某型桨距操纵杆结构优化及试验验证.pdf
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1、某型桨距操纵杆结构优化及试验验证潘梨花谭元球(中国航发湖南动力机械研究所湖南 株洲)摘 要:基于 件优化前的全尺寸桨距操纵杆的高周疲劳试验结果对疲劳薄弱处进行改进优化然后进行试验验证优化后的桨距操纵杆安全寿命得到了显著提高具有足够的寿命裕度这表明本文采用的优化方法合理可适用于桨距操纵杆等直升机零件的优化设计及试验验证关键词:桨距操纵杆高周疲劳疲劳试验中图分类号:.文献标志码:./.():.:收稿日期 作者简介 潘梨花()女硕士主要从事航空发动机与直升机传动系统结构强度设计与试验技术研究工作 引 言直升机尾减桨距操纵杆安装在尾减内部是通过尾伺服系统往复运动达到改变尾桨距的关键件其作用为调整尾桨叶
2、的倾斜角度进而控制直升机的飞行方向 桨距操纵杆工作中主要承受轴向力、弯矩交变载荷属高周疲劳结构 为避免因高周疲劳失效而产生灾难性后果通常参照军用直升机强度 规 范 第 部 分:机 体 结 构 和 系 统 强 度()和运输类旋翼航空器适航规定()第 条“金属结构的疲劳容限评定”等要求进行疲劳强度设计根据试验结果对该结构进行疲劳寿命评估判断其是否满足寿命指标要求对于直升机传动系统杆类零件来说应力集中是导致结构高周疲劳强度急剧降低的主要因素 疲劳强度设计主要是通过采取有效措施改善零件的疲劳品质如选择抗裂纹萌生和抗裂纹扩展性能好的材料采用降低应力水平的细节设计选择减小零件交变应力幅的适当结构形式与结构
3、参数采用表面强化、表面保护等有助于提高疲劳强度的工艺措施等本文基于 件桨距操纵杆高周疲劳试验结果从试验疲劳裂纹起源位置分析原因从改善操纵杆挡肩圆角应力水平的角度进行细节优化并对优化后的桨距操纵杆进行高周疲劳试验验证 经验证可知优化后的桨距操纵杆寿命得到显著提高具有足够的寿命裕度这表明本文采用的优化方法合理为桨距操纵杆等直升机零件的优化设计、试验验证及寿命评估提供了参考 试验分析及寿命评估 结构简介某直升机尾减桨距操纵杆为空心结构材料为高强度钢()结构示意图见图 其中桨距操纵杆长度 中段外径 轴肩圆角半径(见图 圆角)圆角深度 图 桨距操纵杆结构示意图 试验方法桨距操纵杆在工作中承受较大的轴向力
4、和弯矩载荷 试验时在 处施加轴向力和弯矩载荷在 处进行固定(如图 所示)桨距操纵杆保持不动运用多通道协调加载设备实现弯矩矢量绕桨距操纵杆轴线旋转施加 试验载荷值根据零件受力情况确定本试验桨距操纵杆第 级试验载荷见表 加载坐标系方向如图 所示 如果试验件在第 级试验载荷作用下未发生破坏则在前 级试验载荷的基础上提载 继续试验 万次 以此类推直至试验件破坏或循环数足够终止试验 试验加载频率及波形如图 所示加载频率为 表 试验载荷(第 级)轴向力/弯矩/循环次数/万次 试验结果对 件桨距操纵杆完成高周疲劳试验试验件均发生了破坏试验结果见表 试验件高周疲劳裂纹荧光显示见图 由表 及图 可知 、试验件分
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