面向飞行器机翼前缘结构的小型力热联合试验台架

本发明属于飞行器结构热试验，尤其涉及一种用于飞行器机翼前缘结构的小型力热联合试验台架。

背景技术：

1、飞行器在飞行过程中，其鼻锥、翼前缘、舵面前缘等部件的气动加热非常显著，且各部件表面不同部位间亦存在较大的温度梯度。上述部件在承受高温的同时，也受到气动载荷作用。为保证飞行器鼻锥、翼前缘、舵面前缘等在高温和气动力的联合作用下不破坏，需要针对这些部件进行地面试验，获取有效的热、力学参数，评估试验件在高温下的承载能力、可重复使用能力和安全可靠性。

2、现有技术在地面评估如飞行器翼前缘在高温下的承载能力、使用寿命和安全可靠性时，存在以下问题：

3、第一、大多通过试验装置分别开展力学试验和高温试验。进行力学试验时，试验条件与飞行器飞行中同时承受高温和气动载荷差异较大，试验结果往往无法体现试验件在高温下的力学性能导致准确性较差；

4、第二、进行高温试验时，多采用石英灯管组成的平板灯组进行加热，只能对表面规则的平板结构件进行均匀加热考核。然而，飞行器翼前缘热结构具有复杂的外形，通常呈楔形构型，且在空间尺度和时间尺度上，前缘和后缘均呈现很大的温度梯度。由于飞行器热结构高温试验与测试技术的严格封锁，并没有现成的设计资料可以借鉴和查阅，为翼前缘热结构热力联合试验系统设计带来了很大的挑战。

5、第三、适应性差，可扩展性不强。试验件变化，相应的力热联合试验系统也要重新设计和搭建。

6、第四、集成度差、不便移动。由于力热联合试验系统的专用性，大多放置在固定场所内，不便移动。现有技术的热联合试验的厂房需要几百平米。几百平米的厂房不便于移动，只能在固定的地点进行试验，而实际需求往往需要在指定试验现场进行试验，因此，固定试验厂房不再满足高集成度和便于移动的测试需求了。

7、综上，在地面进行如飞行器翼前缘的力热联合试验的难点在于：高集成性、待测试件温度区域复杂性、可扩展性和小型化。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题，提出一种用于飞行器机翼前缘结构的小型力热联合试验台架，第一目的在于解决试验台架集成性问题，第二目的在于解决试验件温度区域复杂性问题，第三目的在于解决试验台架可扩展性问题，第四目的在于解决试验台架的小型化问题。

2、本发明为解决现有技术存在的问题提出以下技术方案：

3、一种用于飞行器机翼前缘结构的小型力热联合试验台架，其特点是：该力热联合试验系统包括高刚性固定台架、布设在高刚性固定台架上的移动台架2、布设在移动台架2上的加热组件4、力的加载组件6、待侧试验件10、控制系统、以及力热数据检测采集系统；所述的力热数据检测采集系统将采集的数据传送给控制系统，所述控制系统根据该采集的数据控制加热组件4、以及力的加载组件6，对待侧试验件10进行力和热的加载试验；其特点是：

4、所述移动台架2、加热组件4、待侧试验件10三者配合，构成了紧凑型的加热加力的结构：移动台架2、加热组件4、待侧试验件10各自的横截面均为近似c形结构，横截面为c型的移动台架2布设在最外层；横截面为c型的加热组件4布设在中间层；横截面为c型的待侧试验件4布设在最内层，由此形成了大c型包着中c形、中c形再包着小c形的紧凑型加热加力结构；

5、所述移动台架2、加热组件4、待侧试验件10三者配合，构成了可扩展的加热结构：加热组件4由多行多列石英灯组成，能够根据待侧试验件10在长度、宽度、高度方向的变化，在相应方向增加或减少石英灯的行数或列数；移动台架2用于支撑由多行多列石英灯组成的加热灯组4，为加热灯组4提供横向伸缩和纵向伸缩的支撑；

6、所述移动台架2、加热组件4、待侧试验件10三者配合，构成了梯度加热和非对称加热的结构：多行多列加热组件4的每一个石英灯与待侧试验件10的相对位置和角度均为独立控制，由此实现对待侧试验件10上表面、下表面、尖端部的梯度加热和非对称加热。

7、进一步地，所述高刚性固定台架包括箱体1、滑动机构9、支撑座3；箱体11为长方体箱式台架结构，其上安装移动台架2、加热组件4、力的加载组件6以及力热数据检测采集系统，是整个系统的基础结构；所述移动台架2放置于箱体1的滑轨91上，能够沿滑轨91做直线运动，该移动台架2用于安装加热组件4和力的加载装置6；

8、所述力的加载装置6，由伺服电机11、推杆61、下夹板63、上夹板62组成，伺服电机11安装于移动台架2上，力的加载组件6顶端连接待侧试验件10，用于对待侧试验件10施加一定方向的载荷；所述力热数据检测系统包括力传感器7和温度传感器9,所述力传感器7用于检测加载装置对试验件施加的力大小；所述温度传感器5被固定于试验件上，用于实时测量试验件的温度；所述力热数据采集系统实时检测和记录试样的温度、载荷和变形情况；所述控制系统，用于控制力的加载组件6推杆61的升降，实现对待侧的试验件10施加载荷，也用于控制移动台架2的运动；

9、所述滑动机构9，包括滑轨91和滑块92，滑轨91平行安装于固定台架1上部，移动台架2底部安装2组滑块92；滑轨91为2根，滑块92共4块，每个滑轨91上布置2块，组成直线滑动机构9；

10、进一步地，所述多行多列加热组件4的每一个石英灯与待侧试验件10的相对位置和角度均为独立控制，具体为：每个石英灯通过其背面安装的一字排列的2个调节旋钮调节其与待测试验件10的角度：当需要调节当前石英灯和待侧试验件10之间的夹角时，将2个一字排列的调节旋钮的长度调节为一个相对长、一个相对短，从而改变当前石英灯和待侧试验件10之间的夹角；当需要调节当前石英灯和待侧试验件10之间的距离时，将2个一字排列的调节旋钮的长度同时调长或者同时调短，从而改变当前石英灯和待侧试验件10之间的距离。

11、进一步地，所述实现对待侧试验件10上表面、下表面、尖端部的梯度加热，具体为：当待侧试验件10的前缘处温度相对很高、后缘处温度相对较低时，通过加热灯组4上排灯组整排角度的调整、以及通过加热灯组4下排灯组整排角度的调整，使上、下排灯组在待侧试验件10前缘处与待侧试验件10的距离相对近，且上、下排灯组在待侧试验件10后缘处与待侧试验件10的距离相对远。

12、进一步地，所述使上、下排灯组在待侧试验件10前缘处与待侧试验件10的距离相对近，就是使得上、下排灯组的每个石英灯的前后一字形排列的2个调节旋钮，与待侧试验件10前缘处相对近的调节旋钮调得相对长，与待侧试验件10前缘处相对远的调节旋钮调得相对短。

13、进一步地，所述实现对待侧试验件10上表面、下表面、尖端部的非对称加热，具体为：当待侧试验件10的左右两端一端温度高、另一端温度低时，将待侧试验件10温度相对高一侧对应的石英灯与待侧试验件10的距离调得相对近，也就是将该石英灯对应的2个螺钉顺时针旋转调长，而将待侧试验件10左右两侧温度相对低一侧的石英灯与待侧试验件10的距离调得相对远，也就是将该石英灯对应的2个螺钉逆时针旋转调短。

14、进一步地，所述每个加热组件4的背部设有进水口和出水口，内部布设冷却管道；试验时，冷却水从进水口流入，流经冷却管道，从出水口流出，降低加热组件4的温度，保证试验件10表面可达到极高的温度时，加热组件4不损坏。

15、进一步地，所述力的加载装置6共2组，各组自下而上由伺服电机11、推杆61、下夹板63、上夹板62、力传感器7等组成。伺服电机11安装于移动台架2上；伺服电机11上端与输出接头64铰接，力传感器7下部连接输出接头64、上部连接推杆61；推杆61从固定在移动台架2上的套筒(21)中穿过，二者构成了移动副，套筒21起到导向作用。

16、进一步地，所述推杆61由上推杆611、下推杆612和套管613组成；上推杆611、下推杆612与套管613均为螺纹连接，但两处的螺纹旋向相反，即通过旋转套管613可调整上推杆611的高度。

17、进一步地，上推杆611顶部为外螺纹，分别安装下夹板63、上夹板62；上夹板62和下夹板63通过六角螺母加紧试验件前缘；试验时，伺服电机11带动输出接头64，推杆61，最终带动试验件10前缘上移，实现向上加载；力传感器7可输出实时的加载数据。

18、进一步地，所述支撑座3由座体31、2根支杆32、连接端33组成；待侧试验件10通过支架101、102、103安装在支撑座3的连接端33上；根据不同的试验件，支撑座可调整结构方案。

19、进一步地，所述待侧试验件10包括支架101、102、103，将支架(101)、102、103安装在支撑座3的连接端33上，支撑座3安装在固定台架1上，二者通过螺栓连接固定；

20、本发明的优点效果

21、1.体积小，集成度高，便于运输，可提供外场测试服务；

22、2.可扩展性好，只需调整加热组件的数量和位置，试验件安装支座和移动台架等少数结构件，固定台架和控制系统、数据检测采集显示系统等保持不变，即可适应新的试验件和加热需求；

23、3.本发明通过灵活定制上排石英灯的行数和列数、下排石英灯的行数和列数、侧排石英灯的行数和列数，以及灵活定制上排石英灯、下排石英灯、侧排石英灯整排灯的角度，解决了加热组件可扩展化的问题。

24、4.本发明通过将多行多列加热组件的每一个石英灯与待侧试验件的相对位置和角度均设为独立控制，解决了飞行器翼前缘热结构具有复杂的外形、在空间尺度和时间尺度上，前缘和后缘均呈现很大的温度梯度的问题。