某民机疲劳试验双向加载方法的研究与应用

2020-12-01吕程，夏峰

工程与试验 2020年3期

吕程，夏峰

(中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室，陕西西安 710065)

1 引言

在全机疲劳试验中，载荷的施加是一个非常重要的环节。一直以来，中国飞机强度研究所沿用苏联施加载荷的方法，采用“胶布带—杠杆系统”施加载荷，常用于结构部件表面拉向载荷施加，如机身、机翼、襟翼等。对于座舱风挡、减速板、舱门等部件气动载荷，拉向载荷亦可采用胶布带—杠杆系统(辐射型杠杆系统)施加载荷。该系统只能施加拉向载荷，但该系统承载大、连接简单、使用方便、易于拆卸换装、成本低，并且，该技术已经发展得相当成熟，是试验中主要的加载形式[1-3]。

为了实现在单个翼面施加双向载荷，以达到提高试验效率、避免加载点过多、节省加载通道、便于试验检查的目的，胶布带拉压垫—杠杆系统加载技术得到了研发与应用。在机身蒙皮处的加载位置粘贴拉压垫专用胶布带，用于固定压载所需木块。木块上方放置卡板，卡板两端通过通用铝棒与胶布带相连。在设计过程中，木块的厚度设计通常偏小，因此，为了保证试验中木块固定无滑动，在实际安装中，在卡板与木块之间塞入橡胶垫，保证胶布带两端拉紧。卡板上方通过设计的专用单耳与一级杠杆连接，通过杠杆系统向卡板施加拉压载荷，实现对试验件的双向加载，如图1所示[4]。

图1 胶布带拉压垫-杠杆系统

疲劳试验的试验周期较长，例如某型民机全机疲劳试验预计试验周期为8年。基于以上原因，在疲劳试验中，如果采用胶布带拉压垫—杠杆系统加载，可能会出现胶布带脱落的现象，导致部分试验载荷未能精准施加到试验件上，甚至可能会损伤试验件。

针对上述问题，通过对试验加载技术进行研究，设计了卡板加载技术，应用该技术对某型民机全机疲劳试验的机翼、平尾等部件施加双向载荷。

2 卡板加载技术

使用卡板加载时，大部分翼面暴露在外边，便于损伤检查。对于全复合材料翼面，翼面施加的均为压向载荷，可避免由于拉向载荷所引起的分层、脱粘等异常情况，因此卡板加载系统广泛应用于各项疲劳/静力试验中。卡板加载系统可在合适位置打孔，通过螺杆将卡板连接固定。卡板必须保证木块与结构表面的外形相吻合，且在木块与结构表面之间粘贴橡胶皮，以免损伤试验件。卡板与加载作动筒组成硬式连接系统，直接施加双向载荷，如图2所示。

图2 卡板加载原理图

3 载荷处理

某民机疲劳试验机翼载荷通过卡板加载系统施加。机翼载荷处理包括：机翼的垂向剪力、弯矩以及扭矩载荷、襟翼载荷、主起落架载荷、发动机拉力、动力系统惯性、发房惯性载荷。主要通过控制机翼2、3、5、7、8、9、10、12、14、18肋切面的弯矩、剪力、扭矩误差而优化计算出机翼垂向加载点位置和载荷。载荷处理精度：各切面弯矩误差控制在1%以内(12肋以外控制在2%以内)；剪力误差控制在2%以内(12肋以外控制在5%以内)；扭矩误差控制在2%以内。不造成损伤的次要载荷情况误差可以视情放大，机翼载荷处理误差结果如表1所示。

表1 机翼载荷处理误差结果

4 卡板设计与应用

在以往的疲劳试验翼面卡板设计中，受设计技术条件限制，卡板木块设计不够精细，卡板安装时木块需要现场修形，安装质量和进度受到影响。在某民机全机疲劳试验中，卡板木块采用三维设计方法：从试验委托方获得精确的三维翼面数模，在虚拟的三维试验现场设计卡板和木块，协调各种尺寸，按照木块三维数模进行机加工，使卡板安装一次到位，不再进行木块现场修形，保证了卡板安装质量，缩短了安装周期，如图3、图4所示。