一种撑杆式约束装置

赵婵 王征

摘 要：在全尺寸飞机结构静力/疲劳试验中，对试验件施加的外部载荷在理论上是平衡的。试验机的约束为静定约束，一般选取三个垂向约束，三个水平约束。在前期调试过程中，由于约束方法，设备等原因，会导致航向、侧向约束失效，考核误差，加载点超差保护等问题，为了解决这些问题提出了撑杆式约束试验件的装置，并在试验中得到验证。

关键词：静定约束；二力杆系统；撑杆约束

中图分类号：TP391.4 文献标志码：A 文章编号：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

在全尺寸飞机结构静力/疲劳试验中，为了保持试验件的姿态，必须支持并约束试验件。通常要求支持和约束是静定的，一般选取三个垂向约束，其他的三个约束为水平约束（包括航向约束及侧向约束）。垂向约束方式一般采用撬杠或悬挂式约束，而水平约束则采用接头、滑轮、滑槽及立柱约束，双向差动软约束或者位控作动筒位控约束。采用接头、滑轮、滑槽及立柱形式，不限制飞机垂向位移，并约束飞机航向、侧向位移，由于滑轮与滑槽有间隙，在试验中会出现航向、侧向约束失效的情况；采用双向差动软约束时，需要两个监视通道，通过两个通道的反馈计算出该约束的反馈载荷。

在约束点反馈载荷较大时，需要在两个软约束上施加较大预紧力方可保证试验中约束的有效性，但对试验机约束部位的考核而言，预紧力的对拉是非真实的考核；采用位控作动筒作为约束点时，在非试验状态（作动筒无油压状态）作动筒不能保证有效位移，加压后首先会调整试验机姿态，在此过程中可能会引起其他加载点的超差保护。为了避免上述几种约束方式中出现的问题，提出了撑杆式约束装置。

2 原理及总体方案

利用作动筒底座关节轴承功能，通过接头、假作动筒、载荷传感器及立柱等组成硬式连接系统。作动筒底座固定在立柱上，采用铰接方式与假作动筒连接。其中假作动筒由连接钢管以及分别螺接在钢管两端的左旋螺纹转换接头和右旋螺纹转换接头组成。由接头铰接提供一个方向自由度，由作动筒底座铰接提供另一方向自由度，使得该硬式连接系统为“二力杆系统”，保证了约束飞机的水平位移（航向、侧向位移），且不限制飞机垂向位移，并可通过载荷传感器监视约束点的反馈。

3 试验应用

如图1所示，撑杆式约束装置包括以下几部分：双耳接头2：连接试验机约束部位；连接螺杆3：与双耳接头铰接连接，提供了该装置侧向（或航向）自由度；螺旋垫4：加装在螺纹连接之间，消除螺纹连接间隙；载荷传感器5：与控制系统连接，反馈约束点的载荷大小；假作动筒6：将约束延伸出设备干涉区，可以旋转调节长度，调整试验机姿态；作动筒底座7：连接固定立柱和假作动筒，与假作动筒采用铰接的方式提供该装置垂向自由度。

将上述部分安装在试验件约束部位1及立柱8之间，即可实现试验件的水平约束。

将双耳接头2固定在试验件约束部位1上，采用铰接方式与连接螺杆3连接，为整套约束装置提供侧向（或航向）自由度，将螺旋垫加装在载荷传感器5与假作动筒6之间的螺纹连接上，消除螺纹连接的间隙。载荷传感器5与控制系统连接，用于反馈约束点的载荷大小。作动筒底座7固定在立柱8上，采用铰接方式与假作动筒6连接，提供整套装置的垂向自由度。

如图2所示，是假作动筒的结构示意图。其中1为左旋螺纹转换接头，2为连接钢管，3为右旋螺纹转换接头。旋转连接钢管2，可伸长或缩短假作动筒连接长度。所述假作动筒6由连接钢管以及分别螺接在钢管两端的左旋螺纹转换接头1和右旋螺纹转换接头组成。通过旋转连接钢管，可伸长或缩短假作动筒连接长度，从而将约束延伸出设备干涉区，可以旋转调节长度，调整試验机姿态。硬式连接“二力杆”结构在停机状态时约束依然可靠有效。

4 结论

消除了约束失效问题，减少试验通道的占用，消除油源压力对约束可靠性的影响，提高了试验的可靠性和安全性。

该约束装置与现有技术相比具有以下优点：有效利用了现有试验设备，实现了可靠的水平约束；加工零件仅有假作动筒，节约了成本；采用硬式连接的“二力杆”系统仅占用一个控制通道；螺旋式的假作动筒可以调节连接长度，改变约束位移，从而达到调整试验机姿态的目的。

参考文献：

[1]牛永进.二力杆原理在加载试验中的巧妙运用[J].航天制造技术，2010，6：37-39.