qǐng)的專利“通過(guò)曲軸拉線產(chǎn)生彈性機(jī)翼振動(dòng)的系統(tǒng)”(申請(qǐng)?zhí)?1108210.0，公開(kāi)號(hào)CN1302755A)公開(kāi)了一種通過(guò)曲軸拉線產(chǎn)生彈性機(jī)翼振動(dòng)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是在彈性機(jī)翼下方的機(jī)架上設(shè)有滑輪，并在機(jī)架下部中央設(shè)有滑輪組，用兩根拉線分別與兩個(gè)彈性機(jī)翼相連接，并通過(guò)滑輪和滑輪組與動(dòng)力曲軸的曲拐鉸接，動(dòng)力曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)彈性機(jī)翼上下振動(dòng)，從而使飛行器實(shí)現(xiàn)仿生飛行。但是，該系統(tǒng)存在的不足是:首先，該系統(tǒng)的機(jī)翼由彈簧鋼絲配以高強(qiáng)高彈超薄尼龍布做成，結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度和剛度不足，在模擬飛行過(guò)程中鋼絲繩和尼龍布容易斷裂和破損；其次，該系統(tǒng)僅能模擬飛行器在起飛和降落過(guò)程中彈性機(jī)翼的小幅度上下振動(dòng)，不能同時(shí)模擬飛機(jī)起飛和飛行過(guò)程中機(jī)翼的大撓度彎曲變形及疊加的小幅振動(dòng)。
[0004]中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計(jì)研宄所所擁有的實(shí)用新型專利技術(shù)“一種大展弦比機(jī)翼跨聲速顫振模型”(授權(quán)公告號(hào)CN 202177502U，申請(qǐng)?zhí)?01120294839.2)公開(kāi)了一種大展弦比機(jī)翼跨聲速顫振模型。該實(shí)用新型采用帶耳片的空心梁，空心梁為矩形空心結(jié)構(gòu)，矩形兩邊帶有耳片；空心梁上安裝有垂直空心梁的肋板；空心梁的材料為低密度高模量金屬材料，減輕了模型的整體重量，空心梁和蒙皮之間填充輕質(zhì)泡沫保證了慣量分布。該專利技術(shù)存在的不足是:首先，該模型主結(jié)構(gòu)和機(jī)翼根部的連接是剛性連接，受模型幾何尺寸和質(zhì)量控制的限制，抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度往往達(dá)不到要求，特別是在翼尖被快速提升或者壓下時(shí)，根部的連接容易開(kāi)裂甚至損壞。其次，該模型只能模擬飛機(jī)飛行過(guò)程中機(jī)翼的低速和跨聲速小幅度顫振，但是不能模擬飛機(jī)起飛時(shí)機(jī)翼的大撓度彎曲變形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、滿足機(jī)翼液壓管路大跨度大撓度的試驗(yàn)條件要求、安全可靠的懸臂試驗(yàn)臺(tái)的桁架結(jié)構(gòu)，以模擬飛機(jī)起飛和飛行過(guò)程中機(jī)翼的大撓度動(dòng)態(tài)彎曲變形及疊加的小幅振動(dòng)，懸臂桁架提升的最高高度可達(dá)2258mm。
[0006]本發(fā)明的具體思路是:在現(xiàn)有的桁架結(jié)構(gòu)技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)翼模擬梁采用鋼鋁混合結(jié)構(gòu)和變截面結(jié)構(gòu)，通過(guò)各個(gè)構(gòu)件之間的適當(dāng)連接，重點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)連接部分的應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行仿真校核，使連接后的桁架結(jié)構(gòu)可以承受大撓度動(dòng)態(tài)載荷，從而模擬飛機(jī)起飛和飛行過(guò)程中機(jī)翼的大撓度動(dòng)態(tài)彎曲變形及疊加的小幅振動(dòng)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括底座桁架、懸臂桁架和桿端球面聯(lián)結(jié)器。
[0008]本發(fā)明首先解決了大跨度懸臂桁架承受大幅度提升力，會(huì)導(dǎo)致底座與地基連接處承受危險(xiǎn)的傾覆力矩的技術(shù)問(wèn)題，解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:底座桁架主體結(jié)構(gòu)采用矩形鋼拼接而成，材料為低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345，局部薄弱處增加了三角加強(qiáng)筋，下層呈矩形分布的六個(gè)支撐柱通過(guò)地腳螺栓采用預(yù)留孔二次灌漿埋入法與大地固定。
[0009]其次，解決了長(zhǎng)懸臂桁架應(yīng)對(duì)大撓度動(dòng)態(tài)彎曲變形及疊加小幅振動(dòng)的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:懸臂桁架采用鋼鋁混合結(jié)構(gòu)，懸臂桁架由上主梁，兩根下主梁和梯形框架構(gòu)成。上主梁和兩根下主梁采用鋁合金板料，梯形框架采用鋼材質(zhì)，因主梁總長(zhǎng)為L(zhǎng) = 27250mm，而構(gòu)成主梁的鋁合金板最長(zhǎng)只有3500mm，故主梁須由九段鋁合金板拼接構(gòu)成，在主梁的對(duì)接部位加上下兩個(gè)小夾板，通過(guò)鉸制螺栓連接，主梁與梯形框架通過(guò)普通螺栓與鉸制螺栓混合連接。
[0010]再次，解決了基于遺傳算法的變截面機(jī)翼模擬梁多目標(biāo)優(yōu)化的技術(shù)問(wèn)題，解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:對(duì)初始設(shè)計(jì)出的機(jī)翼模擬梁進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化，優(yōu)化后的懸臂桁架采用梯形變截面形式，上主梁與水平面傾斜度為Q1= 3.3度，兩下主梁與水平面傾斜度Q2= 3度，懸臂桁架固定端梯形截面尺寸大于自由端梯形截面尺寸，梯形截面上邊尺寸保持不變?yōu)閄 = 132mm，固定端梯形截面下邊尺寸為Y1= 815mm，高為h丨=307mm，自由端梯形截面下邊尺寸為Y2= 574mm，高為h 2= 187mm。
[0011]最后，解決了大跨度高強(qiáng)度機(jī)翼模擬梁各部件的連接技術(shù)，解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:懸臂桁架的固定端嵌入到底座桁架的蓋板、底板之間，主梁與連接板接觸處采用鉸制螺栓，邊緣采用普通螺栓，懸臂桁架的自由端與桿端球面聯(lián)結(jié)器通過(guò)連接螺栓穿過(guò)自由端連接底板連接，自由端連接底板與上主梁、梯形框架通過(guò)普通螺栓和鉸制螺栓混合連接。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]第一，本發(fā)明底座桁架主體結(jié)構(gòu)采用矩形鋼拼接而成，通過(guò)M20地腳螺栓采用預(yù)留孔二次灌漿埋入法與大地固定，克服了現(xiàn)有技術(shù)中翼尖被快速提升或者壓下時(shí)，根部的連接容易開(kāi)裂甚至損壞的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明的懸臂桁架在承受大幅度提升力時(shí)，底座與地基連接處承受的傾覆力矩在許用安全范圍以內(nèi)。
[0014]第二，本發(fā)明懸臂桁架采用鋼鋁混合結(jié)構(gòu)，其中的三根主梁采用低密度低模量、柔性較好的7075鋁合金材料，主梁間的梯形框架材料為Q345，克服了現(xiàn)有技術(shù)中由于全鋼懸臂桁架設(shè)計(jì)方案存在重量過(guò)大，不便于液壓提升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)牽引運(yùn)動(dòng)，并且存在加工難以解決難題，懸臂桁架主梁零件空間尺寸較大，無(wú)法進(jìn)行后續(xù)熱處理，其力學(xué)性能明顯下降而無(wú)法滿足強(qiáng)度條件，模擬結(jié)構(gòu)大撓度變形應(yīng)力過(guò)高的缺點(diǎn)，又因鋼鋁混合懸臂桁架設(shè)計(jì)方案在加工過(guò)程中不會(huì)破壞其材料強(qiáng)度使得本發(fā)明的桁架結(jié)構(gòu)柔性明顯增強(qiáng)，可以滿足結(jié)構(gòu)大撓度變形的要求。
[0015]第三，本發(fā)明懸臂桁架采用梯形變截面結(jié)構(gòu)，與底座接觸部位梯形截面大，頭部梯形截面小，采用該結(jié)構(gòu)主要是變截面優(yōu)化擬合了桁架結(jié)構(gòu)預(yù)期的大彎曲變形曲線，克服了現(xiàn)有技術(shù)中等截面結(jié)構(gòu)受力不合理，傳遞振動(dòng)性能不理想的缺點(diǎn)，同時(shí)減輕懸臂桁架的重量，使得本發(fā)明的懸臂桁架能夠更好地應(yīng)對(duì)大撓度動(dòng)態(tài)彎曲變形及疊加小幅振動(dòng)。
[0016]第四，本發(fā)明桁架結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件之間采用普通螺栓與鉸制螺栓混合連接，其中，梯形框架與三根主梁通過(guò)鉸制螺栓和普通螺栓混合連接，懸臂桁架固定端與底座桁架通過(guò)蓋板、底板、鉸制螺栓和普通螺栓混合連接，懸臂桁架自由端與桿端球面聯(lián)結(jié)器通過(guò)連接螺栓穿過(guò)自由端連接底板連接，自由端連接底板與上主梁、梯形框架通過(guò)普通螺栓和鉸制螺栓混合連接，克服了現(xiàn)有技術(shù)中大跨度桁架構(gòu)件連接之間難以提供足夠的抗剪切力的缺點(diǎn)，由于各部件之間的連接都為異種金屬連接，并且各連接處同時(shí)存在大的正應(yīng)力和切應(yīng)力，采用普通螺栓與鉸制螺栓混合連接使所有螺栓共同承受軸向載荷，鉸制螺栓承受橫向載荷，既提供了足夠的緊固力又提供了足夠的抗剪切力，使得本發(fā)明的桁架結(jié)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件之間的連接安全可靠，可以滿足機(jī)翼模擬梁大跨度和高強(qiáng)度的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明底座桁架與地面連接示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明懸臂桁架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明懸臂桁