CN109533366A - 一种双自由度系留装置及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于飞机系留组件结构设计领域，一方面提供了一种双自由度系留装置，包括定位件、连接件及系留件，其中系留件即能够相对于连接件翻转，又能够与连接件一起相对于定位件转动，具有双自由度；另一方面提供了一种飞机，其据有上述系留装置，通过与系留钢索配合对该飞机进行固定时，能够根据系留钢索的实际角度在双自由度范围内发生相应转动，降低其部件间的剪切应力，加强对该飞机的固定效果，且能够延长其使用寿命。此外，还公开了一种上述系留装置的设计方法，其迭代次数少，能够在短周期内完成上述系留装置的设计。

Description

一种双自由度系留装置及其设计方法

技术领域

本申请属于飞机系留组件结构设计领域，具体涉及一种双自由度系装置及其设计方法。

背景技术

舰船位于海上，受海风及海浪的影响经常处于极度不平稳的晃动状态，为使其上的飞机相对于飞机保持稳定，当前，多在飞机上设置系留装置，将系装置与舰船上的固定点通过系留钢索连接，从而实现对舰船上飞机的固定。现有技术中，系留装置通常采用固定接头形式或系留环形式，存在以下缺陷：

1)、系留装置整体采用固定式，拆卸及其维修极为不便；

2)、其连接点不能够多角度转动，限制系留钢索的连接方式及角度，且通常会存在较大的剪切应力，易致使其损坏，影响对飞机的固定效果。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供一种双自由度系留装置及其设计方法，以克服或减轻上述至少一方面的缺陷。

本申请的技术方案是：

一方面提供一种双自由度系留装置，包括：

定位件，其上具有定位通孔；

连接件，具有两端，其中一端称为铰接端，另一端称为定位端，定位端穿过定位通孔设置，且其上设置限位螺母；连接件能够相对于定位件绕自身轴线转动；

系留件，与铰接端端面铰连接。

根据本申请的至少一个实施例，定位件包括：定位衬套；

定位螺栓，与定位衬套内壁螺纹配合连接，且沿轴向开设定位通孔。

根据本申请的至少一个实施例，定位衬套靠近定位螺栓头部一端的外壁沿周向设置有定位凸出。

根据本申请的至少一个实施例，定位凸出外周具有两相互平行的面。

根据本申请的至少一个实施例，连接件包括：

连接轴，其一端为铰接端，另一端为定位端，连接轴能够相对于定位件转动；

铰接端外壁沿周向设置有限位凸出。

根据本申请的至少一个实施例，连接件还包括：

限位垫片，设置在定位端；

限位开口销，设置在定位端。

根据本申请的至少一个实施例，

系留件包括系留环，其外环面与铰接端端面铰连接。

根据本申请的至少一个实施例，上述系留装置还包括：

双耳片，固定设置在系留环的外环面；

单耳片，固定设置在铰接端端面，且位于双耳片之间，其上通孔与双耳片上的通孔形成铰接通道；

铰接螺栓，其顶端穿过铰接通道与铰接螺母螺纹配合连接；

铰接开口销，设置在铰接螺栓的顶端；

两铰接垫片，其中，一个设置在铰接螺母与双耳片之间，另一个设置在铰接螺栓头部与双耳片之间。

另一方面提供一种飞机，其上至少具有一个预定安装位置，以及包括有：

至少一个任一上述的系留装置，每个系留装置的定位衬套7在一个预定安装位置螺接设置；

至少一条系留钢索，每个系留钢索的一端用于与一个系留装置的系留环连接，另一端用于与舰船上的一个预定固定点连接。

又一方面提供一种系留装置设计方法，具体涉及任一上述的系留装置的设计方法，包括以下步骤：

步骤一、确定一个系留装置的使用载荷F；

步骤二、计算系留装置的系留环的最小内环直径R0；

步骤三、基于R0及与该系留装置对应的预定安装位置，进行系留装置各个部件的打样设计；

步骤四、对给个部件进行受载分析，得到各个部件的受载状况；

步骤五、根据各个部件的受载状况，确定各个部件的材料，根据每个部件的材料，对其截面尺寸进行修正。

本申请至少存在以下有益技术效果：一方面提供了一种双自由度系留装置，包括定位件、连接件及系留件，其中系留件即能够相对于连接件翻转，又能够与连接件一起相对于定位件转动，具有双自由度；另一方面提供了一种飞机，其据有上述系留装置，通过与系留钢索配合对该飞机进行固定时，能够根据系留钢索的实际角度在双自由度范围内发生相应转动，降低其部件间的剪切应力，加强对该飞机的固定效果，且能够延长其使用寿命。此外，还公开了一种上述系留装置的设计方法，其迭代次数少，能够在短周期内完成上述系留装置的设计。

附图说明

图1是本申请实施例提供的双自由度系留装置的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的双自由度系留装置的转配示意图；

图3是本申请实施例提供的双自由度系留装置设计方法的流程示意图；

图4是本申请实施例提供的系留环力学模型示意图；

图5是本申请实施例提供的系留环截面受力模型示意图；

图6是本申请实施例提供的系留环环体截面弯矩图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图1至图6对本申请做进一步详细说明。

一方面提供一种双自由度系留装置，包括：

定位件，其上具有定位通孔；

连接件，具有两端，其中一端称为铰接端，另一端称为定位端，定位端穿过定位通孔设置；连接件能够相对于定位件转动；

系留件，与铰接端铰连接，其能够相对于连接件沿预定方向翻转。

在一些可选的实施例中，定位件包括：定位衬套7；定位螺栓3，与定位衬套7内壁螺纹配合连接，且沿轴向开设定位通孔。上述，设计可避免定位螺栓2与飞机之间产生直接磨损，延长使用寿命，且可方便的实现定位衬套7与定位螺栓3之间的拆装，便于检修维护。

在一些可选的实施例中，定位衬套7靠近定位螺栓3头部一端的外壁沿周向设置有定位凸出。使用时，上述定位凸出与飞机表面抵触，可限制该结构向飞机内侧移动的自由度，且可在一定程度上减轻系留装置安装过程中及不确定性因素引起的系留装置及其辅助结构晃动对机身可能产生的损伤。

在一些可选的实施例中，定位凸出外周具有两相互平行的面。上述设置，可方便地实现对定位衬套7在飞机上的拆装。

在一些可选的实施例中，连接件包括：连接轴2，其一端为铰接端，另一端为定位端，连接轴2能够相对于定位件转动；铰接端外壁沿周向设置有限位凸出；定位端螺纹配合设置有限位螺母5。在连接轴2上设置限位凸出及限位螺母5，可防止其沿轴向发生攒动。

在一些可选的实施例中，连接件还包括：限位垫片4，设置在定位端；限位开口销6，设置在定位端。限位垫片4可减轻限位螺母5与定位件定位通孔端面间的直接磨损，限位开口销6可防止限位螺母5松动。

在一些可选的实施例中，系留件包括系留环1，其外环面与铰接端端面铰连接。

在一些可选的实施例中，铰接件包括：双耳片13，固定设置在系留环1的外环面；单耳片14，固定设置在铰接端端面，且位于双耳片之间，其上通孔与双耳片13上的通孔形成铰接通道；铰接螺栓8，其顶端穿过铰接通道与铰接螺母10螺纹配合连接；铰接开口销11，设置在铰接螺栓8的顶端；两铰接垫片9，其中，一个设置在铰接螺母10与双耳片13之间，另一个设置在铰接螺栓8头部与双耳片13之间；其中，双耳片能够绕铰接螺栓8翻转。

另一方面提供一种飞机，其上至少具有一个预定安装位置，以及包括有：

至少一个任一上述的系留装置，每个系留装置的定位衬套7在一个系留位置螺接设置；

至少一条系留钢索，每个系留钢索的一端用于与一个系留装置的系留环1连接，另一端用于与舰船上的一个预定固定点连接。

又一方面提供一种系留装置设计方法，具体涉及任一上述系留装置的设计方法，包括以下步骤：

步骤一、确定一个系留装置的使用载荷F；

具体地，在对某个系留装置的使用载荷F进行确定时，应具体考虑该系留装置的在飞机上的预定安装位置及该飞机的使用工况，如海况及其所在舰面等因素，建立相应的简化模型，并充分考虑其设计余量；

步骤二、根据行业标准计算系留装置的系留环1的最小内环直径R0；

具体地，上述行业标准可以是HB-7077，在步骤二中最小内环直径R0应该充分考虑其容纳系牢飞机所需系留钢索及其配套结构的数量。

步骤三、基于R0及与该系留装置对应的预定安装位置，进行系留装置各个部件的打样设计；

具体地，使用CATIA(3D设计工程软件)构建系留装置结构三维模型，并确定各部件间的装配关系。

步骤四、对给个部件进行受载分析，得到各个部件的受载状况；

具体地，将各个部件分离，确定每个部件与其他部件间的连接关系及其相互作用，根据静力平衡条件找出其作用力及支反力，画出受力分析图，从而分析、确定各个部件的受载情况，上述受力分析图可以包括力平衡图、内力图等；

更具体地是，例如，

系留环1的受载分析可归结为典型的对称静不定问题，其力学模型如图4所示，其为三度内力静不定，选取相当***对其截面受力进行分析，如图5所示，其中，FNB＝F/2，唯一的未知静不定多余力MB为弯矩，其变形协调条件为切开处两侧截面间的相对转角为零，即可计算得到系留环弯矩图，如图6所示；其中，

FNB：静不定多余力；

MB：未知静不定多余力；

：切开处两侧截面间的相对转角；

F:使用载荷；

R：系留环半径(R>R0)

π：圆周率

步骤五、根据各个部件的受载状况，确定各个部件的材料，根据每个部件的材料，对其截面尺寸进行修正，确定各个部件结构截面尺寸，为系留钢索连接提供足够的强度和刚度支持。

具体地是，以每个部件所受载荷乘以该部件设计所需的安全系数得到其破坏载荷，根据破坏载荷选取该部件的材料，在确定该部件的材料时主要考虑材料的适应强度，可在各种型号的钢及其他金属材料中选择；用该部件选定材料的破坏极限乘以该部件截面积得到其名义破坏力，若得到的名义破坏力小于破坏载荷可减小该部件的截面尺寸，反之，可增大该部件的截面尺寸，直至使名义破坏力与破坏载荷的比值落于预定的安全范围之内，其中，预定安全范围可根据部件的实际需求进行确定。

在一些可选的实施例中，还包括对各个部件进行防腐设计，具体地，设计为各个部件镀镉-钛并涂覆耐潮湿环境使用型防腐环氧底漆，其后按除氢标准进行除氢处理，上述除氢标准可以是HB/Z 318。

在一些可选的实施例中，还包括对部分部件进行防松设计；具体地，例如，转接衬套(7)拧入机体时，设计螺纹处涂抹厌氧胶Y-150；开口销防松设计可参照HB0-2-A。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双自由度系留装置，其特征在于，包括：

定位件，其上具有定位通孔；

限位螺母(5)；

连接件，，其一端称为铰接端，另一端称为定位端，所述定位端穿过所述定位通孔设置，且其上设置有所述限位螺母(5)；所述连接件能够相对于所述定位件绕自身轴线转动；

系留件，与所述铰接端端面铰连接。

2.如权利要求1所述的系留装置，其特征在于，所述定位件包括：

定位衬套(7)；

定位螺栓(3)，与所述定位衬套(7)内壁螺纹配合连接，且沿轴向开设所述定位通孔。

3.根据权利要求2所述的系留装置，其特征在于，所述定位衬套(7)靠近所述定位螺栓(3)头部的一端的外壁沿周向设置有定位凸出。

4.根据权利要求3所述的系留装置，其特征在于，所述定位凸出外周具有两相互平行的面。

5.根据权利要求1所述的系留装置，其特征在于，所述连接件包括：

连接轴(2)，其一端为所述铰接端，另一端为所述定位端；

所述铰接端外壁沿周向设置有限位凸出。

6.根据权利要求5所述的系留装置，其特征在于，所述连接件还包括：

限位垫片(4)，设置在所述定位端；

限位开口销(6)，设置在所述定位端。

7.根据权利要求1所述的系留装置，其特征在于，所述系留件包括系留环(1)，其外环面与所述铰接端端面铰连接。

8.根据权利要求7所述的系留装置，其特征在于，还包括：

双耳片，固定设置在所述系留环(1)的外环面；

单耳片，固定设置在所述铰接端端面，且位于所述双耳片之间，其上通孔与所述双耳片上的通孔形成铰接通道；

铰接螺栓(8)，其顶端穿过所述铰接通道与铰接螺母(10)螺纹配合连接；

铰接开口销(11)，设置在所述铰接螺栓(8)的顶端；

两铰接垫片(9)，其中，一个设置在所述铰接螺母(10)与所述双耳片之间，另一个设置在所述铰接螺栓(8)头部与所述双耳片之间。

9.一种飞机，其特征在于，其上至少具有一个预定安装位置，以及包括有：

至少一个权利要求1-8任一所述的系留装置，每个所述系留装置的定位衬套(7)在一个所述预定安装位置螺接设置；

至少一条系留钢索，每个所述系留钢索的一端用于与一个所述系留装置的系留环(1)连接，另一端用于与舰船上的一个预定固定点连接。

10.一种系留装置设计方法，其特征在于，具体涉及如权利要求1-8任一所述的系留装置的设计方法，包括以下步骤：

步骤一、确定一个所述系留装置的使用载荷F；

步骤二、计算所述系留装置的系留环(1)的最小内环直径R0；

步骤三、基于R0及与该系留装置对应的预定安装位置，进行所述系留装置各个部件的打样设计；

步骤四、对给个所述部件进行受载分析，得到各个所述部件的受载状况；

步骤五、根据各个所述部件的受载状况，确定各个所述部件的材料，根据每个所述部件的材料，对其截面尺寸进行修正。