CN109436371A - 运输类飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验装置及方法。装置包括引导式台架***、落重***、基台、转接板、测力平台和数据采集***;本发明优点:飞机货舱地板下部结构试验件采用倒扣方式固定在试验平台上,能在简化处理边界条件情况下,获得飞机货舱地板下部结构的变形模式、结构响应等数据;利用自由落体运动及能量守恒原理,提升落重***达到预定的高度,具备良好的通用性,通过电磁锁释放落重***,并通过四立柱引导,使落重***垂直撞击试验件;通过配重块来调节落重***重量,通过调整落重***高度方式可方便灵活地调节初始撞击速度,以满足不同撞击能量的要求,最终满足不同的试验目的及需求。(4)试验方法易于实现,风险小,操作灵活方便。

Description

运输类飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验装置及方法
技术领域
本发明属于飞机结构试验装置及方法技术领域,特别是涉及一种运输类飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验装置及方法。
背景技术
运输类飞机运营的首要要求即是安全性。自20世纪90年代以来,虽然运输飞机运输事故率在逐渐降低,但因运营时间以及乘员数目快速递增,航空事故总数及被定级为灾难性后果的事故数并没有显著减少。70%以上的民用飞机事故发生在飞行高度较低的起飞、降落阶段,属于可生存事故的范畴。为了提高在可生存事故中的乘员存活率,飞机结构在设计过程中必须要考虑适坠特性。运输类飞机适坠性研究越来越受到各航空大国的重视。国外也进行了B707、B737、A320等机身框段垂直坠撞试验及整机坠撞试验,以表明运输类飞机的适坠性能。
近年来,为了设计并验证运输类飞机适坠性能,国际上公认的是采用“积木式”研究方案,即进行材料级、元件级、结构细节件级、子部件级和部件级、整机级试验。其中,子部件级这一层级在“积木式”层级中起到重要作用。美国针对B787货舱地板下部结构试验件进行倒扣坠撞试验。欧盟针对A350货舱地板下部结构试验件进行倒扣坠撞试验。法国ONERA和德国DLR联合空客公司对新一代商用飞机货舱地板下部结构进行倒扣坠撞试验。意大利CIRA等对A321货舱地板下部结构试验件进行倒扣坠撞试验。荷兰NLR对通勤类飞机地板下部结构试验件进行正向坠撞试验。由此可见,货舱地板下部结构试验件是适坠性“积木式”研究方案中不可或缺的一个层级,国外非常重视货舱地板下部结构的适坠性能评估,其坠撞试验能够为飞机结构适坠性设计、验证及适航审定工作提供重要支持,但目前公开发表的文献资料仍然较少。
目前,国内进行过ARJ21机身框段坠撞试验,但是没有涵盖“积木式”矩阵中的子部件级,国内也暂未开展此方面的研究工作。国内民用飞机研制阶段,必定要按照“积木式”方案开展研究工作。有必要提出一种典型运输类飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验方法。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种运输类飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验装置及方法。
为了达到上述目的,本发明提供的飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验装置包括引导式台架***、落重***、基台、转接板、测力平台和数据采集***;
其中引导式台架***包括台架、电机、悬吊钢索、电磁锁和导轮支架,台架由四根呈矩形设置的立柱和安装在四根立柱顶面的顶板构成;电机安装在顶板的底面中部;悬吊钢索的上端连接在电机的输出轴上;电磁锁连接在悬吊钢索的下端;导轮支架为十字形板状结构,两个导轮支架上下平行设置,每个导轮支架的四个外端分别***在四根立柱的间隙中;
落重***包括吊篮、压板和配重块;其中吊篮的上下端分别固定在两个导轮支架的中部;压板固定在位于下部的导轮支架底面上;配重块设置在吊篮的内部;
基台能够放置在引导式台架***中四根立柱之间的地面上,包括基座、铝筒座和铝管;其中基座为水平设置的板状结构;四个铝筒座分别安装在基座的表面四个角部;每个铝筒座上安装一个铝管;
测力平台以与基台交替的方式放置在引导式台架***中四根立柱之间的地面上,通过其下部安装的6个载荷传感器来记录坠撞试验过程中撞击载荷的数据;转接板水平安装在测力平台的顶面上,表面用于设置飞机货舱地板下部结构试验件;
数据采集***包括加速度传感器和多台高速摄像机;其中加速度传感器安装在压板上;多台高速摄像机间隔设置在台架的外侧一周,并且镜头面对台架,用于记录飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验的整个过程。
所述的转接板采用Q235钢板制成,并且中部形成有减轻孔。
所述的吊篮、压板和配重块间连接有螺栓,并且配重块具有多种不同的规格。
所述的吊篮前侧以及飞机货舱地板下部结构试验件的前、后表面贴有多个MARK标;同时飞机货舱地板下部结构试验件上的多个典型部位贴有多个应变花。
本发明提供的飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验方法包括按顺序进行的下列步骤:
步骤1,首先由试验人员根据能量守恒定理和需满足的垂直坠撞速度确定出落重***中配重块的重量,并计算出落重***所需的初始提升高度;
步骤2,利用电磁锁吸住落重***,并利用电机收紧悬吊钢索的方式将落重***提升到初始提升高度,然后在落重***的下方放置基台,之后使电磁锁断电,由此释放落重***,使落重***在导轮支架的导引下向下垂直运动并最终落在基台上,电磁锁断电的同时触发数据采集***中的加速度传感器和多台高速摄像机,根据加速度传感器检测的落重***的加速度、高速摄像机拍摄的吊篮上MARK标的位移变化来获得初始撞击速度,若初始撞击速度超过速度误差±5%,则调整落重***的初始提升高度并重新进行上述调试,直至初始撞击速度处于速度误差范围内,将此时的初始提升高度确定为试验高度;
步骤3,利用电机放松悬吊钢索的方式使电磁锁下降,然后给电磁锁通电以吸住落重***,然后利用电机收紧悬吊钢索的方式将落重***提升2cm的高度;取出基台,在转接板的表面固定好倒扣的飞机货舱地板下部结构试验件,飞机货舱地板下部结构试验件的表面贴有多个MARK标和多个应变花,应变花通常设置在支撑杆组件、机身框、剪切角片、货舱横梁等典型部位,然后将测力平台、转接板和飞机货舱地板下部结构试验件一起放置在落重***的下方,之后使电磁锁断电,由此释放落重***,使落重***以很小的速度向下垂直运动并最终落在飞机货舱地板下部结构试验件上,对飞机货舱地板下部结构试验件进行小速度非破坏性撞击,以校正加速度传感器和高速摄像机;
步骤4,利用电机收紧悬吊钢索的方式将落重***提升至由步骤2确定的试验高度,以获得所需的撞击速度,然后使电磁锁断电,由此释放落重***,落重***以垂直坠撞速度向下垂直运动并最终落在飞机货舱地板下部结构试验件上,由此完成飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验,最后根据应变花来测量应变数据及确认载荷传递路径。
本发明的优点是:(1)飞机货舱地板下部结构试验件采用倒扣方式固定在试验平台上,能够在简化处理边界条件的情况下,获得飞机货舱地板下部结构的变形模式、结构响应等数据;(2)利用自由落体运动及能量守恒原理,提升落重***达到预定的高度,具备良好的通用性,通过电磁锁释放落重***,并通过四立柱引导,使落重***垂直撞击试验件;(3)通过配重块来调节落重***的重量,通过调整落重***高度的方式可以方便灵活地调节初始撞击速度,以满足不同撞击能量的要求,最终满足不同的试验目的及需求。(4)试验方法易于实现,风险小,操作灵活方便。
附图说明
图1为本发明提供的飞机货舱地板下部结构坠撞试验装置中引导式台架结构示意图;
图2为本发明提供的飞机货舱地板下部结构坠撞试验装置中落重***、测力平台、转接板及试验件结构示意图;
图3为本发明提供的飞机货舱地板下部结构坠撞试验装置中基台结构示意图;
图4为本发明提供的飞机货舱地板下部结构坠撞试验装置中转接板结构示意图。
图5为本发明提供的飞机货舱地板下部结构坠撞试验装置中高速摄像机位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1—图5所示,本发明提供的飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验装置包括引导式台架***、落重***、基台、转接板9、测力平台10和数据采集***;
其中引导式台架***包括台架1、电机2、悬吊钢索3、电磁锁4和导轮支架6,台架1由四根呈矩形设置的立柱和安装在四根立柱顶面的顶板构成;电机2安装在顶板的底面中部;悬吊钢索3的上端连接在电机2的输出轴上;电磁锁4连接在悬吊钢索3的下端;导轮支架6为十字形板状结构,两个导轮支架6上下平行设置,每个导轮支架6的四个外端分别***在四根立柱的间隙中;
落重***包括吊篮5、压板7和配重块20;其中吊篮5的上下端分别固定在两个导轮支架6的中部;压板7固定在位于下部的导轮支架6底面上;配重块20设置在吊篮5的内部;
基台能够放置在引导式台架***中四根立柱之间的地面上,包括基座12、铝筒座11和铝管13;其中基座12为水平设置的板状结构;四个铝筒座11分别安装在基座12的表面四个角部;每个铝筒座11上安装一个铝管13;
测力平台10以与基台交替的方式放置在引导式台架***中四根立柱之间的地面上,通过其下部安装的6个载荷传感器来记录坠撞试验过程中撞击载荷的数据;转接板9水平安装在测力平台10的顶面上,表面用于设置飞机货舱地板下部结构试验件8;
数据采集***包括加速度传感器15和多台高速摄像机14;其中加速度传感器15安装在压板7上;多台高速摄像机14间隔设置在台架1的外侧一周,并且镜头面对台架1,用于记录飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验的整个过程。
所述的转接板9采用Q235钢板制成,并且中部形成有减轻孔。
所述的吊篮5、压板7和配重块20间连接有螺栓,并且配重块20具有多种不同的规格。
所述的吊篮5前侧以及飞机货舱地板下部结构试验件8的前、后表面贴有多个MARK标16,通过MARK标16与高速摄像机14的结合能够获得MARK标16位置处的位移历程;同时飞机货舱地板下部结构试验件8上的多个典型部位贴有多个应变花17,根据不同位置处应变花17记录的应变数据可以用来分析撞击过程中的载荷传递路径以及典型位置处的应变场。
本发明提供的飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验方法包括按顺序进行的下列步骤:
步骤1,首先由试验人员根据能量守恒定理和需满足的垂直坠撞速度确定出落重***中配重块20的重量,并计算出落重***所需的初始提升高度;
步骤2,利用电磁锁4吸住落重***,并利用电机2收紧悬吊钢索3的方式将落重***提升到初始提升高度,然后在落重***的下方放置基台,之后使电磁锁4断电,由此释放落重***,使落重***在导轮支架6的导引下向下垂直运动并最终落在基台上,电磁锁4断电的同时触发数据采集***中的加速度传感器15和多台高速摄像机14,根据加速度传感器15检测的落重***的加速度、高速摄像机14拍摄的吊篮5上MARK标16的位移变化来获得初始撞击速度,若初始撞击速度超过速度误差±5%,则调整落重***的初始提升高度并重新进行上述调试,直至初始撞击速度处于速度误差范围内,将此时的初始提升高度确定为试验高度;
步骤3,利用电机2放松悬吊钢索3的方式使电磁锁4下降,然后给电磁锁4通电以吸住落重***,然后利用电机2收紧悬吊钢索3的方式将落重***提升2cm的高度;取出基台,在转接板9的表面固定好倒扣的飞机货舱地板下部结构试验件8,飞机货舱地板下部结构试验件8的表面贴有多个MARK标16和多个应变花17,应变花17通常设置在支撑杆组件、机身框、剪切角片、货舱横梁等典型部位,然后将测力平台10、转接板9和飞机货舱地板下部结构试验件8一起放置在落重***的下方,之后使电磁锁4断电,由此释放落重***,使落重***以很小的速度向下垂直运动并最终落在飞机货舱地板下部结构试验件8上,对飞机货舱地板下部结构试验件8进行小速度非破坏性撞击,以校正加速度传感器15和高速摄像机14;
步骤4,利用电机2收紧悬吊钢索3的方式将落重***提升至由步骤2确定的试验高度,以获得所需的撞击速度,然后使电磁锁4断电,由此释放落重***,落重***以垂直坠撞速度向下垂直运动并最终落在飞机货舱地板下部结构试验件8上,由此完成飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验,最后根据应变花17来测量应变数据及确认载荷传递路径等。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验装置,其特征在于:所述的试验装置包括引导式台架***、落重***、基台、转接板(9)、测力平台(10)和数据采集***;
其中引导式台架***包括台架(1)、电机(2)、悬吊钢索(3)、电磁锁(4)和导轮支架(6),台架(1)由四根呈矩形设置的立柱和安装在四根立柱顶面的顶板构成;电机(2)安装在顶板的底面中部;悬吊钢索(3)的上端连接在电机(2)的输出轴上;电磁锁(4)连接在悬吊钢索(3)的下端;导轮支架(6)为十字形板状结构,两个导轮支架(6)上下平行设置,每个导轮支架(6)的四个外端分别***在四根立柱的间隙中;
落重***包括吊篮(5)、压板(7)和配重块(20);其中吊篮(5)的上下端分别固定在两个导轮支架(6)的中部;压板(7)固定在位于下部的导轮支架(6)底面上;配重块(20)设置在吊篮(5)的内部;
基台能够放置在引导式台架***中四根立柱之间的地面上,包括基座(12)、铝筒座(11)和铝管(13);其中基座(12)为水平设置的板状结构;四个铝筒座(11)分别安装在基座(12)的表面四个角部;每个铝筒座(11)上安装一个铝管(13);
测力平台(10)以与基台交替的方式放置在引导式台架***中四根立柱之间的地面上,通过其下部安装的6个载荷传感器来记录坠撞试验过程中撞击载荷的数据;转接板(9)水平安装在测力平台(10)的顶面上,表面用于设置飞机货舱地板下部结构试验件(8);
数据采集***包括加速度传感器(15)和多台高速摄像机(14);其中加速度传感器(15)安装在压板(7)上;多台高速摄像机(14)间隔设置在台架(1)的外侧一周,并且镜头面对台架(1),用于记录飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验的整个过程。
2.根据权利要求1所述的飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验装置,其特征在于:所述的转接板(9)采用Q235钢板制成,并且中部形成有减轻孔。
3.根据权利要求1所述的飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验装置,其特征在于:所述的吊篮(5)、压板(7)和配重块(20)间连接有螺栓,并且配重块(20)具有多种不同的规格。
4.根据权利要求1所述的飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验装置,其特征在于:所述的吊篮(5)前侧以及飞机货舱地板下部结构试验件(8)的前、后表面贴有多个MARK标(16);同时飞机货舱地板下部结构试验件(8)上的多个典型部位贴有多个应变花(17)。
5.一种利用权利要求1至4中任一项所述的飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验装置的试验方法,其特征在于:所述的试验方法包括按顺序进行的下列步骤:
步骤1,首先由试验人员根据能量守恒定理和需满足的垂直坠撞速度确定出落重***中配重块(20)的重量,并计算出落重***所需的初始提升高度;
步骤2,利用电磁锁(4)吸住落重***,并利用电机(2)收紧悬吊钢索(3)的方式将落重***提升到初始提升高度,然后在落重***的下方放置基台,之后使电磁锁(4)断电,由此释放落重***,使落重***在导轮支架(6)的导引下向下垂直运动并最终落在基台上,电磁锁(4)断电的同时触发数据采集***中的加速度传感器(15)和多台高速摄像机(14),根据加速度传感器(15)检测的落重***的加速度、高速摄像机(14)拍摄的吊篮(5)上MARK标(16)的位移变化来获得初始撞击速度,若初始撞击速度超过速度误差±5%,则调整落重***的初始提升高度并重新进行上述调试,直至初始撞击速度处于速度误差范围内,将此时的初始提升高度确定为试验高度;
步骤3,利用电机(2)放松悬吊钢索(3)的方式使电磁锁(4)下降,然后给电磁锁(4)通电以吸住落重***,然后利用电机(2)收紧悬吊钢索(3)的方式将落重***提升2cm的高度;取出基台,在转接板(9)的表面固定好倒扣的飞机货舱地板下部结构试验件(8),飞机货舱地板下部结构试验件(8)的表面贴有多个MARK标(16)和多个应变花(17),应变花(17)通常设置在支撑杆组件、机身框、剪切角片、货舱横梁等典型部位,然后将测力平台(10)、转接板(9)和飞机货舱地板下部结构试验件(8)一起放置在落重***的下方,之后使电磁锁(4)断电,由此释放落重***,使落重***以很小的速度向下垂直运动并最终落在飞机货舱地板下部结构试验件(8)上,对飞机货舱地板下部结构试验件(8)进行小速度非破坏性撞击,以校正加速度传感器(15)和高速摄像机(14);
步骤4,利用电机(2)收紧悬吊钢索(3)的方式将落重***提升至由步骤2确定的试验高度,以获得所需的撞击速度,然后使电磁锁(4)断电,由此释放落重***,落重***以垂直坠撞速度向下垂直运动并最终落在飞机货舱地板下部结构试验件(8)上,由此完成飞机货舱地板下部结构垂直坠撞试验,最后根据应变花(17)来测量应变数据及确认载荷传递路径。
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