CN112345198B - 一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，解决了飞机在着陆、滑跑等工况下起落架载荷精确测量问题。为采用高强度合金钢一体加工成型结构，包括测量端法兰、内轴、轴向力测量元件、壳体、固定端法兰和支撑片组；测量端法兰与内轴连接，固定端法兰与壳体连接，内轴和壳体通过支撑片组连接，构成一体结构；口型轴向力测量元件形成于内轴和壳体共同构成的上、下贯通方槽中，并通过布置在天平轴线上的铰链结构分别与内轴和壳体连接，最终形成天平整体。本发明天平结构紧凑，刚度高，可实现起落架六分量动态、静态载荷测量；彻底消除其他载荷分量对轴向力的测量干扰，极大提高了载荷测量精度和使用稳定性；校准成本低，周期短。

Description

一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平

技术领域

本发明涉及一种杆式应变天平，具体涉及一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，属于试验空气动力学测量技术领域。

背景技术

随着航空工业技术的进步，无论是民用、军用有人飞机还是无人机，都在朝着更安全、可靠和经济的方向发展。起落架是飞机最重要的承载部件之一，用于飞机停放、起飞、着陆和滑跑时在机体和地面建立连接。起落架的强度/刚度、承载能力及质量等因素直接影响飞机的安全性和经济性。在飞机定型和改型设计中，通过地面试验的方式获得起落架在着陆、滑跑等状态下的动态、静态载荷，以实现对起落架结构的优化设计，同时，也可为飞机在着陆、滑跑时的综合控制提供依据。目前，主要采用应变测量法实现对飞机起落架载荷的测量。即，通过在起落架根部合适位置敷贴应变片，并在地面对整个起落架进行加载校准，随后组装在飞机上再进行载荷实测。这种试验方法存在校准成本高、周期长等缺点，另外，只能实现部分分量的载荷测量，测量精度较低。

飞机起落架载荷测量的另一种可行方法是在起落架和飞机之间安装六分量测力天平，以实现起落架载荷的高精度测量。飞机起落架在着陆、滑跑状态下的受载呈现出高动态冲击、大弯矩及分量间载荷极不匹配等特点，这给天平设计时在解决天平灵敏度-刚度矛盾、减小分量间相互干扰等方面带来了较大困难。

当前，针对上述问题，亟需发展一种用于飞机起落架测力试验的高精度六分量杆式应变天平。

发明内容

本发明的技术解决问题是：本发明针对目前飞机起落架地面试验时着陆、滑跑等状态下载荷测量能力不足的问题，提供了一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，可实现飞机起落架在各工况下的动态/静态载荷的高精度测量。

本发明的技术解决方案是：一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，包括测量端法兰、内轴、轴向力测量元件、壳体、固定端法兰和支撑片组；

所述内轴包括五分量测量元件和内支撑梁，所述五分量测量元件一端与测量端法兰一侧的端面连接，为十字型结构，在十字型结构四个夹角位置处分别设置方形条状结构，形成内支撑梁，五分量测量元件另一端开有上、下贯通的方槽a；所述壳体包括外壳和连接梁，外壳一端与固定端法兰连接；所述连接梁沿外壳的径向安装，布置在外壳内靠近固定端法兰，内支撑梁***外壳中，连接梁位于内支撑梁的方槽中并且不与内支撑梁接触，所述外壳沿径向开有贯通的方槽b，方槽a与方槽b的位置对应；所述支撑片组包含若干相互平行的方形支撑片，沿外壳的轴向排列；支撑片组每两组为一对，四对支撑片组沿外壳的周向均匀分布，每对中的两组支撑片组关于过中心轴的面对称且两组支撑片组分别与过中心轴的面平行，使得支撑片组均布在内支撑梁四周；壳体通过支撑片组与内轴连接；

所述轴向力测量元件为平板结构，中心处沿长边方向开有工字形的通槽，位于内支撑梁和外壳共同构成的沿径向贯通的方槽中，包括轴向力测量梁和连接铰链，所述连接铰链沿天平轴线布置在轴向力测量梁的两侧，轴向力测量梁通过连接铰链分别与内支撑梁和连接梁连接。

一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平为采用合金钢一体加工成型的结构。

连接梁上下两端的四组支撑片组中的方形支撑片的数据M小于连接梁左右两侧的四组支撑片组中的方形支撑片的数据N；连接梁上下两端的四组支撑片组在方槽b对应的位置处设置缺口。

所述支撑片组的薄片沿天平轴向等距排列，薄片厚度均为2mm～3mm，相邻支撑片之间距离为1mm～2mm。

所述五分量测量元件的上、下和左、右表面分别敷贴有五分量应变片，用于除轴向力以外的五分量载荷测量。

所述轴向力测量梁在短边的厚度方向上敷贴有轴向力应变片，用于轴向力载荷测量。

所述测量端法兰和固定端法兰上沿天平轴线分别开有前圆柱孔和后圆柱孔，并分别设置有定位键槽，用于天平的径向、轴向和滚转方向的定位。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明提供的用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，结构紧凑，可实现起落架六分量载荷的同时测量；可作为常规杆式应变天平校准，校准成本低，周期短。

(2)本发明提供的用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，采用类轮辐式结构设计，天平整体刚度较高，可满足起落架的冲击动态载荷测量需求；同时，该结构可实现天平刚度-灵敏度的有效匹配。

(3)本发明提供的用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，采用了口型轴向力测量元件和铰链连接结构，并将其置于天平轴线上，彻底消除了其他载荷分量对轴向力分量的测量干扰，极大提高了各分量载荷测量精度和使用稳定性。

附图说明

图1为本发明的天平-起落架安装、测量方式示意图；

图2为本发明的用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平的结构示意图；

图3为本发明的天平的内轴和轴向力测量元件结构示意图；

图4为本发明的天平的壳体和支撑片组结构示意图；

图5为图1中沿侧向Z的对称面剖视图；

图6为图1中沿纵向X的对称面剖视图；

图7为图1中沿轴向Y的A/B/C/D截面剖视图；

具体实施方式

下面结合附图1～7，对本发明的具体实施方式作详细描述。

本发明公开了一种六分量杆式应变天平，以解决目前飞机起落架地面试验时着陆、滑跑等状态下载荷测量能力不足的技术难题，可实现飞机起落架在各工况下的六分量动态/静态载荷的高精度测量。具体的指，提供一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，其测量方式如图1所示：天平01安装在起落架00的根部，其测量端与起落架00通过法兰连接，固定端与转接段03也通过法兰连接，最终，经转接段03整体安装在飞机上，即，通过天平01可实现飞机停放、起飞、着陆和滑跑时起落架的六分量载荷测量。

结合图2，天平01为采用高强度合金钢一体加工成型的结构，包括测量端法兰1、内轴2、轴向力测量元件3、壳体4、固定端法兰5和支撑片组6。

结合图3、图7，内轴2包括五分量测量元件201和内支撑梁202，五分量测量元件201一端与测量端法兰1的端面连接，为十字型结构，在十字型结构四个夹角位置处分别设置方形条状结构，形成内支撑梁202，五分量测量元件(201)另一端开有上、下贯通的方槽a；

结合图4、图7，壳体4包括外壳401和连接梁402，壳体4的后端与固定端法兰5连接，连接梁402沿外壳401的径向上、下布置在其后端并与之连接，最终形成于内支撑梁202的方槽中，并且不与内支撑梁202接触，外壳401上还开有上、下贯通的方槽。

结合图3、图4和图7，支撑片组6包含八组支撑片梁组，其中，四组沿天平纵向布置，每组含M个具有相同结构的矩形片梁，四组沿天平侧向布置，每组含N个具有相同结构的矩形片梁，M＜N；支撑片组6每两组为一对，四对支撑片组6沿外壳401的周向均匀分布，每对中的两组支撑片组6关于过中心轴的面对称且两组支撑片组6分别与过中心轴的面平行，每两组支撑片梁组与外壳401构成Π型结构，且均布在米型内支撑梁202的四周，壳体4通过支撑片组6与内轴2连接，构成轮辐式一体结构，该结构可使天平具有较高的整体刚度。

本实施例中，优选的，结合图4，片梁组的薄片沿天平轴向等距排列，薄片厚度均为2mm～3mm，相邻支撑片之间距离为1mm～2mm。

结合图3～图7，轴向力测量元件3为口型结构，形成于内支撑梁202和外壳401共同构成的上、下贯通的方槽中，轴向力测量元件3包括轴向力测量梁301和连接铰链302，连接铰链302沿天平轴线布置在口型轴向力测量梁301的左、右两侧，其沿轴向具有较高的刚度，而在其他方向上刚度较弱；轴向力测量元件3通过连接铰链302分别与内轴2的内支撑梁202和壳体4的连接梁402连接，最终，形成天平整体。将轴向力测量元件3布置在天平轴线上并采用铰链结构，可使天平承载除轴向力外的其他五分量载荷时，轴向力测量元件3几乎不发生变形，彻底消除了其他载荷分量对轴向力的测量干扰。

本实施例中，优选的，结合图3，轴向力测量元件3的口型轴向力测量梁301为矩形框体，，中心处沿长边方向开有工字形的通槽，工字形槽对应的上、下片梁宽度小于两侧壁的宽度；矩形框体的上、下片梁宽度为2～3mm，两侧壁的宽度大于10mm，贯通方槽的宽度不小于7mm。

本实施例中，优选的，结合图2和图7，外壳401在轴向力测量梁301上、下片梁的应变片303敷贴位置处沿侧向还开有贯通方槽，便于实施应变片敷贴。

本实施例中，测量端法兰1和固定端法兰5上沿天平轴线分别开有前圆柱孔101和后圆柱孔501，并分别设置有定位键槽，用于天平的径向、轴向和滚转方向的定位。

本实施例中，结合图3，五分量测量元件201的上、下和左、右表面分别敷贴有五分量应变片203，共构成五个惠斯通电桥，分别用于除轴向力以外的五分量载荷测量；口型轴向力测量梁301的上、下片梁表面敷贴有轴向力应变片303，组成一个惠斯通电桥，用于轴向力载荷的测量。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。上述实施方式是示例性的，在权利要求书所涉及的范围内，本发明可扩展到任何在本说明书中所披露的特种和任何新的组合，其亦属于本发明的技术范畴。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，其特征在于，包括测量端法兰(1)、内轴(2)、轴向力测量元件(3)、壳体(4)、固定端法兰(5)和支撑片组(6)；

所述内轴(2)包括五分量测量元件(201)和内支撑梁(202)，所述五分量测量元件(201)一端与测量端法兰(1)一侧的端面连接，为十字型结构，在十字型结构四个夹角位置处分别设置方形条状结构，形成内支撑梁(202)，五分量测量元件(201)另一端开有上、下贯通的方槽a；所述壳体(4)包括外壳(401)和连接梁(402)，外壳(401)一端与固定端法兰(5)连接；所述连接梁(402)沿外壳(401)的径向安装，布置在外壳(401)内靠近固定端法兰(5)，内支撑梁(202)***外壳(401)中，连接梁(402)位于内支撑梁(202)的方槽中并且不与内支撑梁(202)接触，所述外壳(401)沿径向开有贯通的方槽b，方槽a与方槽b的位置对应；所述支撑片组(6)包含若干相互平行的方形支撑片，沿外壳(401)的轴向排列；支撑片组(6)每两组为一对，四对支撑片组(6)沿外壳(401)的周向均匀分布，每对中的两组支撑片组(6)关于过中心轴的面对称且两组支撑片组(6)分别与过中心轴的面平行，使得支撑片组(6)均布在内支撑梁(202)四周；壳体(4)通过支撑片组(6)与内轴(2)连接；

所述轴向力测量元件(3)为平板结构，中心处沿长边方向开有工字形的通槽，位于内支撑梁(202)和外壳(401)共同构成的沿径向贯通的方槽中，包括轴向力测量梁(301)和连接铰链(302)，所述连接铰链(302)沿天平轴线布置在轴向力测量梁(301)的两侧，轴向力测量梁(301)通过连接铰链(302)分别与内支撑梁(202)和连接梁(402)连接。

2.如权利要求1所述的一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，其特征在于，所述六分量杆式应变天平为采用合金钢一体加工成型的结构。

3.如权利要求2所述的一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，其特征在于，连接梁(402)上下两端的四组支撑片组(6)中的方形支撑片的数量M小于连接梁(402)左右两侧的四组支撑片组(6)中的方形支撑片的数量N；连接梁(402)上下两端的四组支撑片组(6)在方槽b对应的位置处设置缺口。

4.如权利要求3所述的一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，其特征在于，所述支撑片组(6)的薄片沿天平轴向等距排列，薄片厚度均为2mm～3mm，相邻支撑片之间距离为1mm～2mm。

5.如权利要求4所述的一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，其特征在于，所述五分量测量元件(201)的上、下和左、右表面分别敷贴有五分量应变片(203)，用于除轴向力以外的五分量载荷测量。

6.如权利要求5所述的一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，其特征在于，所述轴向力测量梁(301)在短边的厚度方向上敷贴有轴向力应变片(303)，用于轴向力载荷测量。

7.如权利要求6所述的一种用于飞机起落架测力试验的六分量杆式应变天平，其特征在于，所述测量端法兰(1)和固定端法兰(5)上沿天平轴线分别开有前圆柱孔(101)和后圆柱孔(501)，并分别设置有定位键槽，用于天平的径向、轴向和滚转方向的定位。

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