CN102288481A - 一种抽真空加载设备及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气密载荷加载技术，涉及一种飞机加筋壁板的气密载荷试验加载设备及其加载方法。本发明抽真空加载设备包括橡胶块、密封块、支撑盒、密封盒，所述橡胶块粘贴在壁板长桁一面的蒙皮边缘，其与壁板两端的凸台平齐，所述密封垫粘在橡胶块和地板梁上，所述支撑盒贴着橡胶块的内侧放置，且支撑盒顶部设置有用于固定支撑横的固定螺栓，密封盒与橡胶块粘接，并套在支撑盒外面，且密封盒上留有与支撑盒相应的开孔和开口。本发明钢支撑盒在试验时，由于橡胶块的隔离，避免了对壁板蒙皮的变形，而且橡胶块本身刚度很小，能够满足了只加气密载荷而不改变壁板的边界条件的要求，保证了加载试验的可靠性和稳定性和试验结果的精度。
Description
技术领域
本发明属于气密载荷加载技术，涉及一种飞机加筋壁板的气密载荷试验加载设备及其加载方法。
背景技术
飞机载荷加载试验是飞机强度测试的一个重要的课目，特别在检测飞机中央翼强度时，必需进行载荷加载试验。请参阅图1，其是现有技术中央翼上壁板结构及其载荷的示意图。某型民用飞机的中央翼上壁板100包括蒙皮101、长桁102、凸台103和地板梁104。其中，蒙皮101设置在长桁102上，成壁板结构，承受压缩载荷105和客舱的增压载荷106，且其上下两侧分别设置凸台103和地板梁104。其中，凸台103保证轴压载荷105施加在壁板的形心上，除凸台103外的其余面积受增压载荷106。
考虑增压载荷的机翼加筋壁板压缩稳定性试验能更真实地模拟中央翼上壁板的实际受载。但是增压载荷用充气方式施加，因地板梁外伸端处试验支撑的干涉，使得充气方式无法实施。
为了解决这一问题，必须在壁板有长桁的一面采用抽真空方式，实现增压载荷加载。对真空盒的要求是：在壁板的两端不能影响压缩载荷的加载；在壁板的中间不能妨碍壁板的侧向自由变形；在壁板的侧边不能产生蒙皮的法向支持；不能将真空盒四周产生的作用力传给壁板。
用真空盒进行气密载荷加载试验的一个实例在美国的NASA。R.G.Pettit等在编号为NASA/CR-2000-209342的文献“Validated Feasibility Study of Integrally Stiffened MetallicFuselage Panels for Reducing Manufacturing Costs”中，介绍了用真空盒对机身加筋壁板加载气密载荷的试验。该试验中真空盒与机身壁板蒙皮相接触，在抽真空时，真空盒受到内外气压差产生的外部压力，该压力通过真空盒四周与壁板蒙皮的接触作用到蒙皮上，因而对机身壁板蒙皮产生作用力；同时真空盒对机身壁板蒙皮的四周边界提供了法向支持，因而改变了壁板的边界条件。该试验的技术因为真空盒对壁板边界提供法向支持以及真空盒四周将作用力传给壁板的原因，无法满足中央翼上壁板压缩稳定性试验的要求。
发明内容
本发明的目的：本发明提供了一种稳定可靠、对壁板影响小的抽真空加载设备。
另外，本发明还提供一种抽真空加载试验方法。
本发明的技术方案是：一种抽真空加载设备，其包括橡胶块、密封块、支撑盒、密封盒，所述橡胶块粘贴在壁板长桁一面的蒙皮边缘，其与壁板两端的凸台平齐，所述密封垫粘在橡胶块和地板梁上，所述支撑盒贴着橡胶块的内侧放置，且支撑盒顶部设置有用于固定支撑横的固定螺栓，密封盒与橡胶块粘接，并套在支撑盒外面，且密封盒上留有与支撑盒相应的开孔和开口。
所述支撑盒开口从内到外依次设置有橡胶圈、钢压圈和有机玻璃板并通过固定螺栓固定。
支撑盒内部有二个横向加筋和二个纵向加筋。
支撑盒的长度比密封盒的内部长度小10mm，防止壁板受压变短后支撑盒与壁板干涉。
支撑盒为钢制结构，由四个等高的垫块支撑。
一种抽真空加载试验方法，其包括如下步骤：
步骤1：将钢制支撑盒放置到橡胶块内侧，用垫块支撑使其与壁板蒙皮保持距离，将橡胶块用胶粘剂粘接到加筋壁板长桁一面的蒙皮边缘，使橡胶块与凸台平齐；
步骤2：将密封垫粘接到橡胶块和凸台上；
步骤3：将密封盒套在钢制支撑盒上，然后将橡胶盒粘接到密封垫上；
步骤4：将壁板长桁一侧的应变片测量线经出线口引出后密封出线口内外，再安装抽气接口、进气接口和传感器接口；
步骤5：依次将橡胶圈、有机玻璃板、橡胶圈和钢压圈安装到密封盒上的开口处，用螺母紧固钢压圈，密封该开口，将螺母安装到固定螺栓上，密封固定螺栓的开孔；
步骤6：将密封完成后的试验件进行固化，固化完成后，在抽气接口上连接抽气管，在放气接口安装球阀，并关闭该阀，在传感器接口安装压力传感器，在地面对试验件抽真空到最大气密载荷进行气密性检查，气密检查结束后，缓慢打开球阀给试验件放气，完成放气后重新关闭球阀。
步骤7：将试验件和上述步骤安装的零件一起垂直安装到压缩试验机上，再将支撑盒经固定螺栓、螺套、螺杆连接到固定于地面的立柱上，然后打开矩形开口取出四个垫块，重新安装橡胶圈、有机玻璃板、橡胶圈和钢压圈，完成对矩形开口的密封，最后将应变片测量线与测量设备相连接；
步骤8：试验时，先对壁板施加气密载荷，抽真空到最大负压，保持气压不变，然后对壁板施加压缩载荷，直到壁板失稳破坏，试验过程中，记录压缩载荷、气密载荷以及结构的应变测量值。
本发明的有益效果：本发明钢支撑盒在试验时，由于橡胶块的隔离，离开壁板40毫米，因此不影响壁板的变形，而且橡胶块本身刚度很小，不增加壁板的刚度，从而能够满足了只加气密载荷而不改变壁板的边界条件的要求，尤其没有将抽真空时真空盒受到的压力再通过盒子四周传给壁板，从而保证了加载试验的可靠性和稳定性和试验结果的精度。
附图说明
图1是现有技术中央翼上壁板结构及其载荷的示意图；
图2是本发明抽真空加载设备一较佳实施方式的主视图；
图3是图2中的A-A剖视图；
图4是图2的俯视图；
图5是真空盒试验时支持状态示意图，
其中，100-中央翼上壁板，101-蒙皮，102-长桁，103-凸台，104-地板梁，105-压缩载荷，106-气密载荷，201-橡胶块，202-橡胶密封垫，300-支撑盒，301-固定螺栓，302 M10螺栓，303-横向加筋，304-纵向加筋，305-垫块，400-密封盒，501-传感器接口，502-出线口，503-抽气接口，504-放气接口，505-橡胶圈，506-有机玻璃板，507-钢压圈。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
请同时参阅图2、图3和图4，其中，图2是本发明抽真空加载设备一较佳实施方式的结构示意图，图3是图2的A-A剖视图，图4是图2的俯视图。该抽真空加载设备主要为装配在中央翼上壁板上的真空盒，其包括橡胶块201、密封垫202、支撑盒300、密封盒400、垫块305、橡胶圈505、有机玻璃板506、钢压圈507、传感器接口501、出线口502、抽气接口503和进气接口504。
其中，二个矩形橡胶块201(40mm×47.5mm)粘贴在壁板长桁一面的蒙皮101边缘，为真空加载设备的关键零件。所述橡胶块201与壁板两端的凸台103平齐，一个2mm厚的橡胶密封垫202粘在橡胶块201和地板梁104上，便于密封，以保证密封盒400与中央翼上壁板100之间的密封不漏气。所述橡胶块201不增加壁板边界的刚度，因此不会增大中央翼上壁板100的轴压承载能力105。另外，橡胶块201的粘接减小了气密载荷106的面积，但该结果是工程上可以接受的。同时，橡胶块201能避免橡胶盒直接粘接在蒙皮上，其受到的侧向压力被钢制支撑盒侧壁平衡，因而不对蒙皮产生弯曲载荷。
支撑盒300为钢制结构，紧靠着二个橡胶块201的内侧放置，安装时用四个等高的垫块305支撑。在试验前经过支撑盒300中部的矩形开口取出四个垫块305，以保证壁板受压时的自由变形不受支撑盒300的影响。
支撑盒300内部有二个横向加筋303和二个纵向加筋304，以增强支撑盒的刚度；两侧留有4个开孔，用于出线和安装传感器接口501、抽气接口503和进气接口504。支撑盒的高度为100mm，便于安装各接口，且支撑盒300的上面设置有二个用于连接固定支撑盒的固定螺栓301，本实施方式中为M36螺栓。支撑盒300的矩形开口周围从内到外依次设置有橡胶圈505、钢压圈507和有机玻璃板506，以及用于安装和拆卸上述橡胶圈505、钢压圈507和有机玻璃板506的12个M10螺栓302。
在壁板受压时橡胶块201随蒙皮101变形，可相对于支撑盒300滑动，支撑盒300对橡胶块201提供侧向支撑，平衡橡胶块201外侧受到的压力。
橡胶块201上粘接有密封盒400，本实施方式中，该密封盒为橡胶板制作的10mm厚的橡胶盒，用于维持真空状态。密封盒400套在支撑盒300外面，支撑盒300支撑密封盒400，防止其在抽真空时被吸扁。支撑盒300的长度比密封盒400的内部长度小10mm，防止壁板受压变短后支撑盒300与壁板干涉。而且密封盒400上留有与支撑盒300相应的开孔和开口。
密封盒400粘接完成后，将壁板长桁一侧的应变片测量线经出线口502引出后密封出线口502内外，再安装抽气接口503、进气接口504和传感器接口501。
请参阅图5，其是真空盒试验时支持状态示意图。实际工作时，将壁板及其真空盒安装到压缩试验机后，支撑盒300经二个M36螺栓、螺套601、螺杆602连接到固定于地面的立柱603上。然后取出四个垫块305，再安装有机玻璃板506、橡胶圈505和钢压圈507完成对支撑盒的密封。
给出本发明抽真空加载试验方法的详细过程，其步骤如下，
步骤1：将钢制支撑盒300放置到设计位置，用垫块305支撑使其与壁板蒙皮保持40mm的距离，以保证橡胶块201粘接后不与支撑盒300的两侧干涉及蒙皮101边界的自由变形。将橡胶块201用胶粘剂粘接到加筋壁板100长桁一面的蒙皮101边缘，使橡胶块201与凸台103平齐，如图3所示。
步骤2：将橡胶密封垫202粘接到橡胶块201和凸台103上。
步骤3：将密封盒400套在钢制支撑盒300上，然后将橡胶盒粘接到橡胶密封垫202上。粘合时应保证密封盒400的粘接面平展，以保证粘接面的密封性。
步骤4：将壁板长桁一侧的应变片测量线经出线口502引出后密封出线口502内外，再安装抽气接口503、进气接口504和传感器接口501。
步骤5：依次将橡胶圈505、有机玻璃板506、橡胶圈505和钢压圈507安装到密封盒400上的矩形开口处，用螺母紧固钢压圈507，密封该矩形开口。将螺母安装到二个M36螺栓上，密封固定螺栓301的开孔。将密封完成后的试验件放置在室温环境72小时进行常温固化。
步骤6：固化完成后，在抽气接口503上连接抽气管，在放气接口504安装球阀，并关闭该阀，在传感器接口安装压力传感器，在地面对试验件抽真空到最大气密载荷-0.88MPa进行气密性检查。如发现漏气，对漏气位置用密封胶进行外部堵漏密封，直至试验件达到不漏气状态。气密检查结束后，缓慢打开球阀给试验件放气，完成放气后重新关闭球阀。
步骤7：将试验件100和上述步骤安装的所有零件一起垂直安装到压缩试验机上，如图5所示状态。再将支撑盒300经二个M36螺栓、螺套601、螺杆602连接到固定于地面的立柱603上。然后打开矩形开口取出四个垫块305，重新安装橡胶圈505、有机玻璃板506、橡胶圈505和钢压圈507，完成对矩形开口的密封。最后将应变片测量线与测量设备相连接。
步骤8：试验时，先对壁板施加气密载荷106，抽真空到最大负压-0.88MPa，保持气压不变，然后对壁板施加压缩载荷106，直到壁板失稳破坏。试验过程中，计算机自动记录压缩载荷、气密载荷以及结构的应变测量值。
本发明满足只加气密载荷而不改变壁板的边界条件的要求主要是通过橡胶块201、支撑盒300，密封盒400实现的。而垫块305、放气接口503，橡胶圈505，有机玻璃板506，钢压圈507是安装需要附带的。特别是其中的，橡胶块201，该零件具有3个个功能：1垫平蒙皮到的凸台高度，便于密封；2本身不增加蒙皮的刚度，从而不增加壁板的承载能力；3其受到的侧向压力被钢制支撑盒侧壁平衡，因而不对蒙皮产生弯曲载荷。
本发明在某飞机中央翼加筋壁板轴压和气密载荷下的稳定性试验中，抽真空到-0.88MPa后保持压力不变，加载轴向压缩载荷，直到壁板失稳破坏。试验压力测试结果表明，该密封方法可以保持压力到试验件破坏才漏气，密封效果稳定可靠。由于钢支撑盒在试验时离开壁板40毫米(橡胶块的隔离)，因此不影响壁板的变形，橡胶块本身刚度很小，不增加壁板的刚度，从而能够满足了只加气密载荷而不改变壁板的边界条件的要求，尤其没有将抽真空时真空盒受到的压力再通过盒子四周传给壁板，保证了试验结果的可靠性和稳定性。
Claims (6)
1.一种抽真空加载设备，其特征在于：包括橡胶块[201]、密封块[202]、支撑盒[300]、密封盒[400]，所述橡胶块[201]粘贴在壁板长桁一面的蒙皮边缘，其与壁板两端的凸台[103]平齐，所述密封垫[202]粘在橡胶块[201]和地板梁[104]上，所述支撑盒[300]贴着橡胶块[201]的内侧放置，且支撑盒顶部设置有用于固定支撑横的固定螺栓，密封盒[400]与橡胶块[201]粘接，并套在支撑盒[300]外面，且密封盒[400]上留有与支撑盒[300]相应的开孔和开口。
2.根据权利要求1所述的抽真空加载设备，其特征在于：所述支撑盒[300]开口从内到外依次设置有橡胶圈[505]、钢压圈[507]和有机玻璃板[506]并通过固定螺栓固定。
3.根据权利要求2所述的抽真空加载设备，其特征在于：支撑盒[300]内部有二个横向加筋[303]和二个纵向加筋[304]。
4.根据权利要求3所述的抽真空加载设备，其特征在于：支撑盒[300]的长度比密封盒[400]的内部长度小10mm，防止壁板受压变短后支撑盒[300]与壁板干涉。
5.根据权利要求4所述的抽真空加载设备，其特征在于：支撑盒[300]为钢制结构，由四个等高的垫块[305]支撑。
6.一种抽真空加载试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将钢制支撑盒[300]放置到橡胶块内侧，用垫块[305]支撑使其与壁板蒙皮保持距离，将橡胶块[201]用胶粘剂粘接到加筋壁板[100]长桁一面的蒙皮[101]边缘，使橡胶块[201]与凸台[103]平齐；
步骤2：将密封垫[202]粘接到橡胶块[201]和凸台[103]上；
步骤3：将密封盒[400]套在钢制支撑盒[300]上，然后将橡胶盒粘接到密封垫[202]上；
步骤4：将壁板长桁一侧的应变片测量线经出线口[502引出后密封出线口[502]内外，再安装抽气接口[503]、进气接口[504]和传感器接口[501]；
步骤5：依次将橡胶圈[505]、有机玻璃板[506]、橡胶圈[505]和钢压圈[507]安装到密封盒[400]上的开口处，用螺母紧固钢压圈[507]，密封该开口，将螺母安装到固定螺栓上，密封固定螺栓[301]的开孔；
步骤6：将密封完成后的试验件进行固化，固化完成后，在抽气接口[503]上连接抽气管，在放气接口[504]安装球阀，并关闭该阀，在传感器接口安装压力传感器，在地面对试验件抽真空到最大气密载荷进行气密性检查，气密检查结束后，缓慢打开球阀给试验件放气，完成放气后重新关闭球阀。
步骤7：将试验件[100]和上述步骤安装的零件一起垂直安装到压缩试验机上，再将支撑盒[300]经固定螺栓、螺套[601]、螺杆[602]连接到固定于地面的立柱[603]上，然后打开矩形开口取出四个垫块[305]，重新安装橡胶圈[505]、有机玻璃板[506]、橡胶圈[505]和钢压圈[507]，完成对矩形开口的密封，最后将应变片测量线与测量设备相连接；
步骤8：试验时，先对壁板施加气密载荷[106]，抽真空到最大负压，保持气压不变，然后对壁板施加压缩载荷[106]，直到壁板失稳破坏，试验过程中，记录压缩载荷、气密载荷以及结构的应变测量值。
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