本發(fā)明涉及飛行器靜強度試驗領(lǐng)域，具體的為一種面向超大柔性機翼靜力試驗的隨動載荷快速施加方法。

背景技術(shù)：

1、在機翼靜力試驗中，常規(guī)的加載設(shè)備采用固定方向的加載方式，這種加載方式運用于變形較小的機翼試驗中是可行的。而在大展弦比試驗中，機翼變形量顯著增大，比如空客a350的翼展64.75米，機翼最大撓度為5.2米，波音b787的翼展60.1米，機翼最大撓度為7.6米，國產(chǎn)大飛機c919的翼展35.8米，機翼最大撓度也接近3米，如此大的機翼變形量，導(dǎo)致試驗加載載荷與實際飛行狀態(tài)的載荷誤差較大。主要原因便在于機翼的變形導(dǎo)致載荷施加方向相對機翼局部法線方向發(fā)生變化，因此在具有大變形甚至超大變形飛機的機翼靜力試驗中，對載荷方向進(jìn)行修正以減小誤差成為科研人員重點關(guān)注的問題。在靜力試驗中，當(dāng)大柔性機翼產(chǎn)生大變形甚至超大變形時，如何保證加載方向始終垂直于機翼軸線，發(fā)展隨動載荷施加技術(shù)來模擬機翼真實受載情況，具有重要的工程意義。

2、對于大變形飛機機翼靜力試驗中隨動載荷的加載，國內(nèi)開展了相關(guān)的綜合研究。覃湘桂等采用兩套作動筒，一套作動筒提供法向載荷，另一套作動筒調(diào)整前者底座的位置來實現(xiàn)隨動加載，如圖1所示；龐寶才等采用單點雙作動筒隨動加載，即利用兩個相互垂直的作動筒產(chǎn)生的合力對機翼加載，加載點取氣動載荷的等效加載點，如圖2所示。

3、而上述加載方式雖然能較為準(zhǔn)確地實現(xiàn)大展弦比機翼大變形下的隨動載荷施加，但缺點在于，由于作動筒可伸長的長度有限，當(dāng)對超大柔性機翼進(jìn)行靜力試驗時，當(dāng)變形更大的超大柔性機翼的變形量超出作動筒的工作范圍后，上述加載方式便不再滿足要求。因此亟需設(shè)計出一種可以滿足超大柔性機翼的超大變形的隨動載荷加載方式。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、由于考慮的超大柔性機翼可產(chǎn)生很大的變形，現(xiàn)有技術(shù)采用作動筒等作動行程有限的設(shè)備進(jìn)行加載時，難以滿足對于超大柔性機翼在大變形下的隨動載荷加載試驗需求，導(dǎo)致試驗過程中會產(chǎn)生較大誤差，影響試驗最終結(jié)果的準(zhǔn)確性甚至可行性。

2、為解決上述問題，本發(fā)明提出一種面向超大柔性機翼靜力試驗的隨動載荷快速施加方法，采用包括鋼絲繩、砝碼、定滑輪、可水平移動的臺架系統(tǒng)、應(yīng)變片、應(yīng)變儀、攝像機、計算機等設(shè)備在內(nèi)的載荷加載系統(tǒng)實現(xiàn)。所述鋼絲繩和砝碼用于加載；所述定滑輪配合可水平移動的臺架系統(tǒng)用于隨動調(diào)整加載方向；所述應(yīng)變片和應(yīng)變儀用于采集機翼加載過程中的應(yīng)變數(shù)據(jù)；所述攝像機用于加載過程中對機翼變形情況及鋼絲繩的加載方位進(jìn)行拍照；所述計算機上安裝有圖像處理軟件，用于對拍照圖像進(jìn)行處理后獲得加載位置的法線方向及鋼絲繩的方向；所述計算機還用于記錄和分析加載過程機翼的應(yīng)變與變形的數(shù)值。本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下包括步驟：

3、步驟1：試驗準(zhǔn)備；

4、將機翼翼根固支在承力墻上，在機翼表面需測量的位置粘貼應(yīng)變片，將鋼絲繩的一端在機翼加載位置固定，鋼絲繩另一端用于掛載砝碼進(jìn)行加載；將定滑輪布置在可水平移動的臺架系統(tǒng)上，定滑輪前端抵住加載用的鋼絲繩；當(dāng)調(diào)整臺架系統(tǒng)的水平位置時可改變定滑輪的水平位置，從而改變鋼絲繩的加載方向；

5、在現(xiàn)場布置固定機位的攝像機，所述攝像機用于對機翼變形情況及鋼絲繩的加載方位進(jìn)行拍照；將攝像機與計算機相連，所述計算機上安裝有圖像處理軟件，用于對拍照圖像進(jìn)行處理后獲得加載位置的法線方向及鋼絲繩的方向；將應(yīng)變片與應(yīng)變儀相連，然后將應(yīng)變儀與計算機相連；

6、步驟2：試驗預(yù)加載；

7、使用設(shè)定質(zhì)量的砝碼對機翼進(jìn)行預(yù)加載，放置預(yù)加載砝碼后，根據(jù)目視機翼變形情況適當(dāng)移動定滑輪，使加載鋼絲繩的方向與機翼加載點處的機翼梁軸線大致垂直，直至變形穩(wěn)定，再利用計算機上圖像處理軟件準(zhǔn)確判斷穩(wěn)定后鋼絲繩方向與機翼梁軸線是否垂直，若不垂直，則繼續(xù)調(diào)整滑輪位置，直到再次穩(wěn)定后二者相互垂直，記錄此時的應(yīng)變；并與理論應(yīng)變對比，若測量應(yīng)變與理論應(yīng)變差距小于設(shè)定閾值，表明試驗設(shè)備可靠，進(jìn)入后續(xù)正式加載；

8、步驟3：試驗正式加載；

9、根據(jù)靜力試驗的載荷施加的要求，按百分比逐級加載，每一級加載過程為：

10、放置加載砝碼后，根據(jù)目視機翼變形情況適當(dāng)移動定滑輪，使加載鋼絲繩的方向與機翼加載點處的機翼梁軸線大致垂直，直至變形穩(wěn)定，再利用計算機上圖像處理軟件準(zhǔn)確判斷穩(wěn)定后鋼絲繩方向與機翼梁軸線是否垂直，若不垂直，則繼續(xù)調(diào)整滑輪位置，直到再次穩(wěn)定后二者相互垂直，記錄此時的應(yīng)變；并根據(jù)計算機上圖像處理軟件獲取機翼變形值；

11、步驟4：試驗結(jié)束，記錄分析數(shù)據(jù)；

12、完成全部加載，試驗結(jié)束，計算機根據(jù)所有記錄數(shù)據(jù)，給出超大柔性機翼應(yīng)變與變形圖。

13、進(jìn)一步的，所述步驟1中攝像機為雙目相機，可同時對機翼、對加載方位進(jìn)行拍照。

14、進(jìn)一步的，所述步驟2中設(shè)定質(zhì)量的砝碼取機翼加載位置理論最大承載載荷的10％。

15、進(jìn)一步的，所述計算機上的圖像處理軟件，通過對拍照圖像進(jìn)行標(biāo)定和特征點的測量，從而得到機翼表面變形后的坐標(biāo)，然后基于變形后的坐標(biāo)計算獲得加載位置的法線方向及鋼絲繩的方向。

16、有益效果

17、本發(fā)明提供一種面向超大柔性機翼靜力試驗的隨動載荷快速施加方法，通過采用鋼絲繩掛載砝碼來施加集中載荷，利用攝像系統(tǒng)監(jiān)測機翼變形狀態(tài)，再根據(jù)變形狀態(tài)，利用可改變支持位置的定滑輪來實現(xiàn)鋼絲繩方向的調(diào)整以達(dá)到隨動加載的目的，能夠有效避免現(xiàn)有技術(shù)采用作動筒進(jìn)行加載遇到的作動行程有限的問題，且可實時監(jiān)測機翼變形狀態(tài)對加載方向進(jìn)行快速調(diào)整，保證試驗精度和效率，滿足對超大柔性機翼在大變形下的隨動載荷加載試驗需求。

技術(shù)特征：

1.一種面向超大柔性機翼靜力試驗的隨動載荷快速施加方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種面向超大柔性機翼靜力試驗的隨動載荷快速施加方法，其特征在于：所述步驟1中攝像機為雙目相機，可同時對機翼、對加載方位進(jìn)行拍照。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種面向超大柔性機翼靜力試驗的隨動載荷快速施加方法，其特征在于：所述步驟2中設(shè)定質(zhì)量的砝碼取機翼加載位置理論最大承載載荷的10％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種面向超大柔性機翼靜力試驗的隨動載荷快速施加方法，其特征在于：所述計算機上的圖像處理軟件，通過對拍照圖像進(jìn)行標(biāo)定和特征點的測量，從而得到機翼表面變形后的坐標(biāo)，然后基于變形后的坐標(biāo)計算獲得加載位置的法線方向及鋼絲繩的方向。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種面向超大柔性機翼靜力試驗的隨動載荷快速施加方法，包括如下步驟：步驟1：將機翼翼根固支在承力墻上，將鋼絲繩一端在加載點固定，另一端掛載砝碼；將定滑輪布置在可水平移動的臺架上；將應(yīng)變片與應(yīng)變儀相連，攝像機、應(yīng)變儀與計算機相連；步驟2：使用設(shè)定質(zhì)量的砝碼對機翼進(jìn)行預(yù)加載，目視機翼變形情況移動定滑輪至變形穩(wěn)定，使加載方向與機翼梁軸大致垂直，利用計算機判斷加載方向與機翼梁軸是否垂直，調(diào)整滑輪位置至二者相互垂直，比較試驗應(yīng)變與理論應(yīng)變的差距，若小于設(shè)定閾值則進(jìn)入下一步；步驟3：根據(jù)載荷施加要求按百分比逐級加載，每一級加載過程同步驟2，記錄每一級加載后的應(yīng)變；步驟4：完成全部加載，試驗結(jié)束。

技術(shù)研發(fā)人員：趙冉,谷迎松,楊智春
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10