[发明专利]用于大展弦比机翼高速颤振模型的空心梁及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于结构力学领域，涉及一种用于大展弦比机翼高速颤振模型的薄壁空心梁主承力结构。 

背景技术

对于大展弦比机翼的飞机颤振模型设计，单梁模型的结构形式广泛应用于机翼、机身、尾翼等结构。而高速颤振模型可以用来获取飞机及其部件的跨声速颤振特性。针对高速颤振模型的设计特点，通常需要很小梁架质量来提供很大的翼面刚度。 

以往的方法往往存在刚度模拟不确定，加工制造困难，超重等缺陷。如何能够设计并加工出一种质量轻，刚度大的变截面主承力结构，对颤振模型设计人员来说显得尤为重要。 

对于高速颤振模型的主承力结构，往往存在着设计难和加工难的问题：设计难主要体现在要同时满足刚度大和质量轻的设计要求，且刚度需满足三向要求，即垂直向截面惯性矩I_x，侧向截面惯性矩I_y，截面极惯性矩J；而对于加工变截面的带耳片薄壁空心梁，之前采取镗床加工，非常困难，且极难满足设计要求的合格产品；另外，在高速风洞条件下，强度问题非常突出，采用常规胶结的模型在试验中极容易被高速气流冲击损坏，在设计初期就会被否定。 

发明内容

为解决质量轻、刚度大的变截面主承力结构难以设计、加工等不足，本发明提供一种变截面梁，且能满足三向刚度要求，不易被高速气流冲击损坏的高速颤振模型的空心梁以及其制作方法。 

一种用于大展弦比机翼高速颤振模型的空心梁，具有两个对称礼帽型合金构件，两者之间采用铆接和高温胶结形式固定成口字型带耳片的变截面结构。 

一种用于大展弦比机翼高速颤振模型的空心梁的制作方法，包括以下步骤： 

步骤1：确定待模拟飞机机翼的垂直向截面惯性矩I_ax，侧向截面惯性矩I_ay，截面极惯性矩J_a； 

步骤2：根据刚度缩比关系得到模型若干截面特性设计目标垂直向截面惯性矩I_x，侧向截面惯性矩I_y，截面极惯性矩J； 

步骤3：通过试凑法以及事先确定的空心梁薄壁厚度t与耳片厚度t得出满足步骤2中各截面三向刚度要求的截面尺寸，包括空心梁的宽度W，高度H以及带耳片的宽度L； 

步骤4：加工出礼帽型合金构件，礼帽型合金构件的各截面相关尺寸为：宽度W，高度H/2，帽檐厚度为t/2，带帽檐的宽度为L，并且在礼帽型合金构件的帽檐上加工铆钉孔； 

步骤5：将两个礼帽型合金构件进行高温胶结； 

步骤6：将两个礼帽型合金构件通过铆钉连接。 

进一步地，上述高温胶结在真空条件下进行。 

更进一步地，上述高温胶结的真空度要求为高于10^-2Pa，温度控制在120 ℃±5℃。 

本发明产生的积极效果：带耳片空心梁可同时满足刚度大和质量轻的设计要求，刚度满足三向要求，并且成功解决了超重问题；带耳片空心梁加工简便易行，且加工周期短。满足了高速颤振模型主承力结构刚度大、质量轻的设计特点，并且满足三向刚度要求；空心梁的加工采用礼帽型合金件高温胶结和后期铆接的方式，解决了加工难的问题。 

附图说明

图1为本发明用于高速颤振模型的空心梁的截面示意图； 

图2为本发明用于高速颤振模型的空心梁的立体示意图； 

其中，1：空心梁，2：耳片，3：铆钉，10：礼帽型构件。 

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。 

一种用于高速颤振模型的空心梁，具有两个对称礼帽型构件10，两者之间采用铆接和高温胶结形式固定成口字型带耳片2的变截面结构。 

一种高速颤振模型的空心梁的制作方法，包括以下步骤： 

步骤1：确定待模拟飞机机翼的垂直向截面惯性矩I_ax，侧向截面惯性矩I_ay，截面极惯性矩J_a； 

步骤2：根据刚度缩比关系得到模型若干截面特性设计目标垂直向截面惯性矩I_x，侧向截面惯性矩I_y，截面极惯性矩J； 

步骤3：通过试凑计算的方法以及事先确定的空心梁1薄壁厚度t与耳片2厚度t得出满足步骤2中各截面三向刚度要求的截面尺寸，包括空心梁1的宽度W，高度H以及带耳片2的宽度L；