[發明專利]用于高速顫振模型的帶四耳片空心梁及其制作方法

有效

• 申請號: 201210146286.5
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102645317A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 羅務揆;馬翔;黨云卿
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所
• 主分類號: G01M9/08
• 分類號: G01M9/08
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

技術領域

本發明屬于結構力學領域，涉及一種用于高速顫振模型的帶四耳片空心梁及其制作方法。

背景技術

對于飛機顫振模型設計，單梁模型的結構形式廣泛應用于機翼、機身、尾翼等結構。而高速顫振模型可以用來獲取飛機及其部件的跨聲速顫振特性。針對高速顫振模型的設計特點，通常需要很小梁架質量來提供很大的翼面剛度。

以往的方法往往存在剛度模擬不確定，加工制造困難，超重等缺陷。如何能夠設計并加工出一種質量輕，剛度大的變截面主承力結構，對顫振模型設計人員來說顯得尤為重要。

對于高速顫振模型的主承力結構，往往存在著設計難和加工難的問題：設計難主要體現在要同時滿足剛度大和質量輕的設計要求，且剛度需滿足三向要求，即垂直向截面慣性矩I_x，側向截面慣性矩I_y，截面極慣性矩J；而對于加工變截面的帶耳片薄壁空心梁，之前采取鏜床加工，非常困難，且極難滿足設計要求的合格產品；另外，在高速風洞條件下，強度問題非常突出，采用常規膠結的模型在試驗中極容易被高速氣流沖擊損壞，在設計初期就會被否定。采用帶雙耳片的空心梁結構結合高溫膠結技術在一定程度上解決了以上問題，并已在工程中得到成功應用。但如果模型設計要求進一步提高，即要求引入梁截面尺寸限制約束，采用帶雙耳片的空心梁結構可能就不能滿足設計要求。

發明內容

為解決模型設計要求進一步提高所帶來的問題，本發明提供一種變截面梁，且能滿足三向剛度和梁截面尺寸限制約束，不易被高速氣流沖擊損壞的帶四耳片高速顫振模型的空心梁以及其制作方法。本發明的技術解決方案是，

空心梁具有兩個上下對稱禮帽型合金構件和兩個左右對稱的C型合金構件，兩個上下對稱禮帽型合金構件和兩個左右對稱的C型合金構件的截面尺寸沿空心梁的長度方向變化，兩個C型合金構件置于兩個禮帽型合金構件之間，兩個禮帽型合金構件的開口向內，兩個C型合金構件的開口向外，兩個C型合金構件的上、下邊與禮帽型合金構件的帽檐相貼合，兩個C型合金構件與兩個禮帽型合金構件貼合處用鉚接和高溫膠結形式固定，形成一口字型帶四耳片的變截面空心梁結構。

一種用于高速顫振模型的帶四耳片空心梁的制作方法，包括以下步驟：

步驟1：確定待模擬飛機機翼的垂直向截面慣性矩I_ax，側向截面慣性矩I_ay，截面極慣性矩J_a；

步驟2：根據剛度縮比關系得到模型若干截面特性設計目標垂直向截面慣性矩I_x，側向截面慣性矩I_y，截面極慣性矩J；

步驟3：通過試湊法得出滿足步驟2中各截面三向剛度要求的截面尺寸，包括空心梁薄壁厚度t與耳片厚度t_r，空心梁的寬度W和高度H，以及帶耳片的寬度L及耳片高度H_r；

步驟4：加工出禮帽型合金構件，合金構件的各截面相關尺寸為不帶帽檐的寬度為W，高度為(H－H_r)/2，帽檐厚度為t_r/2，帶帽檐的總寬度為L，禮帽型合金構件薄壁厚度為t，并且在禮帽型合金構件的帽檐上加工鉚釘孔；

步驟5：加工出C型合金構件，C型合金構件的各截面相關尺寸為寬度(L－W)/2+t，高度為H_r，上下邊厚度為t_r/2，C型合金構件薄壁厚度為t，并且在C型合金構件的上下邊加工鉚釘孔；

步驟6：將兩個禮帽型合金構件上下對稱布置，將兩個C型合金構件左右對稱布置，并在真空條件下進行高溫膠結，高溫膠結的真空度高于10^-2Pa，溫度控制在120℃±5℃；

步驟7：將四個合金構件通過鉚釘連接。

本發明產生的積極效果：本發明的空心梁為矩形空心結構，矩形兩邊帶有四個耳片；相比于帶兩個耳片的空心梁可以滿足三向剛度要求的特點，用帶四個耳片的空心梁不僅保留了這個特點，而且截面宏觀尺寸小，在一定程度上解決了梁截面尺寸超出翼型尺寸的問題；制作時，首先加工兩個對稱的禮帽型合金構件和兩個對稱的C型合金構件，然后將四個合金構件進行高溫膠結和鉚釘連接即可，從而解決了變截面帶四耳片矩形空心梁結構的加工難問題，并且能夠保證強度要求。該空心梁的設計簡單，生產和裝配易于進行。

附圖說明

圖1為本發明用于高速顫振模型的空心梁的截面示意圖；

圖2為本發明用于高速顫振模型的空心梁的立體示意圖；