專利名稱：一種抽真空加載設備及其試驗方法
技術領域：
本發明屬于氣密載荷加載技術，涉及一種飛機加筋壁板的氣密載荷試驗加載設備及其加載方法。
背景技術：
飛機載荷加載試驗是飛機強度測試的一個重要的課目，特別在檢測飛機中央翼強度時，必需進行載荷加載試驗。請參閱圖1，其是現有技術中央翼上壁板結構及其載荷的示意圖。某型民用飛機的中央翼上壁板100包括蒙皮101、長桁102、凸臺103和地板梁104。 其中，蒙皮101設置在長桁102上，成壁板結構，承受壓縮載荷105和客艙的增壓載荷106， 且其上下兩側分別設置凸臺103和地板梁104。其中，凸臺103保證軸壓載荷105施加在壁板的形心上，除凸臺103外的其余面積受增壓載荷106。考慮增壓載荷的機翼加筋壁板壓縮穩定性試驗能更真實地模擬中央翼上壁板的實際受載。但是增壓載荷用充氣方式施加，因地板梁外伸端處試驗支撐的干涉，使得充氣方式無法實施。為了解決這一問題，必須在壁板有長桁的一面采用抽真空方式，實現增壓載荷加載。對真空盒的要求是在壁板的兩端不能影響壓縮載荷的加載；在壁板的中間不能妨礙壁板的側向自由變形；在壁板的側邊不能產生蒙皮的法向支持；不能將真空盒四周產生的作用力傳給壁板。用真空盒進行氣密載荷加載試驗的一個實例在美國的NASA。R.G. Pettit等在編號為 NASA/CR-2000-209342 的文獻"Validated Feasibility Study of Integrally Stiffened Metallic Fuselage Panels for Reducing Manufacturing Costs，，中，介紹了用真空盒對機身加筋壁板加載氣密載荷的試驗。該試驗中真空盒與機身壁板蒙皮相接觸， 在抽真空時，真空盒受到內外氣壓差產生的外部壓力，該壓力通過真空盒四周與壁板蒙皮的接觸作用到蒙皮上，因而對機身壁板蒙皮產生作用力；同時真空盒對機身壁板蒙皮的四周邊界提供了法向支持，因而改變了壁板的邊界條件。該試驗的技術因為真空盒對壁板邊界提供法向支持以及真空盒四周將作用力傳給壁板的原因，無法滿足中央翼上壁板壓縮穩定性試驗的要求。
發明內容
本發明的目的本發明提供了一種穩定可靠、對壁板影響小的抽真空加載設備。另外，本發明還提供一種抽真空加載試驗方法。本發明的技術方案是一種抽真空加載設備，其包括橡膠塊、密封塊、支撐盒、密封盒，所述橡膠塊粘貼在壁板長桁一面的蒙皮邊緣，其與壁板兩端的凸臺平齊，所述密封墊粘在橡膠塊和地板梁上，所述支撐盒貼著橡膠塊的內側放置，且支撐盒頂部設置有用于固定支撐橫的固定螺栓，密封盒與橡膠塊粘接，并套在支撐盒外面，且密封盒上留有與支撐盒相應的開孔和開口。
所述支撐盒開口從內到外依次設置有橡膠圈、鋼壓圈和有機玻璃板并通過固定螺栓固定。支撐盒內部有二個橫向加筋和二個縱向加筋。支撐盒的長度比密封盒的內部長度小10mm，防止壁板受壓變短后支撐盒與壁板干涉。支撐盒為鋼制結構，由四個等高的墊塊支撐。一種抽真空加載試驗方法，其包括如下步驟步驟1 將鋼制支撐盒放置到橡膠塊內側，用墊塊支撐使其與壁板蒙皮保持距離， 將橡膠塊用膠粘劑粘接到加筋壁板長桁一面的蒙皮邊緣，使橡膠塊與凸臺平齊；步驟2 將密封墊粘接到橡膠塊和凸臺上；步驟3 將密封盒套在鋼制支撐盒上，然后將橡膠盒粘接到密封墊上；步驟4 將壁板長桁一側的應變片測量線經出線口引出后密封出線口內外，再安裝抽氣接口、進氣接口和傳感器接口 ；步驟5 依次將橡膠圈、有機玻璃板、橡膠圈和鋼壓圈安裝到密封盒上的開口處， 用螺母緊固鋼壓圈，密封該開口，將螺母安裝到固定螺栓上，密封固定螺栓的開孔；步驟6 將密封完成后的試驗件進行固化，固化完成后，在抽氣接口上連接抽氣管，在放氣接口安裝球閥，并關閉該閥，在傳感器接口安裝壓力傳感器，在地面對試驗件抽真空到最大氣密載荷進行氣密性檢查，氣密檢查結束后，緩慢打開球閥給試驗件放氣，完成放氣后重新關閉球閥。步驟7 將試驗件和上述步驟安裝的零件一起垂直安裝到壓縮試驗機上，再將支撐盒經固定螺栓、螺套、螺桿連接到固定于地面的立柱上，然后打開矩形開口取出四個墊塊，重新安裝橡膠圈、有機玻璃板、橡膠圈和鋼壓圈，完成對矩形開口的密封，最后將應變片測量線與測量設備相連接；步驟8 試驗時，先對壁板施加氣密載荷，抽真空到最大負壓，保持氣壓不變，然后對壁板施加壓縮載荷，直到壁板失穩破壞，試驗過程中，記錄壓縮載荷、氣密載荷以及結構的應變測量值。本發明的有益效果本發明鋼支撐盒在試驗時，由于橡膠塊的隔離，離開壁板40 毫米，因此不影響壁板的變形，而且橡膠塊本身剛度很小，不增加壁板的剛度，從而能夠滿足了只加氣密載荷而不改變壁板的邊界條件的要求，尤其沒有將抽真空時真空盒受到的壓力再通過盒子四周傳給壁板，從而保證了加載試驗的可靠性和穩定性和試驗結果的精度。
圖1是現有技術中央翼上壁板結構及其載荷的示意圖；圖2是本發明抽真空加載設備一較佳實施方式的主視圖；圖3是圖2中的A-A剖視圖；圖4是圖2的俯視圖；圖5是真空盒試驗時支持狀態示意圖，其中，100-中央翼上壁板，101-蒙皮，102-長桁，103-凸臺，104-地板梁，105-壓縮載荷，106-氣密載荷，201-橡膠塊，202-橡膠密封墊，300-支撐盒，301-固定螺栓，302MlO螺栓，303-橫向加筋，304-縱向加筋，305-墊塊，400-密封盒，501-傳感器接口，502-出線口，503-抽氣接口，504-放氣接口，505-橡膠圈，506-有機玻璃板，507-鋼壓圈。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明請同時參閱圖2、圖3和圖4，其中，圖2是本發明抽真空加載設備一較佳實施方式的結構示意圖，圖3是圖2的A-A剖視圖，圖4是圖2的俯視圖。該抽真空加載設備主要為裝配在中央翼上壁板上的真空盒，其包括橡膠塊201、密封墊202、支撐盒300、密封盒400、 墊塊305、橡膠圈505、有機玻璃板506、鋼壓圈507、傳感器接口 501、出線口 502、抽氣接口 503和進氣接口 504。其中，二個矩形橡膠塊201 (40mmX 47. 5mm)粘貼在壁板長桁一面的蒙皮101邊緣， 為真空加載設備的關鍵零件。所述橡膠塊201與壁板兩端的凸臺103平齊，一個2mm厚的橡膠密封墊202粘在橡膠塊201和地板梁104上，便于密封，以保證密封盒400與中央翼上壁板100之間的密封不漏氣。所述橡膠塊201不增加壁板邊界的剛度，因此不會增大中央翼上壁板100的軸壓承載能力105。另外，橡膠塊201的粘接減小了氣密載荷106的面積， 但該結果是工程上可以接受的。同時，橡膠塊201能避免橡膠盒直接粘接在蒙皮上，其受到的側向壓力被鋼制支撐盒側壁平衡，因而不對蒙皮產生彎曲載荷。支撐盒300為鋼制結構，緊靠著二個橡膠塊201的內側放置，安裝時用四個等高的墊塊305支撐。在試驗前經過支撐盒300中部的矩形開口取出四個墊塊305，以保證壁板受壓時的自由變形不受支撐盒300的影響。支撐盒300內部有二個橫向加筋303和二個縱向加筋304，以增強支撐盒的剛度； 兩側留有4個開孔，用于出線和安裝傳感器接口 501、抽氣接口 503和進氣接口 504。支撐盒的高度為100mm，便于安裝各接口，且支撐盒300的上面設置有二個用于連接固定支撐盒的固定螺栓301，本實施方式中為M36螺栓。支撐盒300的矩形開口周圍從內到外依次設置有橡膠圈505、鋼壓圈507和有機玻璃板506，以及用于安裝和拆卸上述橡膠圈505、鋼壓圈 507和有機玻璃板506的12個MlO螺栓302。在壁板受壓時橡膠塊201隨蒙皮101變形，可相對于支撐盒300滑動，支撐盒300 對橡膠塊201提供側向支撐，平衡橡膠塊201外側受到的壓力。橡膠塊201上粘接有密封盒400，本實施方式中，該密封盒為橡膠板制作的IOmm 厚的橡膠盒，用于維持真空狀態。密封盒400套在支撐盒300外面，支撐盒300支撐密封盒 400，防止其在抽真空時被吸扁。支撐盒300的長度比密封盒400的內部長度小10mm，防止壁板受壓變短后支撐盒300與壁板干涉。而且密封盒400上留有與支撐盒300相應的開孔和開口。密封盒400粘接完成后，將壁板長桁一側的應變片測量線經出線口 502引出后密封出線口 502內外，再安裝抽氣接口 503、進氣接口 504和傳感器接口 501。請參閱圖5，其是真空盒試驗時支持狀態示意圖。實際工作時，將壁板及其真空盒安裝到壓縮試驗機后，支撐盒300經二個M36螺栓、螺套601、螺桿602連接到固定于地面的立柱603上。然后取出四個墊塊305，再安裝有機玻璃板506、橡膠圈505和鋼壓圈507完成對支撐盒的密封。
給出本發明抽真空加載試驗方法的詳細過程，其步驟如下，步驟1 將鋼制支撐盒300放置到設計位置，用墊塊305支撐使其與壁板蒙皮保持 40mm的距離，以保證橡膠塊201粘接后不與支撐盒300的兩側干涉及蒙皮101邊界的自由變形。將橡膠塊201用膠粘劑粘接到加筋壁板100長桁一面的蒙皮101邊緣，使橡膠塊201 與凸臺103平齊，如圖3所示。步驟2 將橡膠密封墊202粘接到橡膠塊201和凸臺103上。步驟3 將密封盒400套在鋼制支撐盒300上，然后將橡膠盒粘接到橡膠密封墊 202上。粘合時應保證密封盒400的粘接面平展，以保證粘接面的密封性。步驟4 將壁板長桁一側的應變片測量線經出線口 502引出后密封出線口 502內外，再安裝抽氣接口 503、進氣接口 504和傳感器接口 501。步驟5 依次將橡膠圈505、有機玻璃板506、橡膠圈505和鋼壓圈507安裝到密封盒400上的矩形開口處，用螺母緊固鋼壓圈507，密封該矩形開口。將螺母安裝到二個M36 螺栓上，密封固定螺栓301的開孔。將密封完成后的試驗件放置在室溫環境72小時進行常溫固化。步驟6 固化完成后，在抽氣接口 503上連接抽氣管，在放氣接口 504安裝球閥，并關閉該閥，在傳感器接口安裝壓力傳感器，在地面對試驗件抽真空到最大氣密載荷-0. 88MPa進行氣密性檢查。如發現漏氣，對漏氣位置用密封膠進行外部堵漏密封，直至試驗件達到不漏氣狀態。氣密檢查結束后，緩慢打開球閥給試驗件放氣，完成放氣后重新關閉球閥。步驟7 將試驗件100和上述步驟安裝的所有零件一起垂直安裝到壓縮試驗機上， 如圖5所示狀態。再將支撐盒300經二個M36螺栓、螺套601、螺桿602連接到固定于地面的立柱603上。然后打開矩形開口取出四個墊塊305，重新安裝橡膠圈505、有機玻璃板506、 橡膠圈505和鋼壓圈507，完成對矩形開口的密封。最后將應變片測量線與測量設備相連接。步驟8 試驗時，先對壁板施加氣密載荷106，抽真空到最大負壓-0. 88MPa,保持氣壓不變，然后對壁板施加壓縮載荷106，直到壁板失穩破壞。試驗過程中，計算機自動記錄壓縮載荷、氣密載荷以及結構的應變測量值。本發明滿足只加氣密載荷而不改變壁板的邊界條件的要求主要是通過橡膠塊 201、支撐盒300，密封盒400實現的。而墊塊305、放氣接口 503，橡膠圈505，有機玻璃板 506，鋼壓圈507是安裝需要附帶的。特別是其中的，橡膠塊201，該零件具有3個個功能 1墊平蒙皮到的凸臺高度，便于密封；2本身不增加蒙皮的剛度，從而不增加壁板的承載能力；3其受到的側向壓力被鋼制支撐盒側壁平衡，因而不對蒙皮產生彎曲載荷。本發明在某飛機中央翼加筋壁板軸壓和氣密載荷下的穩定性試驗中，抽真空到-0. 88MPa后保持壓力不變，加載軸向壓縮載荷，直到壁板失穩破壞。試驗壓力測試結果表明，該密封方法可以保持壓力到試驗件破壞才漏氣，密封效果穩定可靠。由于鋼支撐盒在試驗時離開壁板40毫米(橡膠塊的隔離)，因此不影響壁板的變形，橡膠塊本身剛度很小， 不增加壁板的剛度，從而能夠滿足了只加氣密載荷而不改變壁板的邊界條件的要求，尤其沒有將抽真空時真空盒受到的壓力再通過盒子四周傳給壁板，保證了試驗結果的可靠性和穩定性。
權利要求
1.一種抽真空加載設備，其特征在于包括橡膠塊[201]、密封塊[202]、支撐盒[300]、 密封盒W00]，所述橡膠塊[201]粘貼在壁板長桁一面的蒙皮邊緣，其與壁板兩端的凸臺 [103]平齊，所述密封墊[202]粘在橡膠塊[201]和地板梁[104]上，所述支撐盒[300]貼著橡膠塊[201]的內側放置，且支撐盒頂部設置有用于固定支撐橫的固定螺栓，密封盒[400] 與橡膠塊[201]粘接，并套在支撐盒[300]外面，且密封盒[400]上留有與支撐盒[300]相應的開孔和開口。
2.根據權利要求1所述的抽真空加載設備，其特征在于所述支撐盒[300]開口從內到外依次設置有橡膠圈[505]、鋼壓圈[507]和有機玻璃板[506]并通過固定螺栓固定。
3.根據權利要求2所述的抽真空加載設備，其特征在于支撐盒[300]內部有二個橫向加筋[303]和二個縱向加筋[304]。
4.根據權利要求3所述的抽真空加載設備，其特征在于支撐盒[300]的長度比密封盒W00]的內部長度小10mm，防止壁板受壓變短后支撐盒[300]與壁板干涉。
5.根據權利要求4所述的抽真空加載設備，其特征在于支撐盒[300]為鋼制結構，由四個等高的墊塊[305]支撐。
6.一種抽真空加載試驗方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1 將鋼制支撐盒[300]放置到橡膠塊內側，用墊塊[305]支撐使其與壁板蒙皮保持距離，將橡膠塊[201]用膠粘劑粘接到加筋壁板[100]長桁一面的蒙皮[101]邊緣，使橡膠塊[201]與凸臺[103]平齊；步驟2 將密封墊[202]粘接到橡膠塊[201]和凸臺[103]上；步驟3 將密封盒[400]套在鋼制支撐盒[300]上，然后將橡膠盒粘接到密封墊[202]上；步驟4:將壁板長桁一側的應變片測量線經出線口 [502引出后密封出線口 [502]內外，再安裝抽氣接口 [503]、進氣接口 [504]和傳感器接口 [501]；步驟5 依次將橡膠圈[505]、有機玻璃板[506]、橡膠圈[505]和鋼壓圈[507]安裝到密封盒[400]上的開口處，用螺母緊固鋼壓圈[507]，密封該開口，將螺母安裝到固定螺栓上，密封固定螺栓[301]的開孔；步驟6:將密封完成后的試驗件進行固化，固化完成后，在抽氣接口 [503]上連接抽氣管，在放氣接口 [504]安裝球閥，并關閉該閥，在傳感器接口安裝壓力傳感器，在地面對試驗件抽真空到最大氣密載荷進行氣密性檢查，氣密檢查結束后，緩慢打開球閥給試驗件放氣，完成放氣后重新關閉球閥。步驟7 將試驗件[100]和上述步驟安裝的零件一起垂直安裝到壓縮試驗機上，再將支撐盒[300]經固定螺栓、螺套W01]、螺桿[602]連接到固定于地面的立柱[603]上，然后打開矩形開口取出四個墊塊[305]，重新安裝橡膠圈[505]、有機玻璃板[506]、橡膠圈[505] 和鋼壓圈[507]，完成對矩形開口的密封，最后將應變片測量線與測量設備相連接；步驟8 試驗時，先對壁板施加氣密載荷[106]，抽真空到最大負壓，保持氣壓不變，然后對壁板施加壓縮載荷[106]，直到壁板失穩破壞，試驗過程中，記錄壓縮載荷、氣密載荷以及結構的應變測量值。
全文摘要
本發明屬于氣密載荷加載技術，涉及一種飛機加筋壁板的氣密載荷試驗加載設備及其加載方法。本發明抽真空加載設備包括橡膠塊、密封塊、支撐盒、密封盒，所述橡膠塊粘貼在壁板長桁一面的蒙皮邊緣，其與壁板兩端的凸臺平齊，所述密封墊粘在橡膠塊和地板梁上，所述支撐盒貼著橡膠塊的內側放置，且支撐盒頂部設置有用于固定支撐橫的固定螺栓，密封盒與橡膠塊粘接，并套在支撐盒外面，且密封盒上留有與支撐盒相應的開孔和開口。本發明鋼支撐盒在試驗時，由于橡膠塊的隔離，避免了對壁板蒙皮的變形，而且橡膠塊本身剛度很小，能夠滿足了只加氣密載荷而不改變壁板的邊界條件的要求，保證了加載試驗的可靠性和穩定性和試驗結果的精度。
文檔編號G01N3/02GK102288481SQ201110194209
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月8日 優先權日2011年7月8日
發明者王俊安 申請人:中國飛機強度研究所