專利名稱：用于高速顫振模型的帶四耳片空心梁及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域，涉及ー種用于高速顫振模型的帶四耳片空心梁及其制作方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于飛機(jī)顫振模型設(shè)計(jì)，單梁模型的結(jié)構(gòu)形式廣泛應(yīng)用于機(jī)翼、機(jī)身、尾翼等結(jié)構(gòu)。而高速顫振模型可以用來獲取飛機(jī)及其部件的跨聲速顫振特性。針對(duì)高速顫振模型的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，通常需要很小梁架質(zhì)量來提供很大的翼面剛度。以往的方法往往存在剛度模擬不確定，加工制造困難，超重等缺陷。如何能夠設(shè)計(jì)并加工出ー種質(zhì)量輕，剛度大的變截面主承カ結(jié)構(gòu)，對(duì)顫振模型設(shè)計(jì)人員來說顯得尤為重 要。對(duì)于高速顫振模型的主承カ結(jié)構(gòu)，往往存在著設(shè)計(jì)難和加工難的問題設(shè)計(jì)難主要體現(xiàn)在要同時(shí)滿足剛度大和質(zhì)量輕的設(shè)計(jì)要求，且剛度需滿足三向要求，即垂直向截面慣性矩Ix，側(cè)向截面慣性矩Iy，截面極慣性矩J ;而對(duì)于加工變截面的帶耳片薄壁空心梁，之前采取鏜床加工，非常困難，且極難滿足設(shè)計(jì)要求的合格產(chǎn)品；另外，在高速風(fēng)洞條件下，強(qiáng)度問題非常突出，采用常規(guī)膠結(jié)的模型在試驗(yàn)中極容易被高速氣流沖擊損壞，在設(shè)計(jì)初期就會(huì)被否定。采用帶雙耳片的空心梁結(jié)構(gòu)結(jié)合高溫膠結(jié)技術(shù)在一定程度上解決了以上問題，并已在工程中得到成功應(yīng)用。但如果模型設(shè)計(jì)要求進(jìn)ー步提高，即要求引入梁截面尺寸限制約束，采用帶雙耳片的空心梁結(jié)構(gòu)可能就不能滿足設(shè)計(jì)要求。

發(fā)明內(nèi)容
為解決模型設(shè)計(jì)要求進(jìn)ー步提高所帶來的問題，本發(fā)明提供一種變截面梁，且能滿足三向剛度和梁截面尺寸限制約束，不易被高速氣流沖擊損壞的帶四耳片高速顫振模型的空心梁以及其制作方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，空心梁具有兩個(gè)上下對(duì)稱禮帽型合金構(gòu)件和兩個(gè)左右対稱的C型合金構(gòu)件，兩個(gè)上下對(duì)稱禮帽型合金構(gòu)件和兩個(gè)左右対稱的C型合金構(gòu)件的截面尺寸沿空心梁的長度方向變化，兩個(gè)C型合金構(gòu)件置于兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件之間，兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件的開ロ向內(nèi)，兩個(gè)C型合金構(gòu)件的開ロ向外，兩個(gè)C型合金構(gòu)件的上、下邊與禮帽型合金構(gòu)件的帽檐相貼合，兩個(gè)C型合金構(gòu)件與兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件貼合處用鉚接和高溫膠結(jié)形式固定，形成一 ロ字型帶四耳片的變截面空心梁結(jié)構(gòu)?！N用于高速顫振模型的帶四耳片空心梁的制作方法，包括以下步驟步驟I :確定待模擬飛機(jī)機(jī)翼的垂直向截面慣性矩Iax，側(cè)向截面慣性矩Iay，截面極慣性矩Ja ；步驟2:根據(jù)剛度縮比關(guān)系得到模型若干截面特性設(shè)計(jì)目標(biāo)垂直向截面慣性矩Ix，側(cè)向截面慣性矩Iy，截面極慣性矩J ;步驟3 :通過試湊法得出滿足步驟2中各截面三向剛度要求的截面尺寸，包括空心梁薄壁厚度t與耳片厚度空心梁的寬度W和高度H，以及帶耳片的寬度L及耳片高度札；步驟4:加工出禮帽型合金構(gòu)件，合金構(gòu)件的各截面相關(guān)尺寸為不帶帽檐的寬度為W，高度為(H —札)/2，帽檐厚度為tノ2，帶帽檐的總寬度為L，禮帽型合金構(gòu)件薄壁厚度為t，并且在禮帽型合金構(gòu)件的帽檐上加工鉚釘孔；步驟5 :加工出C型合金構(gòu)件，C型合金構(gòu)件的各截面相關(guān)尺寸為寬度(L 一W) /2+t,高度為Hr，上下邊厚度為tノ2，C型合金構(gòu)件薄壁厚度為t，并且在C型合金構(gòu)件的上下邊加工鉚釘孔；步驟6 :將兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件上下對(duì)稱布置，將兩個(gè)C型合金構(gòu)件左右對(duì)稱布置，并在真空條件下進(jìn)行高溫膠結(jié)，高溫膠結(jié)的真空度高于10_2Pa，溫度控制在1200C ±5°C ；步驟7 :將四個(gè)合金構(gòu)件通過鉚釘連接。 本發(fā)明產(chǎn)生的積極效果本發(fā)明的空心梁為矩形空心結(jié)構(gòu)，矩形兩邊帶有四個(gè)耳片；相比于帶兩個(gè)耳片的空心梁可以滿足三向剛度要求的特點(diǎn)，用帶四個(gè)耳片的空心梁不僅保留了這個(gè)特點(diǎn)，而且截面宏觀尺寸小，在一定程度上解決了梁截面尺寸超出翼型尺寸的問題；制作吋，首先加工兩個(gè)對(duì)稱的禮帽型合金構(gòu)件和兩個(gè)對(duì)稱的C型合金構(gòu)件，然后將四個(gè)合金構(gòu)件進(jìn)行高溫膠結(jié)和鉚釘連接即可，從而解決了變截面帶四耳片矩形空心梁結(jié)構(gòu)的加工難問題，并且能夠保證強(qiáng)度要求。該空心梁的設(shè)計(jì)簡単，生產(chǎn)和裝配易于進(jìn)行。


圖I為本發(fā)明用于高速顫振模型的空心梁的截面示意圖；圖2為本發(fā)明用于高速顫振模型的空心梁的立體示意圖；其中，I :空心梁，2 :耳片，3 :鉚釘，4 :禮帽型合金構(gòu)件，5 :C型合金構(gòu)件。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述?？招牧篒具有兩個(gè)上下對(duì)稱禮帽型合金構(gòu)件4和兩個(gè)左右対稱的C型合金構(gòu)件5，兩個(gè)上下對(duì)稱禮帽型合金構(gòu)件4和兩個(gè)左右対稱的C型合金構(gòu)件5的截面尺寸沿空心梁I的長度方向變化，兩個(gè)C型合金構(gòu)件5置于兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件4之間，兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件4的開ロ向內(nèi)，兩個(gè)C型合金構(gòu)件5的開ロ向外，兩個(gè)C型合金構(gòu)件5的上、下邊與禮帽型合金構(gòu)件4的帽檐相貼合，兩個(gè)C型合金構(gòu)件5與兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件5貼合處用鉚釘3鉚接和高溫膠結(jié)形式固定，形成一口字型帶四耳片2的變截面空心梁I結(jié)構(gòu)。ー種高速顫振模型的帶四耳片空心梁的制作方法，包括以下步驟步驟I :確定待模擬飛機(jī)機(jī)翼的垂直向截面慣性矩Iax，側(cè)向截面慣性矩Iay，截面極慣性矩Ja ；步驟2:根據(jù)剛度縮比關(guān)系得到模型若干截面特性設(shè)計(jì)目標(biāo)垂直向截面慣性矩Ix，側(cè)向截面慣性矩Iy，截面極慣性矩J ;步驟3 :通過試湊計(jì)算的方法得出滿足步驟2中各截面三向剛度要求的截面尺寸，包括空心梁I薄壁厚度t與耳片2厚度空心梁I的寬度W，高度H以及帶耳片2的寬度L及帶耳片2的高度Hr ；
步驟4 :加工出禮帽型合金構(gòu)件4，合金構(gòu)件的各截面相關(guān)尺寸為寬度W，高度為(H 一札)/2，帽檐厚度為tノ2，帶帽檐的寬度為L，薄壁厚度為t，并且在禮帽型合金構(gòu)件的帽檐上加工鉚釘孔；步驟5 :加工出C型合金構(gòu)件5，合金構(gòu)件的各截面相關(guān)尺寸為寬度(L 一 ff)/2+t,高度為民，上下邊厚度為tノ2，薄壁厚度為t，并且在C型合金構(gòu)件的上下邊加工鉚釘孔；步驟6 :將兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件4上下對(duì)稱布置，將兩個(gè)C型合金構(gòu)件5左右對(duì)稱布置，并進(jìn)行高溫膠結(jié)；步驟7 :將兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件4和兩個(gè)C型合金構(gòu)件5通過鉚釘3連接，以進(jìn)ー 步加強(qiáng)空心梁I上下部分的連接，最終形成變截面主承力梁結(jié)構(gòu)。進(jìn)ー步地，上述高溫膠結(jié)在真空條件下進(jìn)行。更進(jìn)一歩地，上述高溫膠結(jié)的真空度要求為真空度高于10_2Pa，溫度控制在1200C ±5°C。
權(quán)利要求
1.一種用于高速顫振模型的帶四耳片空心梁，其特征在于空心梁具有兩個(gè)上下對(duì)稱禮帽型合金構(gòu)件和兩個(gè)左右対稱的C型合金構(gòu)件，兩個(gè)上下對(duì)稱禮帽型合金構(gòu)件和兩個(gè)左右対稱的C型合金構(gòu)件的截面尺寸沿空心梁的長度方向變化，兩C型合金構(gòu)件置于兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件之間，兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件的開ロ向內(nèi)，兩個(gè)C型合金構(gòu)件的開ロ向外，兩C型合金構(gòu)件的上、下邊與禮帽型合金構(gòu)件的帽檐相貼合，兩個(gè)C型合金構(gòu)件與兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件貼合處用鉚接和高溫膠結(jié)形式固定，形成一口字型帶四耳片的變截面空心梁結(jié)構(gòu)。
2.ー種制作權(quán)利要求I所述的高速顫振模型的四耳片空心梁的方法，包括以下步驟 步驟I :確定待模擬飛機(jī)部件的垂直向截面慣性矩し，側(cè)向截面慣性矩Iay，截面極慣性矩Ja ; 步驟2 :根據(jù)剛度縮比關(guān)系得到模型若干截面特性設(shè)計(jì)目標(biāo)垂直向截面慣性矩Ix，側(cè)向截面慣性矩Iy，截面極慣性矩J ; 步驟3 :通過試湊法得出滿足步驟2中各截面三向剛度要求的截面尺寸，包括空心梁薄壁厚度t與耳片厚度空心梁的寬度W和高度H，以及帶耳片的空心梁截面總寬度L及耳片高度札； 步驟4 :加工出禮帽型合金構(gòu)件，禮帽型合金構(gòu)件的各截面相關(guān)尺寸為不帶帽檐的寬度W，高度為(H-HJ/2，帽檐厚度為tノ2，帶帽檐的總寬度為L，禮帽型合金構(gòu)件薄壁厚度為t，并且在禮帽型合金構(gòu)件的帽檐上加工鉚釘孔； 步驟5 :加工出C型合金構(gòu)件，C型合金構(gòu)件的各截面相關(guān)尺寸為寬度(L-W)/2+t，高度為札，上下邊厚度為tノ2，C型合金構(gòu)件薄壁厚度為t，并且在C型合金構(gòu)件的上下邊加工鉚釘孔； 步驟6 :將兩個(gè)禮帽型合金構(gòu)件上下對(duì)稱布置，將兩個(gè)C型合金構(gòu)件左右對(duì)稱布置，并進(jìn)行在真空條件下進(jìn)行高溫膠結(jié)，高溫膠結(jié)的真空度高于10_2Pa，溫度控制在120°C ±5°C ； 步驟7 :將四個(gè)合金構(gòu)件通過鉚釘連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域，涉及一種用于高速顫振模型的帶四耳片空心梁及其制作方法。空心梁為矩形空心結(jié)構(gòu)，矩形兩邊帶有四個(gè)耳片；相比于帶兩個(gè)耳片的空心梁可以滿足三向剛度要求的特點(diǎn)，用帶四個(gè)耳片的空心梁不僅保留了這個(gè)特點(diǎn)，而且梁截面宏觀尺寸小，在一定程度上解決了梁截面尺寸超出翼型尺寸的問題；制作時(shí)，首先加工兩個(gè)對(duì)稱的禮帽型合金構(gòu)件和兩個(gè)對(duì)稱的C型合金構(gòu)件，然后將四個(gè)合金構(gòu)件進(jìn)行高溫膠結(jié)和鉚釘連接即可，從而解決了變截面帶四耳片矩形空心梁結(jié)構(gòu)的加工難問題，并且能夠保證強(qiáng)度要求。該空心梁的設(shè)計(jì)簡單，生產(chǎn)和裝配易于進(jìn)行。
文檔編號(hào)G01M9/08GK102645317SQ20121014628
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者黨云卿, 羅務(wù)揆, 馬翔 申請(qǐng)人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所