УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБШИВОК КОРПУСА Российский патент 2011 года по МПК G01N3/04 

Изобретение относится к устройству для испытания обшивок корпуса, в частности предназначено для динамического испытания обшивок корпуса.

В основном под обшивкой корпуса понимается двухмерный объект, подвергаемый различным нагрузкам с помощью устройства для испытания и наложенным сочетаниям нагрузок в целях проведения испытаний для определения свойств конструкционных деталей. Обшивка корпуса в качестве испытательного образца обычно представляет собой деталь сложной опорной системы, которая ввиду ее габаритов, например, в случае с фюзеляжем самолета, не может быть полностью подвергнута эффективному испытанию для определения свойств его конструкционных деталей.

Указанные устройства для испытаний такого рода используют для исследования отдельных деталей, которые необходимо подвергать реальным напряжениям с целью успешной демонстрации конструкционных характеристик, необходимых для получения разрешений на испытание или аналогичных документов. Кроме того, устройства для испытаний используют при проведении статических и динамических исследований фюзеляжа самолета, например, во время процесса разработки.

Обшивку корпуса изготавливают, например, из композиционных материалов, в частности, волоконно-композиционных конструкций. Под композиционными материалами и, в частности, под волоконными композиционными материалами понимают, например, углепластик или пластик, армированный стекловолокном, а также композиционные материалы, состоящие из пластика, армированного стекловолокном и алюминия.

Образцы для испытаний обычно представляют собой плоские несущие конструкции, являющиеся геометрически, т.е. конструктивно анизотропными, а также в плане материала. Они характеризуются многоосевыми, линейными кривыми силами резания и результирующими многоосевыми состояниями напряжения. Для того чтобы подвергнуть образцы реальному испытанию необходимо исследовать, как минимум, три оси нагружения, а именно: линейное расширение, окружное расширение и предел текучести при сдвиге. Кроме того, местные параметры воздействия моделируются исходя из избыточного внутреннего давления внутри фюзеляжа самолета, которое отражает воздействие распределения жесткости конструкции фюзеляжа при полетах на больших высотах.

В области устройств для испытания конструктивных деталей для обшивок фюзеляжа, далее именуемых обшивки корпуса, известны различные концепции.

Например, в соответствии с патентом DE 10344855 В4 известна схема давление-сдвиг для приложения высоких нагрузок сдвига, в которой нагрузки при сжатии и сдвиге действуют в одном и том же направлении и могут быть приложены с помощью отдельных регулируемых элементов. Недостаток указанного устройства заключается в том, что двухмерное аэродинамическое нагружение или альтернативное наложение растягивающего усилия не может быть осуществлено с помощью указанного устройства.

Устройства для испытания обшивок корпуса известного уровня техники обеспечивают аэродинамическое нагружение обшивок корпуса. Таким образом, в патенте DE 197027754 А1 предлагается устройство для фиксирования и проведения испытаний объектов, в частности деталей обшивок фюзеляжа. В данном случае обшивки корпуса одновременно подвергаются различным динамическим нагрузкам. В частности, обеспечивается растягивающее напряжение в продольном направлении обшивки корпуса и двухмерная аэродинамическая нагрузка, создаваемая перепадом давления между внутренней частью фюзеляжа самолета и внешним воздухом.

Недостаток указанных устройств для испытания заключается в том, что каждое из них само по себе позволяет создать сочетания нагрузок, которые могли бы охватить в полной мере проведение только изолированных испытаний всех цилиндрических зон фюзеляжа, т.е. с приближением к эксплуатационным нагрузкам при их совместном приложении. Однако предлагаемые способы для проведения испытаний даже при внесении модификаций являются исключительно ограниченными с физической точки зрения.

Во-вторых, следует отметить, что устройства в соответствии с патентом DE 197027754 А1 в случае с нагрузкой избыточного давления ввиду их основополагающего принципа позволяют лишь частично смоделировать симметрию сектора, т.е. создается распределение изгибающих моментов, являющееся приемлемым для тонкой обшивки фюзеляжа.

Таким образом, традиционно используют устройства, в которых обшивки корпуса устанавливают без фиксации (нагружения) и в которых частым недостатком является сильно колеблющееся распределение напряжения. Более того, приложение окружной и сдвигающих нагрузок по отдельности приводит к снижению степени достоверности данных испытаний.

Таким образом, испытания на определение предела текучести при сдвиге в целом являются неосуществимыми или недостоверными, при этом в известных многоосных устройствах для испытания используют установленные без фиксации обшивки и, кроме того, также отсутствует возможность моделирования наложения напряжений в достаточной степени.

Исходя из известного уровня техники, также известны устройства для испытаний, позволяющие устранить вышеупомянутые недостатки, и которые известны в технических кругах как D-модули. В работе Ambur, D., Rouse, M.: Design and Evaluation of Composite Fuselage Panels Subjected to Combined Loading Conditions в Journal of Aircraft, vol.42, No. 4, July-August 2005, приведено описание D-модуля и поперечное сечение дополняющей конструкции в форме сегмента дуги окружности.

Конфигурирование D-модуля с поперечным сечением в форме сегмента дуги окружности включает различные недостатки. В частности, необходимо отметить, что предпочтительно жесткая связь между обшивкой и дополняющей конструкцией не является возможной без сильных возмущений напряжения ввиду условий жесткости. Результатом этого является сочлененная конструкция кромок у продольной границы. Такая конструкция реализуется с помощью дискретных шарниров между отдельными балками. Следствием этого является ограничение возможных задач проведения испытания, в частности, в основном проведение исследований высокого напряжения сдвига и остаточной прочности. Ограничение является результатом конструктивно обусловленных концентраций напряжения в дискретной конструкции.

Корректирующие меры в направлении секущей эквивалентного поперечного сечения могут быть только установлены в одной рабочей точке циклов нагрузки - пассивные связи жесткости.

Дополнительный недостаток заключается в том, что для формы сегмента дуги окружности в поперечном сечении D-модуля известного уровня техники требуется большое пространство.

В общем, D-модуль представляет собой конструкцию, имеющую D-образную форму в поперечном сечении, в которой так называемый «мягкий (нежесткий, гибкий) модуль» (ящик, короб, каркас) образует дополняющую конструкцию к обшивке корпуса. Для проведения испытания обшивку корпуса механически дискретно соединяют и сочлененно присоединяют к «мягкому модулю».

Тем не менее, другой недостаток заключается в том, что не обеспечивается исследование композиционных материалов при режиме надлежащей безопасности и надежности в устройствах для испытаний, снабженных выполненным из металла «мягким модулем», т.к. металл имеет пределы текучести, что является нехарактерным для композиционных материалов и, следовательно, не обеспечивается достижение требуемой области испытаний. Дополнительный недостаток известных устройств для испытаний заключается в том, что не обеспечивается приложение сил несущей системы.

Целью настоящего изобретения является создание устройства для эффективного проведения испытаний элементов обшивки, обеспечивающего проведение реальных измерений напряжений предела текучести при сдвиге, а также наложение нескольких видов напряжений, при этом устройство для испытаний должно быть экономичным в эксплуатации.

Цель достигается путем создания устройства для испытаний обшивок корпуса, в котором проведение испытания предусматривает дополняющую конструкцию.

В первом примере осуществления настоящего изобретения, известном как нежесткий модуль внутри D-модуля, дополняющая конструкция имеет U-образную форму в поперечном сечении и снабжена опорами - продольными фланцами - на концах секций в продольном направлении дополняющей конструкции, снабженной приспособлением для присоединения обшивки корпуса к дополняющей конструкции, а также для приложения корректирующих усилий и передачи испытательных усилий. Приспособление для присоединения обшивки корпуса характеризуется специальным сочетанием положительного соединения и фрикционного соединения в целях взаимозаменяемой конструкции/изменения испытательных образцов. Приспособление для присоединения обшивки корпуса к дополняющей конструкции предназначено для приложения и поглощения испытательных усилий резания в поперечном и продольном направлении.

На границах дополняющей конструкции в продольном направлении расположены поперечные фланцы, предназначенные для приложения и поглощения испытательных усилий в окружном направлении, а также вспомогательных усилий в продольном направлении. Они позволяют нагружать эквивалентное поперечное сечение - линии нагнетания - в шести степенях свободы. Дополняющая конструкция выполнена в виде мягкого модуля из композиционных материалов, иными словами, она является анизотропной как в плане геометрии, так и материала, что дополнительно устраняет нежелательные пределы текучести, т.е. такие пределы текучести, которые возникают в устройствах для испытаний с выполненными из металла дополняющими конструкциями. Пределы напряжений, в частности, растяжения при разрыве регулируются, в особенности, исходя из пределов напряжений испытательных образцов из углепластика.

В соответствии с одним предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения дополняющая конструкция выполнена из эпоксидной смолы, армированной стекловолокном. Продольные фланцы на концах секций в примере осуществления изобретения сконструированы под углом.alpha..sub.SW=22.degree. к линии соединения между двумя секциями. В общем, соотношение выполняется:.alpha..sub.SW=.alpha..sub.pu-0.5.degree., при этом индекс "SW" обозначает слоистую конструкцию и "pu" - окружной сегмент, подвергаемый воздействию избыточного давления.

Дополняющая конструкция предпочтительно выполнена на чередующихся, выставленных параллельно U-образных профилях в продольном направлении с целью формирования ребристого продольного поперечного сечения. Толщина материала дополняющей конструкции, выполненной из композитных материалов, предпочтительно составляет 13,6 мм для первого типа испытательной обшивки - испытательной обшивки из слоистого материала на основе углепластика - и композитный материал дополняющей конструкции выполнен из 23 отдельных слоев.

В дополнительном примере осуществления настоящего изобретения устройство для испытания обшивок корпуса с дополняющей конструкцией сконфигурировано таким образом, чтобы эквивалентное поперечное сечение было образовано из N-обшивок корпуса с N-элементами связи обшивки, где N является целым числом -ди-, три-, тетра-модулем.

Устройство изобретения основано на формировании эквивалентного поперечного сечения, состоящего из одного или нескольких обшивок корпуса и дополняющей конструкции, при этом дополняющая конструкция выполнена всеми элементами эквивалентного поперечного сечения, не являющимися обшивками корпуса. Эквивалентное поперечное сечение само по себе является замкнутым с целью формирования герметизированного контейнера.

Одно преимущество устройства изобретения заключается в том, что в нем используют дополняющую конструкцию, характеризующуюся механическими свойствами, в исключительной степени зависящими от направления. Благодаря этому обеспечивается регулирование размеров и, таким образом, достижение качества эксперимента за счет габаритов экспериментального стенда. При этом требуется, чтобы обеспечивалось исключительно высокая сопротивляемость местным и глобальным удлинениям. Устройство в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает передачу или приложение окружных разрушающих нагрузок или сдвиговых разрушающих нагрузок, а также высоко приложенных (временных) частей обоих компонентов с наложением около 75%. При этом между обшивками корпуса и дополняющей конструкцией имеется разъемное соединение, благодаря чему обеспечивается повторное использование дополняющих конструкций. В соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения дополняющая конструкция выполнена пропорционально путем смежного расположения испытательных образцов для формирования испытательного образца, что приводит к существенному повышению эффективности времени и экономичности испытательного процесса, т.к. обеспечивается одновременное проведение испытаний нескольких образцов за один испытательный цикл. Устройство в соответствии с настоящим изобретением в основном предназначено для испытания пластиков, армированных волокном, таких как пластики, армированные стекловолокном или пластики, армированные углеродным волокном.

Путем создания эквивалентного поперечного сечения с целью снижения требуемых приложений нагрузок - по сравнению с установленными без фиксации испытательными обшивками - обеспечивается достижение многочисленных преимуществ, например, сечение существенно уменьшено по сравнению с бочкообразным фюзеляжем. Таким образом, устройства в соответствии с настоящим изобретением позволяют проводить испытания, при которых в иных случаях потребовался бы испытательный стенд исключительно больших габаритов ввиду габаритов испытуемых элементов и нагрузок, прилагаемых на несколько порядков выше.

В одном предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения элемент связи обшивки дополняющей конструкции имеет V-образную форму в поперечном сечении и состоит из двух прямых секций, соединенных вместе с помощью закругляющего элемента. Закругляющий элемент содержит контактные поверхности для приложения корректирующих усилий с помощью элементов, передающих осевую нагрузку.

В другом примере осуществления настоящего изобретения элемент связи обшивки дополняющей конструкции имеет Y-образную форму в поперечном сечении и состоит из двух прямых секций, соединенных вместе с помощью общего прямого удлинителя. Удлинитель содержит приспособление для приложения дискретных корректирующих усилий с помощью натяжных кронштейнов или натяжных стержней.

В соответствии с настоящим изобретением эквивалентное сечение в теории образовано одним, двумя, тремя или четырьмя обшивками корпуса и модулями слабого давления, либо соответствующим количеством элементов связи обшивки.

Приспособление для присоединения обшивки корпуса к дополняющей конструкции предпочтительно состоит из воронкообразного углубления и нажимного диска с аналогичной формой, а также винтов и гаек, при этом на верхней стороне нажимного диска, обращенного в сторону обшивки корпуса, имеется оребрение в виде усеченных пирамид.

Модуль слабого давления или элемент связи обшивки предпочтительно выполнены из эпоксидной смолы, армированной стекловолокном, и могут быть использованы для проведения экспериментов на разрушение углепластиков.

В одном примере осуществления настоящего изобретения обеспечивается испытание обшивок корпуса, усиленных шпангоутами, при повышенной точности за счет обеспечения пассивного или активного подкоса шпангоута. Подкос шпангоута снабжен внутренней и внешней секциями, соединенными с устройством регулировки по длине, в то время как пассивный подкос шпангоута выполнен таким образом, чтобы обеспечивалось уравновешивание местного эксцентрического приложения тангенциальных усилий. Следует отметить то преимущество, что относительный угол между передними частями шпангоута остается приблизительно постоянным при нагрузке обшивки корпуса.

Активный подкос шпангоута тоже снабжен внутренней и внешней секциями, соединенными с устройством регулировки по длине, но в противоположность пассивному подкосу шпангоута, внутренняя секция соединена с помощью шарнирного элемента с передней частью шпангоута и, кроме того, корректирующий привод расположен на внутренней секции параллельно штоку поршня и соединен со штоком поршня через шарнирный элемент с передней частью шпангоута таким образом, чтобы местное эксцентрическое приложение тангенциальных усилий уравновешивалось активным подкосом шпангоута. Относительный угол между передними частями шпангоута остается постоянным, либо гиперскорректирован при нагрузке обшивки корпуса. Либо угол, либо момент изгиба используют в качестве контролируемой переменной величины, и каждый раз производится регулировка зависимых компонентов.

Преимущества устройства в соответствии с настоящим изобретением можно обобщить следующим образом:

- снижение приложения активных нагрузок,

- непрерывная краевая,

- максимальная передача силы,

- взаимозаменяемая конструкция несмотря на жесткую связь испытательных образцов,

- использование переменной толщины слоистой структуры испытательных образцов,

- более высокая частотность экспериментов,

- оптимизированная симметрия сектора при нагрузках избыточного давления,

- более высокое качество распределения напряжений,

- приложение пассивной нагрузки к шпангоутам, т.е. снижение ошибки регулирования,

- все цилиндрические сегменты фюзеляжа подвергаются экспериментальному моделированию,

- меньшее потребление энергии по сравнению с экспериментами на бочкообразных фюзеляжах,

- использование меньшего количества образцов для получения аналогичного объема информации при меньшем количестве отходов,

- более быстрое получение данных при сокращении потребления топлива ввиду более оптимизированных обшивок корпуса,

- сокращение времени общего процесса разработки, ведущее к повышению конкурентоспособности.

В частности, следует отметить, что устройство в соответствии с настоящим изобретением также позволяет воспроизводимо использовать распределенные нагрузки при проведении испытаний, в то время как при использовании D-модуля известного уровня техники обеспечивается только задание равномерных окружных нагрузок. Кроме того, в диапазон характеристик были включены испытания на остаточную прочность при разрушающей нагрузке в отношении всех нагружаемых компонентов.

Другие детали, признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны из следующего ниже описания, которое ведется со ссылками на иллюстративные примеры осуществления и прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - вид в перспективе дополняющей конструкции, сконфигурированной в виде мягкого модуля;

фиг.2 - вид спереди дополняющей конструкции, сконфигурированной в виде мягкого модуля;

фиг.3 - схематическое сечение эквивалентного сечения, сконфигурированного в виде ди-модуля;

фиг.4 - схематическое сечение эквивалентного сечения, сконфигурированного в виде три-модуля;

фиг.5 - конфигурация эквивалентного сечения в виде а) ди-, b) три- и с) тетра-bох с корректирующими приводами, расположенными внутри конструкции;

фиг.6а - вид в перспективе элемента связи обшивки в виде Y-образной натяжной пластины;

фиг.6b - вид в перспективе элемента связи обшивки в виде V-образной натяжной пластины;

фиг.6с - вид сбоку элемента связи обшивки в виде V-образной натяжной пластины;

фиг.6d - вид сверху элемента связи обшивки в виде V-образной натяжной пластины;

фиг.7 - вид в перспективе элемента связи обшивки в виде мембраны с натяжным стержнем;

фиг.8а - вид нажимного диска в поперечном сечении;

фиг.8b - вид в перспективе нажимного диска;

фиг.8с - схема расположения отверстий соединения мягкого модуля или элемента связи обшивки с обшивкой корпуса с помощью нажимного диска;

фиг.9 - пассивный подкос шпангоута в системе бочкообразного корпуса и эквивалентное сечение;

фиг.10 - схематический вид пассивного подкоса шпангоута;

фиг.11 - схематический вид активного подкоса шпангоута.

На фиг.1 представлен вид в перспективе дополняющей конструкции изобретения, сконфигурированной в виде мягкого модуля. В продольном направлении он состоит из нескольких чередующихся выставленных параллельно U-образных профилей в шахматном расположении, при этом концы секций 3 профилей выполнены в форме продольных фланцев 4 для установки обшивки 14 корпуса (не показано). Профили в соответствии с выбранной схемой расположения отверстий имеют расстояния между торцами от 21 мм до 49 мм. Кроме того, продольные фланцы 4 представляют собой границы дополняющей конструкции 1 в поперечном направлении для приложения и поглощения корректирующих усилий. Продольные фланцы 4 выполнены под углом. alpha..sub.SW=22.degree. к соединительной линии концов секций 3 - или секанс - и удерживают испытательный образец с помощью своих кронштейнов. Продольные фланцы 4 снабжены приспособлением 5 для присоединения обшивки 14 корпуса к дополняющей конструкции 1.

Границы модуля в продольном направлении выполнены в виде поперечных фланцев 2. Поперечный фланец 2 присоединяют для приложения усилия к эквивалентному сечению, т.е. к дополняющей конструкции 1 и обшивки 14 корпуса, присоединенной к нему, именуемые также далее в основном как испытательный образец. Поперечный фланец 2 обеспечивает подсоединение мягкого модуля 1 к устройству для испытаний таким образом, чтобы оказывать давление на образовавшееся внутреннее пространство дополняющей конструкции, соединенной с обшивкой 14 корпуса, с целью реального моделирования градиента давления для самолетов на больших высотах.

На фиг.2 приведен вид спереди дополняющей конструкции, выполненной в виде мягкого модуля 1. Форма поперечного сечения мягкого модуля 1 образована двумя четвертями эллипса 12, которые соединены вместе горизонтальным сегментом 11 в их нижней главной вершине. При этом поперечные фланцы 2 предназначены для приложения и поглощения испытательных усилий в шести степенях свободы.

Верхняя вершина эллипсоидальных сегментов 12 образована секциями 3, на концах которых имеются продольные фланцы 4, предназначенные для удержания обшивок 14 корпуса. Проиллюстрированная конфигурация имеет угол. alpha..sub.SW=22.degree.. Угол. alpha..sub.SW=22.degree. связан с контуром испытательного образца и находится в соотношении b=R.sub.ref2sin.alpha.. sub. pu с расстоянием между двумя секциями 3, где R.sub.ref=1978 и.alpha..sub.pu=22.5.degree.. Индексы "SW", "ref" и "ри" обозначают слоистую структуру, ссылку (например, радиус инструмента) и круглый сегмент, подвергаемый воздействию избыточного давления.

В общем, соотношение выполняется. alpha..sub.SW=.alpha..sub.pu-0.5.degree.. В частности, следует отметить одно преимущество, заключающееся в том, что благодаря моделированию удельной жесткости модуля давления при нагрузке имеет место незначительное изменение угла.alpha..sub.sw.

На фиг.3 приведен схематический вид эквивалентного сечения примера осуществления di-модуля. С помощью двух элементов связи 13 обшивки, соответствующих дополняющей конструкции 1 в мягком модуле на фиг.1 и 2, две обшивки 14 корпуса соединяют вместе и формируют линии нагнетания (напорные трубы). Угловые функции многоугольных модулей в основном могут быть записаны следующим образом:

.alpha..sub.SW=.alpha..sub.pu-0.5.degree.

длина наложения уровней Lsub.U=f(N.sub.x;N.sub..psi.;N.sub.x.psi.;.mu..sub.0clampingdisk)

прилежащий угол промежуточных частей /дополнительных элементов

.beta.=180.degree.-360.degree./N+2.alpha..sub.SW

Минимальное расстояние между двумя обшивками корпуса выбрано в размере b.sub.min=300 для удобства доступа в процессе сборки. Увеличение ширины имеет смысл только в том случае, если возникают трудности при сборке или имеет место пространственное сталкивание направлений приложения силы.

На фиг. 4 приведена схема поперечного сечения дополняющей конструкции в форме три-модуля. В данном случае с помощью трех элементов связи 13 три обшивки 14 корпуса соединяют вместе и образуют линию нагнетания. Указанный принцип теоретически может быть расширен до полного сечения. Прилежащий угол для секанса в три-модуле составляет 60 градусов. Угловые соотношения для три-модуля соответствуют общему описанию, как и для фиг.3.

На фиг.5а, 5b и 5с представлены конфигурации эквивалентных сечений с дополняющими конструкциями в виде di-, tri- и tetra-модулей с корректирующими приводами 17, расположенными внутри конструкции. Корректирующие приводы 17 обеспечивают приложение корректирующих усилий к обшивкам 14 корпуса через элементы связи 13 обшивки.

В отношении тетра-модуля, приведенного на фиг.5с, выполняются те же самые функции, как и для три-модуля, но прилегающий угол секанса увеличен с 60 градусов до 90 градусов.

На фиг.6а и 6b показаны элементы связи 13 обшивки в виде натяжной пластины в различных примерах осуществления изобретения. На фиг.6а элемент связи 13 обшивки имеет Y-образную форму. Элемент связи 13 обшивки на фиг.6b имеет V-образную форму в поперечном сечении и соединен с обшивкой 14 корпуса тремя свободными концами секций с помощью присоединительного приспособления 5, например, присоединение обеспечивается с помощью нажимного диска 7. При остром угле в соответствии с фиг.6а натяжные стержни 16 вступают в зацепление с элементом связи 13 обшивки благодаря чему корректирующие усилия прилагаются снаружи к дополняющей конструкции 13 и обшивкам 14 корпуса. При приложении корректирующего усилия изнутри острый угол на фиг.6b закруглен и снабжен дискретными элементами 19 для передачи усилия, являющимися аналогичными элементам в модуле давления D-модуля. На фиг.6с и 6d приведен вид сбоку и вид сверху элемента связи 13 обшивки.

На фиг.7 приведен элемент связи 13 обшивки в виде мембраны 15 с натяжным стержнем 16. Обшивки 14 корпуса присоединяют как к мембране 15, так и к натяжным кронштейнам, являющимся частью натяжного стержня, с помощью присоединительного приспособления 5. В этом измененном примере осуществления элемента связи обшивки испытательные усилия передаются исключительно с помощью мембраны, в то время как корректирующие усилия прилагаются исключительно с помощью натяжных стержней 16.

На фиг.8а приведен вид в поперечном сечении нажимного диска 7 с выступами 8 в виде усеченных пирамид. Как вариант, можно выполнить рифление, но этот вариант не показан. Нажимной диск 7 имеет коническую форму, соответствующую отверстиям в продольных фланцах 4, благодаря чему обеспечивается положительное соединение нажимного диска 7 при установке в отверстии. Усеченные пирамиды 8 выполнены таким образом, чтобы существенно повысить коэффициент трения и поддерживать поверхностное давление, обусловленное монтажным усилием, на достаточно низком уровне. Формование воронкообразной формы 6 дополнительно уменьшает или ограничивает шероховатость отверстий. На фиг.8b приведен вид в перспективе нажимного диска 7.

На фиг.8с проиллюстрирован вид в поперечном сечении предпочтительного примера осуществления приспособления 5 для присоединения мягкого модуля 1 или элемента связи 13 обшивки к обшивкам 14 корпуса. Обшивка 14 корпуса прижимается к нажимному диску 7 вокруг сквозных отверстий, предназначенных для винтового соединения, при этом диск размещен таким образом, что его противоположный конический конец установлен в воронкообразном углублении 6 в продольном фланце 4 мягкого модуля 1 или элемента связи 13 обшивки.

На фиг.9 проиллюстрирован пассивный подкос 10 шпангоута в системе бочкообразного фюзеляжа и эквивалентное сечение. Поперечное сечение бочкообразного фюзеляжа 24 проиллюстрировано схематически с целью иллюстрации воздействия за счет использования эквивалентного сечения с дополняющей конструкцией 1. Из рисунка отчетливо видно, что система эквивалентного сечения с дополняющими конструкциями ведет к существенному снижению потребности в площади для проведения таких испытаний. Следовательно, испытание материалов для крупногабаритных конструкций становится экономичным. Указанная дополняющая конструкция 1 служит опорой для испытательного образца - обшивки 14 корпуса со шпангоутом 23 - и образует с последним эквивалентное сечение. Отклонение эквивалентного сечения от поперечного сечения 24 бочкообразного фюзеляжа приводит к нежелательным побочным эффектам, обусловленным геометрией, которые негативно влияют на репрезентативность измерений. В целях устранения указанных эффектов, например, используют пассивный подкос 10 шпангоута.

Пассивный подкос 10 шпангоута проиллюстрирован на фиг.10, на котором представлен схематический чертеж сборки. Подкос 10 шпангоута в первую очередь является средством для уравновешивания локального эксцентрического приложения тангенциальных усилий. Его эффект основан на предотвращении кручения передних частей шпангоута по отношению друг к другу. Таким образом, в пассивной конфигурации изгибная жесткость подкоса 10 шпангоута должна быть приблизительно на порядок выше, чем изгибная жесткость обшивки и сборки шпангоута. При этом плавное телескопическое изменение длины обеспечивается за счет регулировки длины 18 внутренней секции 20 и внешней секции 21 пассивного подкоса 10 шпангоута. Таким образом, обеспечивается уравновешивание обусловленных напряжениями изменений дугового размера обшивки 14 корпуса в окружном направлении. Каждую внутреннюю секцию 20 и внешнюю секцию 21 присоединяют с помощью передней части 22 шпангоута к шпангоуту 23, который, в свою очередь, присоединяется к обшивке 14 корпуса.

Принцип активного подкоса 9 шпангоута проиллюстрирован на фиг. 11. В соответствии с ним обеспечивается расширение пассивного подкоса 10 шпангоута. В данном случае внутренняя секция 20 подвижно соединена с помощью шарнира 25 с передней частью 22 шпангоута. Кроме того, корректировочный привод 17 расположен на внутренней секции 20 параллельно ей, и его поршневой шток входит в зацепление с шарниром 26, который также расположен на передней части 22 шпангоута. При возникновении напряжения в окружном направлении обшивки корпуса ввиду избыточного давления внутренняя секция 20 перемещается от устройства регулирования по длине 18. С целью эффективного предотвращения кручения передней части 22 шпангоута независимо от изгибной жесткости подкосов шпангоута изгибающий момент регулируется в соответствии с углом или гиперкорректируется с помощью шарниров 25 и 26 за путем втягивания/вытягивания корректирующего привода 17.

ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ

1 - дополняющая конструкция «гибкий модуль давления»

2 - поперечный фланец

3 - секция

4 - поперечный фланец

5 - присоединительное приспособление

6 - воронкообразное углубление

7 - нажимной диск

8 - усеченные пирамиды

9 - активный подкос шпангоута

10 - пассивный подкос шпангоута

11 - горизонтальный сегмент

12 - эллипсоидальный сегмент, четверть эллипсы

13 - элемент связи обшивки дополняющей конструкции

14 - обшивка корпуса

15 - мембрана

16 - натяжной стержень

17 - корректировочный привод

18 - регулировка по длине

19 - элемент передачи усилия

20 - внутренняя секция

21 - внешняя секция

22 - передняя часть шпангоута

23 - шпангоут

24 - поперечное сечение бочкообразного фюзеляжа

25 - шарнир внутренней секции передней части шпангоута

26 - шарнир привода корректирующего усилия передней части шпангоута

Изобретение относится к устройству для испытания обшивок корпуса. Устройство состоит из дополняющей конструкции с секциями, имеющими U-образную форму в поперечном сечении. На концах секций размещены продольные фланцы в продольном направлении дополняющей конструкции, снабженные приспособлением для присоединения обшивки корпуса к дополняющей конструкции и для приложения и поглощения корректирующих усилий. На границе дополняющей конструкции в продольном направлении размещены поперечные фланцы для приложения и поглощения испытательных усилий в шести степенях свободы. Дополняющая конструкция выполнена в виде мягкого модуля из композиционных материалов и U-образное сечение дополняющей конструкции состоит из горизонтального прямого сегмента и двух эллипсоидальных сегментов, примыкающих с каждой стороны, тем самым образуя секции U-образной дополняющей конструкции. Технический результат: создание экономичного в эксплуатации устройства для эффективного проведения испытаний элементов обшивки. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство для испытания обшивок корпуса, в котором испытательный образец присоединяют к дополняющей конструкции с секциями, имеющими U-образную форму в поперечном сечении, и на концах секций размещены продольные фланцы в продольном направлении дополняющей конструкции, снабженные приспособлением для присоединения обшивки корпуса к дополняющей конструкции и для приложения и поглощения корректирующих усилий, в то время как на границе дополняющей конструкции в продольном направлении размещены поперечные фланцы для приложения и поглощения испытательных усилий в шести степенях свободы, отличающееся тем, что дополняющая конструкция (1) выполнена в виде мягкого модуля из композиционных материалов, и U-образное сечение дополняющей конструкции (1) состоит из горизонтального прямого сегмента (11) и двух эллипсоидальных сегментов (12), примыкающих с каждой стороны, тем самым образуя секции (3) U-образной дополняющей конструкции (1).

2. Устройство для испытания по п.1, отличающееся тем, что эллипсоидальные сегменты (12) выполнены в виде четверти эллипсов.

3. Устройство для испытания по п.1, отличающееся тем, что продольные фланцы (4) выполнены под углом α_SW=α_pü-0,5° к горизонтальной соединительной линии между секциями (3).

4. Устройство для испытания по п.1, отличающееся тем, что продольные фланцы (4) выполнены под углом α_SW=22° к горизонтальной соединительной линии между секциями (3).

5. Устройство для испытания по п.1, отличающееся тем, что дополняющая конструкция (1) - мягкий модуль давления - выполнен из чередующихся выставленных параллельно U-образных профилей в продольном направлении.

6. Устройство для испытания по п.1, отличающееся тем, что толщина материала дополняющей конструкции (1) составляет 13,6 мм.

7. Устройство для испытания по п.1, отличающееся тем, что дополняющая конструкция (1) выполнена из двадцати трех отдельных слоев.

8. Устройство для испытания по п.1, отличающееся тем, что приспособление для присоединения (5) обшивки корпуса (14) к дополняющей конструкции (1, 13) состоит из воронкообразного углубления (6) и нажимного диска с аналогичной формой (7), а также винтов и гаек, при этом на верхней стороне нажимного диска (7), обращенного в сторону обшивки корпуса (14), имеется оребрение в виде усеченных пирамид (8).

9. Устройство для испытания по п.1, отличающееся тем, что дополняющая конструкция выполнена из эпоксидной смолы, армированной стекловолокном.

10. Устройство для испытания по п.1, отличающееся тем, что обшивки корпуса (14) выполнены в виде усиленных шпангоутами обшивок корпуса, снабженных пассивными подкосами шпангоутов (10), имеющими внутреннюю и внешнюю секции (20.21), соединенные с устройством регулировки по длине (18), в то время как пассивный подкос шпангоута (10) выполнен таким образом, чтобы обеспечивалось уравновешивание местного эксцентрического приложения тангенциальных усилий, в процессе которого относительный угол между передней частью шпангоута остается приблизительно постоянным при нагружении обшивки корпуса.

11. Устройство для испытания по п.1, отличающееся тем, что обшивки корпуса (14) выполнены в виде усиленных шпангоутами обшивок корпуса, снабженных активными подкосами шпангоутов (9), имеющими внутреннюю и внешнюю секции (20, 21), соединенные с устройством регулировки по длине (18), и внутренняя секция (20) дополнительно соединена с помощью шарнирного элемента (25) с передней частью шпангоута (22), и корректирующий привод (17) расположен на внутренней секции (20) параллельно штоку поршня и соединен со штоком поршня через шарнирный элемент (26) с передней частью шпангоута (22) таким образом, чтобы обеспечивалось уравновешивание местного эксцентрического приложения тангенциальных усилий, и относительный угол между передними частями шпангоута (22) оставался постоянным, либо был гиперскорректирован при нагружении обшивки корпуса (14), при этом либо угол, либо изгибающий момент используют в качестве контролируемой переменной величины, и каждый раз производится регулировка зависимого компонента.

12. Устройство для испытания обшивок корпуса, в котором испытательный образец присоединяют к дополняющей конструкции, образующей эквивалентное сечение, и которое снабжено приспособлением для присоединения обшивки корпуса к дополняющей конструкции, отличающееся тем, что эквивалентное поперечное сечение образовано из N обшивок корпуса (14) с N элементами связи обшивки (13), где N является целым числом больше 1.

13. Устройство для испытания по п.12, отличающееся тем, что дополняющая конструкция выполнена в виде элемента связи обшивки (13) и имеет V-образную форму в поперечном сечении, и V-образное поперечное сечение состоит из двух прямых секций, соединенных вместе с помощью закругляющего элемента, при этом закругляющий элемент содержит контактные поверхности для приложения корректирующих усилий с помощью элементов, передающих осевую нагрузку (19).

14. Устройство для испытания по п.12, отличающееся тем, что дополняющая конструкция выполнена в виде элемента связи обшивки (13) и имеет Y-образную форму в поперечном сечении, и Y-образное поперечное сечение состоит из двух прямых секций, соединенных вместе с помощью общего прямого удлинителя, при этом удлинитель содержит приспособление для приложения дискретных корректирующих усилий с помощью натяжных стержней (16).

15. Устройство для испытания по п.12, отличающееся тем, что эквивалентное сечение состоит из двух, трех или четырех обшивок корпуса (14) и соответствующего количества элементов связи обшивки (16).

16. Устройство для испытания по п.12, отличающееся тем, что приспособление для присоединения (5) обшивки корпуса (14) к дополняющей конструкции (1, 13) состоит из воронкообразного углубления (6) и нажимного диска с аналогичной формой (7), а также винтов и гаек, при этом на верхней стороне нажимного диска (7), обращенного в сторону обшивки корпуса (14), имеется оребрение в виде усеченных пирамид (8).

17. Устройство для испытания по п.12, отличающееся тем, что дополняющая конструкция выполнена из эпоксидной смолы, армированной стекловолокном.

18. Устройство для испытания по п.12, отличающееся тем, что обшивки корпуса (14) выполнены в виде усиленных шпангоутами обшивок корпуса, снабженных пассивными подкосами шпангоутов (10), имеющими внутреннюю и внешнюю секции (20, 21), соединенные с устройством регулировки по длине (18), в то время как пассивный подкос шпангоута (10) выполнен таким образом, чтобы обеспечивалось уравновешивание местного эксцентрического приложения тангенциальных усилий, в процессе которого относительный угол между передней частью шпангоута остается приблизительно постоянным при нагружении обшивки корпуса.

19. Устройство для испытания по п.12, отличающееся тем, что обшивки корпуса (14) выполнены в виде усиленных шпангоутами обшивок корпуса, снабженными активными подкосами шпангоутов (9), имеющими внутреннюю и внешнюю секции (20, 21), соединенные с устройством регулировки по длине (18), и внутренняя секция (20) дополнительно соединена с помощью шарнирного элемента (25) с передней частью шпангоута (22), и корректирующий привод (17) расположен на внутренней секции (20) параллельно штоку поршня и соединен со штоком поршня через шарнирный элемент (26) с передней частью шпангоута (22) таким образом, чтобы обеспечивалось уравновешивание местного эксцентрического приложения тангенциальных усилий, и относительный угол между передними частями шпангоута (22) оставался постоянным, либо был гиперскорректирован при нагружении обшивки корпуса (14), при этом либо угол, либо изгибающий момент используют в качестве контролируемой переменной величины, и каждый раз производится регулировка зависимого компонента.