CN105067424A - 一种机身壁板试验龙骨装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种机身壁板试验龙骨装置及其制造方法，涉及飞机结构强度试验技术，用于机身壁板结构试验的力学性能研究。龙骨加强板为矩形结构件，设置于龙骨缘板之间、龙骨腹板的两侧，夹具缘板与龙骨缘板相匹配，双头螺栓垂直设置于夹具缘板之间，通过双头螺栓穿过螺栓孔与平垫圈、螺母配合将龙骨缘板固定于夹具缘板上。本发明提供的机身壁板试验龙骨装置的宽度可根据机身壁板试验件的长度来设计，结构稳定。本发明提供的机身壁板试验龙骨装置的制造方法通过焊接和钻模板配钻方法制造的机身壁板试验龙骨装置，龙骨缘板平整，龙骨缘板上的螺栓孔位置相同，能顺利装配成龙骨组，成本较低、满足试验要求。

Description

一种机身壁板试验龙骨装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及飞机结构强度试验技术领域，具体而言，涉及一种机身壁板试验龙骨装置及其制造方法。

背景技术

机身壁板是运输类飞机机身结构中非常典型又特别重要的结构形式，结构试验是获取机身壁板力学性能最可靠的途径，机身壁板试验需要设计龙骨装置用以够模拟机身壁板的边界条件，多个龙骨装配成龙骨组来模拟机身壁板在机身圆筒上的应力场，现有技术当中龙骨的机构如图7所示。

龙骨装置为圆弧形结构，截面尺寸大，且为薄壁结构，因此龙骨装置设计和加工成为机身壁板试验的技术瓶颈。现有技术当中最可行的方法是用“H”型钢通过冷弯加工或热弯加工制得龙骨装置，这样加工的龙骨装置缘板容易翘曲、皱褶，由于受到加工条件控制的影响，加工出来的龙骨装置每一件的几何尺寸各异，无法装配成龙骨组完成试验，即使勉强组成龙骨组，其误差也超出机身壁板试验的允许范围。

现在亟需解决的技术问题是如何生产出一种机身壁板试验龙骨装置，该机身壁板试验龙骨装置在保障能满足试验需求的前提下不受试验件尺寸的限制，生产机身壁板试验龙骨装置的方法操作简单、成本低。

发明内容

本发明的第一目的在于，解决上述现有技术中的不足，提供一种结构简单合理、不易变形的机身壁板试验龙骨装置。

本发明的第一目的通过如下技术方案实现：一种机身壁板试验龙骨装置，包括:

龙骨，由龙骨缘板、龙骨腹板、龙骨加强板构成；

焊接夹具，由双头螺栓、夹具缘板、平垫圈、螺母构成，其中，

龙骨缘板，板面相互平行且板面为平板结构，龙骨缘板为弧形板，其弧度与机身圆筒的弧度相匹配；

龙骨腹板，设置于龙骨缘板之间，与龙骨缘板垂直；

龙骨加强板，设置于龙骨缘板之间，与龙骨缘板垂直且与龙骨腹板垂直；

夹具缘板是与龙骨缘板结构相同的弧形夹具；

双头螺栓垂直设置于夹具缘板之间并通过螺母固定于夹具缘板上，螺母与夹具缘板之间设置有平垫圈，

龙骨缘板、龙骨腹板、龙骨加强板通过焊接成为一体式结构。

上述方案中优选的是，龙骨腹板为弧形板结构，板面弯曲的弧度与龙骨缘板弯曲的弧度相同。龙骨腹板与龙骨缘板的横截面为“H”型，龙骨腹板与龙骨缘板的交线为龙骨缘板的板面的中线。

上述任一方案中优选的是，龙骨加强板为矩形结构件，设置于龙骨腹板的两侧。龙骨加强板的设置在龙骨腹板的两侧、龙骨缘板之间，用于加强龙骨的结构强度。

上述任一方案中优选的是，龙骨加强板与龙骨腹板的交线之间的距离相等，龙骨加强版的长度与龙骨腹板的宽度相等，龙骨加强板靠近龙骨腹板的一边上设置有缺口。

上述任一方案中优选的是，龙骨缘板与夹具缘板上对应位置设置有螺栓孔，并通过双头螺栓穿过螺栓孔与平垫圈、螺母配合将龙骨缘板固定于夹具缘板上。

本发明的第二目的在于提供一种机身壁板试验龙骨装置的制造方法。

本发明的第二目的通过如下技术方案实现：一种制造机身壁板试验龙骨装置的方法，机身壁板试验龙骨装置为前述述任一方案中所述的机身壁板试验龙骨装置，包括如下步骤：

S1：制造龙骨钻模板，运用龙骨钻模板配钻加工龙骨缘板和夹具缘板；

S2：制造龙骨腹板、龙骨加强板和夹具双头螺栓；

S3：装配夹具缘板，并将龙骨缘板装配在夹具缘板内；

S4：在夹具缘板中将龙骨缘板、龙骨腹板和龙骨加强板焊接成龙骨装置；

S5：取出龙骨后铣平龙骨的外端面和两端面。

上述方案中优选的是，S1中，龙骨缘板与夹具缘板采用同一龙骨钻模板配钻加工制成。

上述任一方案中优选的是，S4中，焊接过程中选择的焊接方法为低能量焊接并根据机身壁板试验龙骨的结构选择相应的焊接工艺。

本发明所提供的机身壁板试验龙骨装置的有益效果在于，结构简单，制造方便，机身壁板试验龙骨装置的宽度可根据机身壁板试验件的长度来设计，不受“H”型钢宽度的限制，机身壁板长度不必是“H”型钢宽度的整数倍；装置稳定性高，安全可靠。

本发明提供的机身壁板试验龙骨装置的制造方法通过焊接和钻模版配钻方法制造的机身壁板试验龙骨，龙骨缘板平整，龙骨缘板上的螺栓孔位置相同，能顺利装配成龙骨组，成本较低、满足试验要求。

附图说明

图1是按照本发明的机身壁板试验龙骨装置的一优选实施例的龙骨结构示意图；

图2是按照本发明的机身壁板试验龙骨装置的图1所示实施例龙骨缘板的结构示意图；

图3是按照本发明的机身壁板试验龙骨装置的图1所示实施例龙骨加强板的结构示意图；

图4是按照本发明的机身壁板试验龙骨装置的图1所示实施例双头螺栓与螺母、垫圈配合的结构示意图；

图5是按照本发明的机身壁板试验龙骨装置的图1所示实施例的装配示意图；

图6是按照本发明的机身壁板试验龙骨装置的制造方法的一优选实施例的流程图；

图7是现有技术中机身壁板试验龙骨的结构示意图。

附图标记：

1-龙骨缘板、2-龙骨腹板、3-龙骨加强板、4-双头螺栓、5-夹具缘板、6-平垫圈、7-螺母。

具体实施方式

为了更好地理解按照本发明方案的机身壁板试验龙骨装置，下面结合附图对本发明的机身壁板试验龙骨装置的一优选实施例作进一步阐述说明。

如图1-图5所示，本发明提供的机身壁板试验龙骨装置，包括龙骨，由龙骨缘板1、龙骨腹板2、龙骨加强板3构成。焊接夹具，由双头螺栓4、夹具缘板5、平垫圈6、螺母7构成。其中，龙骨缘板1的板面相互平行且板面为平板结构，龙骨缘板1为弧形板，其弧度与机身圆筒的弧度相匹配；龙骨腹板2设置于龙骨缘板1之间，与龙骨缘板1垂直；龙骨加强板3，设置于龙骨缘板1之间，与龙骨缘板1垂直且与龙骨腹板2垂直；夹具缘板5是与龙骨缘板1结构相同的弧形夹具；双头螺栓4垂直设置于夹具缘板5之间并通过螺母7固定于夹具缘板5上，螺母7与夹具缘板5之间设置有平垫圈6。龙骨缘板1、龙骨腹板2、龙骨加强板3通过焊接成为一体式结构。龙骨腹板2为弧形板结构，板面弯曲的弧度与龙骨缘板1弯曲的弧度相同。龙骨加强板板3为矩形结构件，设置于龙骨腹板2的两侧。需要说明的是，本发明所涉及的每个龙骨包括两块龙骨缘板1、一块龙骨腹板2以及多块龙骨加强板3。

龙骨加强板3与龙骨腹板2的交线之间的距离相等，龙骨加强版3的长度与龙骨腹板2的宽度相等，龙骨加强板3靠近龙骨腹板2的一边上设置有缺口。龙骨缘板1与夹具缘板5上对应位置设置有螺栓孔，并通过双头螺栓4穿过螺栓孔与平垫圈6、螺母7配合将龙骨缘板1固定于夹具缘板5上。

本发明提供的机身壁板试验龙骨装置在由夹具缘板5、双头螺栓4装配成的焊接夹具通过中焊接加工完成后再配合机械加工制造而成，制造所得机身壁板试验龙骨的结构相同，并且在平行的龙骨缘板1之间垂直设置有龙骨加强板3，龙骨加强板3可提高机身壁板试验龙骨的强度，防止机身壁板试验龙骨出现翘曲、皱褶的现象。

加工成型的机身壁板试验龙骨经过机械加工之后龙骨缘板1的外端面平整，机身壁板试验龙骨的端面平整。由于采用同样的夹具缘板5制得机身壁板试验龙骨，所以机身壁板试验龙骨的结构和尺寸相同。

夹具缘板5是两块独立的夹具，而并非一体成型的结构，所以，机身壁板试验龙骨的宽度，即机身壁板试验龙骨的宽度可以根据需求进行调节。夹具缘板5之间的距离可通过调节双头螺栓4上的螺母7及平垫片6来确定。

双头螺栓4为两头带有螺纹的、栓杆直径不相同的杆状结构，双头螺栓4中间部分的直径略大于两端带有螺纹部分的直径，根据不同的机身壁板实验龙骨的要求选取相应的双头螺栓4。双头螺栓4的中间直径较大部分可控制机身壁板试验龙骨装置的宽度。夹具缘板5内安装有龙骨缘板1，通过双头螺栓4以及龙骨腹板2可提高夹具缘板5之间的结构强度，防止在焊接过程中产生相对位移，导致制造所得到的机身壁板试验龙骨的结构不一致。

龙骨加强板3的作用是加强机身壁板试验龙骨的强度，其长度可根据所需制造的机身壁板试验龙骨的宽度而定制，龙骨加强板3的长度与龙骨腹板2的宽度相等，保障龙骨加强板3在加强结构强度的同时对整体的机身壁板试验龙骨的外形不会产生影响。

由于相同型号的机身壁板试验龙骨均采用同一套的夹具缘板5制得，所以，相同型号的机身壁板试验龙骨的龙骨缘板1的曲率、长度以及龙骨缘板1上开设的螺栓孔的位置完全相同，所以可以更方便、更快捷地装配形成龙骨组。

如图6所示，本发明还提供一种机身壁板试验龙骨装置的制造方法，包括以下步骤：S1：制造龙骨钻模板，运用龙骨钻模板配钻加工龙骨缘板和夹具缘板；S2：制造龙骨腹板、龙骨加强板和夹具双头螺栓；S3：装配夹具缘板，并将龙骨缘板装配在夹具缘板内；S4：在夹具缘板中将龙骨缘板、龙骨腹板和龙骨加强板焊接成龙骨；S5：取出龙骨后铣平龙骨的外端面和两端面。

在上述5个步骤当中，龙骨缘板1和夹具缘板5运用同一块钻模板配钻加工而成的，这样保证双头螺栓4贯穿螺栓孔的过程中不会导致龙骨缘板1和夹具缘板5中的一个会出之于双头螺栓4的轴线相对运动。龙骨加强板3的长度与龙骨腹板2的宽度相同，以减小焊接过程中龙骨缘板1收缩变形。龙骨加强板3靠近龙骨腹板2的一侧加工有两个缺口，保证龙骨缘板1和龙骨腹板2焊接时焊缝连续。

由于本发明提供的机身壁板试验龙骨装置的缘板1、龙骨加强板3的厚度小，所以在进行焊接的过程中选择能量较低的焊接方法(如二氧化碳气体保护焊等)加工机身壁板试验龙骨装置，选择直径较小的焊丝，选择较小焊接电流和速度，以减小机身壁板试验龙骨装置的焊接变形。选择合理的焊接工艺加工机身壁板试验龙骨，以减小机身壁板试验龙骨焊接变形。焊接工艺是指：对称焊、分段焊、断续焊、跳焊、退焊、多层焊等。通过焊接加工的机身壁板试验龙骨，需进一步进行机械加工，机械加工包括铣削加工两龙骨缘板1的外端面和机身壁板试验龙骨的两端的端面。

在具体的操作过程中，本发明机身壁板试验龙骨包括龙骨缘板1、龙骨腹板2、龙骨加强板3。其中龙骨缘板1、龙骨腹板2、龙骨加强板3是在由夹具双头螺栓4、夹具缘板5组成的焊接夹具中通过焊接加工而成的。

其中，龙骨缘板1为圆弧形构件，厚度为15毫米，材料选用Q235钢，每件龙骨装置需要2件龙骨缘板1。龙骨腹板2为圆弧形构件，厚度为10毫米，材料通常选用Q235钢，每件龙骨装置需要1件龙骨腹板2。龙骨加强板3为矩形构件，厚度为10毫米，材料通常选用Q235钢，每件龙骨装置需要18件龙骨加强板3。

双头螺栓4材料通常选用45钢，每只双头螺栓4配两只螺母7和两只平垫圈6。夹具缘板5与骨缘板1的结构相同，厚度为40毫米，材料通常选用Q235钢。

在将制造机身壁板试验龙骨装置的材料的规格确定之后，先制造龙骨钻模板，运用龙骨钻模板配钻加工龙骨缘板1和夹具缘板5；制造龙骨腹板2、龙骨加强板3和夹具双头螺栓4；装配焊接夹具，并将龙骨缘板1装配在夹具缘板5内；在焊接夹具中将龙骨缘板1、龙骨腹板2和龙骨加强板3焊接成机身壁板试验龙骨装置；取出机身壁板试验龙骨装置后铣平两个龙骨缘板1外端面和机身壁板试验龙骨装置的两个端面。

采用本发明提供的制造方法制造本发明提供的机身壁板试验龙骨装置，宽度可根据机身壁板试验件的长度来设计，不受“H”型钢宽度的限制，机身壁板长度不必是“H”型钢宽度的整数倍，选择更灵活；该机身壁板试验龙骨装置通过焊接的方法制造，制造简便，成本较低；该机身壁板试验龙骨装置通过焊接和钻模版配钻方法制造，缘板平整，所有缘板上的螺栓孔位置相同，能顺利装配成龙骨组，满足试验要求。

以上结合本发明的机身壁板试验龙骨装置及其制造方法具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明的技术范围，还需要说明的是，按照本发明的机身壁板试验龙骨装置及其制造方法技术方案的范畴包括上述各部分之间的任意组合。

Claims (8)

1.一种机身壁板试验龙骨装置，其特征在于，包括:

龙骨，由龙骨缘板(1)、龙骨腹板(2)、龙骨加强板(3)构成；

焊接夹具，由双头螺栓(4)、夹具缘板(5)、平垫圈(6)、螺母(7)构成，其中，

龙骨缘板(1)，板面相互平行且板面为平板结构，龙骨缘板(1)为弧形板，其弧度与机身圆筒的弧度相匹配；

龙骨腹板(2)，设置于龙骨缘板(1)之间，与龙骨缘板(1)垂直；

龙骨加强板(3)，设置于龙骨缘板(1)之间，与龙骨缘板(1)垂直且与龙骨腹板(2)垂直；

夹具缘板(5)是与龙骨缘板(1)结构相同的弧形夹具；

双头螺栓(4)垂直设置于夹具缘板(5)之间并通过螺母(7)固定于夹具缘板(5)上，螺母(7)与夹具缘板(5)之间设置有平垫圈(6)，

龙骨缘板(1)、龙骨腹板(2)、龙骨加强板(3)通过焊接成为一体式结构。

2.如权利要求1所述的机身壁板试验龙骨装置，其特征在于，所述龙骨腹板(2)为弧形板结构，板面弯曲的弧度与所述龙骨缘板(1)弯曲的弧度相同。

3.如权利要求1所述的机身壁板试验龙骨装置，其特征在于，所述龙骨加强板(3)为矩形结构件，设置于所述龙骨腹板(2)的两侧。

4.如权利要求1所述的机身壁板试验龙骨装置，其特征在于，所述龙骨加强板(3)与所述龙骨腹板(2)的交线之间的距离相等，所述龙骨加强版(3)的长度与所述龙骨腹板(2)的宽度相等，所述龙骨加强板(3)靠近所述龙骨腹板(2)的一边上设置有缺口。

5.如权利要求1所述的机身壁板试验龙骨装置，其特征在于，所述龙骨缘板(1)与所述夹具缘板(5)上对应位置设置有螺栓孔，并通过双头螺栓(4)穿过螺栓孔与平垫圈(6)、螺母(7)配合将龙骨缘板(1)固定于夹具缘板(5)上。

6.一种制造机身壁板试验龙骨装置的方法，其特征在于，所述机身壁板试验龙骨装置为上述任一权利要求所述的机身壁板试验龙骨装置，包括如下步骤：

S1：制造龙骨钻模板，运用龙骨钻模板配钻加工所述龙骨缘板(1)和所述夹具缘板(5)；

S2：制造所述龙骨腹板(2)、所述龙骨加强板(3)和所述夹具双头螺栓(4)；

S3：装配所述夹具缘板(5)，并将所述龙骨缘板(1)装配在所述夹具缘板(5)内；

S4：在所述夹具缘板(5)中将所述龙骨缘板(1)、所述龙骨腹板(2)和所述龙骨加强板(3)焊接成龙骨；

S5：取出龙骨后铣平龙骨的外端面和两端面。

7.如权利要求6所述的制造机身壁板试验龙骨装置的方法，其特征在于：S1中，所述龙骨缘板(1)与所述夹具缘板(5)采用同一龙骨钻模板配钻加工制成。

8.如权利要求6所述的制造机身壁板试验龙骨装置的方法，其特征在于：S4中，焊接过程中选择的焊接方法为低能量焊接并根据机身壁板试验龙骨的结构选择焊接工艺。