一种飞机机翼折叠重力载荷模拟加载装置及方法与流程

1.本发明属于飞机设计技术领域，具体涉及一种飞机机翼折叠重力载荷模拟加载装置及方法。


背景技术：

2.飞机机翼折叠系统是用于固定翼飞机一种特殊的机翼部件，通过折叠机翼可以节省航母甲板和机库空间，不但是海军舰载飞机的必须具备的设备，也可以用于其他种类的飞机机翼结构中，以减小飞机在地面及库房中的占地空间。飞机机翼折叠系统一般由活动翼段，折叠机构和折叠作动器等部件组成，是一种驱动飞机机翼活动翼段进行折叠和展开的动力装置，其使用电机或液压杠作为动力单元，通过一套复杂的机械转动系统，输出机翼折叠和展开所需要的推拉力。由于飞机机翼折叠过程运动复杂，机翼折叠系统必须克服阻力，输出机翼折叠需要的驱动力，以保证机翼的顺利折叠和展开，因此需要进行相关的载荷测试试验，一保证装置的工作性能。
3.飞机机翼折叠和展开过程中，折叠装置主要的载荷是机翼及挂载负荷的重量，机翼折叠系统研制生产过程中通常都要进行重力载荷模拟加载试验，通过测试结构件的变形和材料应力，从而对折叠机构和折叠作动器传动零部件的承载能力正确的评价和估计，并为产品性能验证和优化结构设计提供可靠的依据。
4.现有技术的机翼折叠重力载荷模拟加载装置一般采用直接加载方式，按1:1的比例制造机翼折叠活动翼段的模型，在机翼重心位置悬挂砝码以模拟机翼折叠重力载荷，其缺点是装置结构尺寸大，砝码在加载过程中容易随机翼的运动而产生横向移动和摆动，影响测试过程的稳定性和载荷模拟精度，直接使用砝码的加载方式难于模拟机翼竖直位置的重力载荷，同时机翼活动翼段全尺寸构件本身的结构复杂，尺寸和重量大，制造成本高。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提出了一种飞机机翼折叠重力载荷模拟加载装置，采用凸轮机构改变加载砝码产生的重力载荷的大小，根据机翼折叠位置精确模拟重力载荷的变化，不但可以模拟机翼竖直位置的重力载荷，而且装置结构简单，尺寸紧凑，试验过程稳定性好，测试精度高。
6.为实现上述效果，本发明技术方案如下：一种飞机机翼折叠重力载荷模拟加载装置，包括试验基座，所述试验基座上一端设置有两个凸轮轴支座，两个凸轮轴支座之间连接有凸轮轴，所述凸轮轴上套接有凸轮，所述凸轮上设置有拉索卷线筒，所述拉索卷线筒通过加载拉索与活动翼段构件相连，凸轮通过砝码拉索连接有加载砝码，活动翼段构件上固定有活动铰链支座，折叠铰链销轴分别穿过固定铰链支座和活动铰链支座上的铰链孔，使活动翼段构件相对于试验基座可以绕折叠铰链轴转动，以模拟机翼的折叠和展开运动过程。
7.进一步地，凸轮轴支座通过螺栓固定在试验基座上。
8.进一步地，活动翼段构件为钢管焊接而成的刚性构件，外形为t字型。
9.进一步地，所述试验基座另一端设置有两个折叠作动器安装支架，机翼折叠作动器的两端固定在折叠作动器安装支架上，机翼折叠作动器上有可转动的摇臂，工作时机翼折叠作动器通过电机和传动系统带动摇臂旋转，最后带动机翼折叠和展开，摇臂端部有一个用来连接拉杆的销孔，所有摇臂上的销孔的轴线共线，拉杆的前后两端各有一个轴线相互平行的销孔，拉杆后连接销同时插入拉杆的后端销孔和摇臂端部的销孔中，形成回转运动副。摇臂的数量为1到4个。
10.进一步地，试验基座上用螺栓固定两个折叠作动器安装支架。
11.再进一步地，试验基座上固定有固定铰链支座，固定铰链支座的数量为2到4个，每个固定铰链支座上有一个铰链孔，所有固定铰链支座上的铰链孔的轴线共线，每个活动铰链支座上有一个铰链孔，所有活动铰链支座上的铰链孔的轴线共线；折叠铰链销轴分别穿过固定铰链支座和活动铰链支座上的铰链孔，使活动翼段构件相对于试验基座绕折叠铰链轴转动，以模拟机翼的折叠和展开运动过程。
12.进一步地，活动翼段构件上固定有拉杆支座，拉杆支座的端部有一个销孔，拉杆前连接销同时插入拉杆的前端销孔和拉杆支座端部销孔中，形成回转运动副。
13.进一步地，所述凸轮的外圆轮廓为半径变化的曲线，凸轮的最小半径为零，凸轮外圆表面有槽，凸轮中心有一个圆孔；拉索卷线筒为一个圆柱形零件，其外圆表面有螺旋槽，拉索卷线筒的中心也有一个圆孔；凸轮轴穿过凸轮和拉索卷线筒中心的圆孔，并将两者固定起来，凸轮轴中间相对于凸轮的位置开有槽，拉索卷线筒和凸轮可以一起绕凸轮轴转动，凸轮轴两端支撑在凸轮轴支座上，凸轮轴支座通过螺栓固定在试验基座上。
14.进一步地，加载拉索接头固定在活动翼段构件前端的下侧，加载拉索为钢丝绳，一端固定在拉索接头上，另一端固定在拉索卷线筒的螺旋槽端部，并缠绕在拉索卷线筒上，滑轮为圆盘形，其外圆上有槽，加载拉索中部置于滑轮的槽内，滑轮中间有孔，通过滑轮轴安装在滑轮支座上，可以绕轴线自由转动，而滑轮支座通过螺栓固定在试验基座上。
15.进一步地，砝码拉索为钢丝绳，一端固定于凸轮上，砝码拉索的前段置于凸轮的槽内，砝码拉索的另外一端固定在加载砝码顶部的砝码挂钩上，工作时加载砝码自然下垂，砝码拉索在加载砝码的重量作用下被拉紧，并给凸轮施加一个转矩，带动凸轮轴旋转，并通过拉索卷线筒拖动加载拉索对机翼折叠装置加载，当凸轮旋转到半径为零的位置时，加载砝码施加给凸轮的转矩也为零，相当于机翼竖直位置。
16.本发明飞机机翼折叠重力载荷模拟加载装置的工作原理叙述如下。
17.一种飞机机翼折叠重力载荷模拟加载方法，试验基座相当于飞机机翼的固定翼段，而活动翼段构件相当于飞机机翼的活动翼段，固定铰链支座固定在试验基座上，而活动铰链支座固定在活动翼段构件上，折叠铰链轴连接两个支座的铰链孔构成回转运动副，使得活动翼段构件可以相对于试验基座转动，模拟机翼的折叠和展开过程。在活动翼段构件前端的下侧固定加载拉索接头，连接加载拉索，进行飞机机翼折叠作动器重力载荷模拟测试时，通过加载拉索对折叠作动器施加载荷；加载砝码的重力通过砝码拉索作用在凸轮上，并通过凸轮带动拉索卷线筒转动，通过滑轮拖动载荷拉索，载荷拉索通过活动翼段构件上的拉索接头给活动翼段构件施加一个力矩，并通过拉杆和摇臂给折叠作动器施加一个载荷，模拟机翼折叠和展开过程中的重
力载荷，通过滑轮可以调整作用在活动翼段构件上的模拟载荷的方向，而载荷的大小可以通过凸轮轮廓曲线的设计，通过控制凸轮半径的变化，准确地飞机机翼折叠和展开过程中重力载荷的变化规律。
18.特别地，机翼活动段折叠段位于垂直位置时，凸轮对应的工作半径为零，加载砝码的重力对折叠作动器产生的载荷也为零。
19.与现有技术相比，本发明提出的飞机机翼折叠重力载荷模拟加载装置技术方案，具有以下有益效果：通过拉索卷线筒半径的变化和机构参数设计，使载荷拉索上的拉力根据设定的规律变化，可以精确模拟机翼折叠过程中的重力载荷，装置结构紧凑，测试精度高，可以模拟机翼竖直位置的重力载荷，同时试验过程砝码横向移动量小，工作稳定性好。
附图说明
20.图1为飞机机翼折叠重力载荷模拟加载装置结构图。
21.图2为凸轮、拉索卷线筒和凸轮轴组合件的结构图。
22.上述附图中标记对应的部件名称如下：1-凸轮轴，2-凸轮，3-拉索卷线筒，4-凸轮轴支座，5-螺栓，6-加载拉索，7-加载拉索接头，8-活动翼段构件，9-活动铰链支座，10-折叠铰链销轴，11-固定铰链支座，12-机翼折叠作动器，13-试验基座，14-拉杆后连接销，15-摇臂，16-折叠作动器安装支架，17-拉杆，18-螺栓，19-拉杆前连接销、20-拉杆支座，21-螺栓，22-滑轮轴，23-滑轮支座，24-滑轮，25-加载砝码，26-砝码挂钩，27-砝码拉索。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本专利的具体实施方式进行说明，但本发明专利并不限于本实例。
24.实施例1下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需要说明的是，本发明的实施方式包括但不限于本实施例。
25.如图1所示，一种飞机机翼折叠重力载荷模拟加载装置，包括试验基座13，机翼折叠作动器12，摇臂15，折叠作动器安装支架16，固定铰链支座11，活动铰链支座9，折叠铰链销轴10，活动翼段构件8，拉杆17，拉杆支座20，拉杆前连接销19，拉杆后连接销14，加载拉索接头7，加载拉索6，滑轮14，滑轮支座23，滑轮轴22，凸轮轴1、凸轮轴支座4、拉索卷线筒3、凸轮2，加载砝码25，砝码挂钩26，砝码拉索27，螺栓等零部件。
26.试验基座13是整个加载装置的基础构件，试验基座13用方形钢管焊接而成并固定在地面上，试验基座13上用螺栓18固定两个折叠作动器安装支架16，机翼折叠作动器12的两端固定在折叠作动器安装支架16上，机翼折叠作动器12上有可以转动的摇臂15，摇臂15的数量为2个，摇臂15的端部有一个用来连接拉杆17的销孔，两个摇臂15上的销孔的轴线共线，拉杆17的前后两端各有一个轴线相互平行的销孔，拉杆后连接销14同时插入拉杆17的后端销孔和摇臂15端部的销孔中，形成回转运动副。
27.两个固定铰链支座11通过焊接方式固定在试验基座上，固定铰链支座11上有一个铰链孔，两个铰链支座11上的铰链孔的轴线共线。
28.活动翼段构件8为一个由钢管焊接而成的刚性构件，外形为t字性，其上通过焊接方式固定有两个活动铰链支座9，每个活动铰链支座9上有一个铰链孔，两个活动铰链支座上的铰链孔的轴线共线。折叠铰链销轴10分别穿过固定铰链支座11和活动铰链支座9上的铰链孔，使活动翼段构件8相对于试验基座13可以绕折叠铰链轴10转动，以模拟机翼的折叠和展开运动过程。
29.拉杆支座20通过焊接固定在活动翼段构件8上，拉杆支座20的端部有一个销孔，拉杆前连接销19同时插入拉杆17前端的销孔和拉杆支座20端部的销孔中，形成回转运动副。当拉杆17在机翼折叠作动器12上的摇臂15的带动下运动时，活动翼段构件8可以绕折叠铰链销轴10的轴线转动，从图1所示的水平展开位置到图2所示的垂直位置。
30.本发明凸轮2、拉索卷线筒3和凸轮轴1组合件的结构如图2，凸轮2的外圆轮廓为半径变化的曲线，凸轮2的外圆表面有槽，加载过程中用来容纳砝码拉索27。为了模拟重力载荷为零的情况，凸轮2的最小半径为零，凸轮2的中心有一个圆孔；拉索卷线筒3为一个圆柱形零件，其外圆表面有螺旋槽，拉索卷线筒3的中心也有一个圆孔，凸轮轴1穿过凸轮2和拉索卷线筒3中心的圆孔，并将两者固定起来，凸轮轴1中间相对于凸轮2的位置开有槽，拉索卷线筒3和凸轮2可以一起绕凸轮轴1转动，凸轮轴1两端支撑在凸轮轴支座4上，凸轮轴支座4通过螺栓5固定在试验基座13上。
31.加载拉索接头7固定在活动翼段构件8前端的下侧，加载拉索6为钢丝绳制成，一端固定在加载拉索接头7上，另一端固定在拉索卷线筒3的螺旋槽端部，并缠绕在拉索卷线筒3上。滑轮24为圆盘形，其外圆上有槽，加载拉索6的中部置于滑轮24槽内，滑轮24中间有孔，通过滑轮轴22安装在两个滑轮支座23上，可以绕滑轮轴22的轴线自由转动，而滑轮支座23通过螺栓固定在试验基座13上。
32.砝码拉索27为钢丝绳制成，砝码拉索27的一端固定于凸轮上，砝码拉索27的前段置于凸轮2的槽内，砝码拉索27的另外一端固定在加载砝码25顶部的砝码挂钩26上，工作时加载砝码25自然下垂，砝码拉索27在加载砝码25的重量作用下被拉紧，并给凸轮2施加一个转矩，带动凸轮轴1旋转，并通过拉索卷线筒3拖动加载拉索6，实现对飞机机翼折叠装置模拟重力载荷的施加。
33.实施例2一种飞机机翼折叠重力载荷模拟加载装置，包括试验基座13，所述试验基座13上一端设置有两个凸轮轴支座，两个凸轮轴支座之间连接有凸轮轴，所述凸轮轴上套接有凸轮，所述凸轮上设置有拉索卷线筒，所述拉索卷线筒通过加载拉索与活动翼段构件相连，凸轮通过砝码拉索连接有加载砝码，活动翼段构件8上固定有活动铰链支座9，折叠铰链销轴10分别穿过固定铰链支座11和活动铰链支座9上的铰链孔，使活动翼段构件8相对于试验基座13可以绕折叠铰链轴转动，以模拟机翼的折叠和展开运动过程。
34.进一步地，凸轮轴支座4通过螺栓5固定在试验基座13上。
35.进一步地，活动翼段构件8为钢管焊接而成的刚性构件，外形为t字型。
36.进一步地，所述试验基座13另一端设置有两个折叠作动器安装支架16，机翼折叠作动器12的两端固定在折叠作动器安装支架16上，机翼折叠作动器12上有可转动的摇臂15，工作时机翼折叠作动器12通过电机和传动系统带动摇臂15旋转，最后带动机翼折叠和展开，摇臂15端部有一个用来连接拉杆17的销孔，所有摇臂15上的销孔的轴线共线，拉杆17
的前后两端各有一个轴线相互平行的销孔，拉杆后连接销14同时插入拉杆17的后端销孔和摇臂15端部的销孔中，形成回转运动副。摇臂15的数量为1到4个。
37.进一步地，试验基座13上用螺栓18固定两个折叠作动器安装支架16。
38.再进一步地，试验基座13上固定有固定铰链支座11，固定铰链支座11的数量为2到4个，每个固定铰链支座11上有一个铰链孔，所有固定铰链支座11上的铰链孔的轴线共线，每个活动铰链支座9上有一个铰链孔，所有活动铰链支座9上的铰链孔的轴线共线；折叠铰链销轴10分别穿过固定铰链支座11和活动铰链支座9上的铰链孔，使活动翼段构件8相对于试验基座13绕折叠铰链轴转动，以模拟机翼的折叠和展开运动过程。
39.进一步地，活动翼段构件8上固定有拉杆支座20，拉杆支座20的端部有一个销孔，拉杆前连接销19同时插入拉杆17的前端销孔和拉杆支座20端部销孔中，形成回转运动副。
40.进一步地，所述凸轮2的外圆轮廓为半径变化的曲线，凸轮2的最小半径为零，凸轮2外圆表面有槽，凸轮2中心有一个圆孔；拉索卷线筒3为一个圆柱形零件，其外圆表面有螺旋槽，拉索卷线筒3的中心也有一个圆孔；凸轮轴1穿过凸轮2和拉索卷线筒3中心的圆孔，并将两者固定起来，凸轮轴1中间相对于凸轮2的位置开有槽，拉索卷线筒3和凸轮2可以一起绕凸轮轴1转动，凸轮轴1两端支撑在凸轮轴支座4上，凸轮轴支座4通过螺栓5固定在试验基座13上。
41.进一步地，加载拉索接头7固定在活动翼段构件8前端的下侧，加载拉索6为钢丝绳，一端固定在拉索接头上，另一端固定在拉索卷线筒3的螺旋槽端部，并缠绕在拉索卷线筒3上，滑轮24为圆盘形，其外圆上有槽，加载拉索6中部置于滑轮24的槽内，滑轮24中间有孔，通过滑轮轴22安装在滑轮支座23上，可以绕轴线自由转动，而滑轮支座23通过螺栓21固定在试验基座13上。
42.进一步地，砝码拉索27为钢丝绳，一端固定于凸轮2上，砝码拉索27的前段置于凸轮2的槽内，砝码拉索27的另外一端固定在加载砝码25顶部的砝码挂钩26上，工作时加载砝码25自然下垂，砝码拉索27在加载砝码25的重量作用下被拉紧，并给凸轮2施加一个转矩，带动凸轮轴1旋转，并通过拉索卷线筒3拖动加载拉索6对机翼折叠装置加载，当凸轮2旋转到半径为零的位置时，加载砝码25施加给凸轮2的转矩也为零，相当于机翼竖直位置。
43.本发明飞机机翼折叠重力载荷模拟加载装置的工作原理叙述如下。
44.一种飞机机翼折叠重力载荷模拟加载方法，试验基座13相当于飞机机翼的固定翼段，而活动翼段构件8相当于飞机机翼的活动翼段，固定铰链支座11固定在试验基座13上，而活动铰链支座9固定在活动翼段构件8上，折叠铰链轴连接两个支座的铰链孔构成回转运动副，使得活动翼段构件8可以相对于试验基座13转动，模拟机翼的折叠和展开过程。在活动翼段构件8前端的下侧固定加载拉索接头7，连接加载拉索6，进行飞机机翼折叠作动器12重力载荷模拟测试时，通过加载拉索6对折叠作动器施加载荷；加载砝码25的重力通过砝码拉索27作用在凸轮2上，并通过凸轮2带动拉索卷线筒3转动，通过滑轮24拖动载荷拉索，载荷拉索通过活动翼段构件8上的拉索接头给活动翼段构件8施加一个力矩，并通过拉杆17和摇臂15给折叠作动器施加一个载荷，模拟机翼折叠和展开过程中的重力载荷，通过滑轮24可以调整作用在活动翼段构件8上的模拟载荷的方向，而载荷的大小可以通过凸轮2轮廓曲线的设计，通过控制凸轮2半径的变化，准确地飞机机翼折叠和展开过程中重力载荷的变化规律。
45.特别地，机翼活动段折叠段位于垂直位置时，凸轮2对应的工作半径为零，加载砝码25的重力对折叠作动器产生的载荷也为零。
46.与现有技术相比，本发明提出的飞机机翼折叠重力载荷模拟加载装置技术方案，具有以下有益效果：通过拉索卷线筒3半径的变化和机构参数设计，使载荷拉索上的拉力根据设定的规律变化，可以精确模拟机翼折叠过程中的重力载荷，装置结构紧凑，测试精度高，可以模拟机翼竖直位置的重力载荷，同时试验过程砝码横向移动量小，工作稳定性好。
47.按照上述实施例，便可很好地实现本发明的内容。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。