
发动机吊挂部段是发动机短舱与机翼之间的过渡部段,它是民用飞机重要结构部段之一,具有传递发动机的推力、吸收发动机振动、隔离发动机火区的关键作用。近年,吊挂受到广泛研究:2001年,Thomas等采用数值仿真方法研究了吊挂气动载荷特点;2003年,O’liveira等采用CFD数值仿真方法分析了ERJ145飞机吊挂温度场引起的结构应力,并通过试验验证了分析方法的正确性;2003年,Ko等采用多学科分析方法、CFD有限元分析了悬臂梁飞机吊挂,在跨声速条件下受机翼、梁相互干扰引起的气动载荷特点;2009年,刘亚奇等综述了国内外大型飞机翼下发动机吊挂的结构型式及其与机翼的连接方式,分析了吊挂的结构特点和传力路径。
结构静强度研究有分析和试验两种方法,它们相辅相成。试验结果可作为结构强度性能的依据,同时可为建立精确的分析模型提供数据支持。结构分析为结构设计的基本环节,分析结果可为试验测量点布置提供依据。此外,分析结果可作为试验的补充,直观地呈现吊挂结构的应力分布和结构变形情况。因此,针对适航中提出的飞机重要结构件必须进行静力试验的要求,进行吊挂静力试验研究并建立吊挂分析模型具有重要意义。
试验件为民用飞机传统型吊挂部段研究件,属盒式梁式结构吊挂,主要由梁、框和腹板组成,包括前后安装架、前上梁、后上梁、左右腹板、底梁和10个框,如图所示,各零部件材料见表。吊挂上部通过前、后两个接头及剪切销柱与机翼连接。吊挂下部通过前、后安装架与发动机连接。与机翼连接接头不受弯矩,前接头提供垂向约束,后接头提供垂向及侧向约束,剪切销柱提供航向、侧向约束,3约束构成静定支持结构。
试验件正置安装于试验台架,如图所示,试验台架由吊挂支持架、前接头支持、后接头支持及销接头支持构成。吊挂支持架由20号槽钢焊接而成,用螺栓固定于承力墙。各接头支持上端与吊挂支持架采用螺栓连接,下端作特殊设计,保证试验件连接方式、约束数目及约束形式与真实结构相同。
受剪切销柱约束,吊挂前后接头不会产生较大偏转,其耳片基本保持竖直状态。吊挂前接头受沿耳片拉压力,不提供扭转及弯曲约束。前接头支持中,在承力片上部加入关节轴承(图3);上端面与支持座下端面间留有1mm间隙;下部与吊挂前接头耳片间留有2mm间隙,保证吊挂在前接头处转动自由。吊挂后接头只提供垂向、侧向位移约束。后接头支持中,承力片上下加入关节轴承,使承力片在侧向-垂向平面内构成二力杆,在航向可以做小角度的自由偏转,吊挂后接头不产生航向约束。
剪切销提供吊挂的航向、侧向约束,不产生弯矩约束。销接头支持中,剪切销柱下端安装了关节轴承,且在销支撑框与吊挂上梁间留有7 mm间隙,保证吊挂可绕销柱自由转动。此外在剪切销柱与销支撑框接触表面进行渗碳处理,减小相互间摩擦,保证剪切销柱在销支撑框内可以沿销轴滑动,如图所示。
吊挂安装架上安装加载假件,模拟与发动机连接,如图所示。假件四周焊接耳片及连接块,上、下连接横梁,便于连接各方向的加载设备,施加载荷。
试验采用MTS多点协调加载系统加载,该系统采用AeroST控制器,配合国产的液压系统,由国内公司集成出一套完整的,技术指标符合要求的16通道航空结构多点协调加载系统。测量系统包括应变测量和位移测量系统。应变测量系统由应变片、导线及静态应变仪组成;位移测量系统包括位移计与静态应变仪(与应变测量系统共用)。设备型号及精度如表所示。
在试验件安装架、框、腹板、梁等零部件典型部位布置应变片,贴片位置的选取遵从易操作、应力大、应力梯度小的原则,共计粘贴93个应变花、48个单片。在前、后安装前沿中点布置位移测量点,测量安装架航向、垂向及侧向位移。前安装架应变、位移测量现场如图所示。
吊挂部段的载荷主要来自发动机推力及发动机惯性力,其危险工况出现在飞机飞行状态改变瞬间,如飞机应急着陆、侧移等动作,典型的吊挂危险工况如表所示,其中nx,ny,nz分别表示航向、垂向、侧向过载。
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