飞机货舱集重分载板试验装置的设计与研究

高双全，赖建政

（凌云科技集团有限责任公司，湖北 当阳444100）

0 引言

集重装备分载设备是指用于集重装备运输，能够有效分载集重装备重量保证载运工具安全的专用设备。运输机集重分载设备是运输机进行装备航空运输的保障装备，其作用是解决集重装备由于接地比压高而无法进行航空运输的问题[1]。当飞机装载重型装备时，为了避免因局部载荷超过飞机货舱地板的承载能力而损伤飞机货舱和机体，需要考虑集重装备在机舱内的分载方案和分载措施，在飞机货舱地板上铺设一种分载垫板用作过渡板。利用增大分载板与飞机货舱地板的接触面积来分载集重装备的重量是一种常用的舱内分载措施。对集重货物分载方式进行分析和计算，选择合理的分载方式，以避承重结构出现产生塑性变形和货物出现应力集中，确保运输的安全[2]。在论证分载方案的过程中常借助有限元分析软件进行模拟仿真，但由于在软件分析过程中难以完全考虑实际情况，存在安全隐患。

目前，国内外对集重分载板试验装置研究较少，为了填补国内货舱集重分载板试验装备的空缺，提高航空运输保障效能，本文研发设计了对应的集重分载试验装置。

1 试验装置的设计

为了使飞机货舱集重分载试验装置可以模拟集重装备在飞机货舱内的实际分载状态和实际工况，试验装置主要的功能设计需求及要求应该满足：可以测量集重分载板局部受力；能分析出分载板的局部压强，再次可与飞机货舱地板所能承受的最小局部压强进行对比；以此为依据确定集重分载板分载效果。因此，试验装置的具体设计为：在分载板的底平面采用按矩形阵列分布的多个压力传感器来测量和采集集重分载板加载工况下不同区域的压力值[3]。通过数据采集处理软件实时显示分载板底平面不同区域的压强值，根据所测量数据及其分布情况可综合分析集重分载板的分载效能和分载效果，按照分载后的最大局部压强小于飞机货舱地板所能承受的最小局部压强，并综合考虑安全系数等因素来论证和决策分载方案的可行性，对分载方案的论证、验证和决策提供依据和数据支撑。

试验装置采用测试底板、辅助底板和过渡斜台组成分载板的试验支撑平台，在测试底板上采用矩形阵列进行分布和安装多个压力传感器来构建压力数据测量系统。测控台主要功能为采集数据的汇总传输，其硬件主要包括安装信号变送器和数据采集传送板。在测控台的工作台面上配备笔记本电脑并安装数据处理软件来构建数据处理系统。试验装置总体外形见图1，包括构件：①测试底板（用于安装压力传感器）1件；②辅助底板5件；③过渡斜台2件；④压力传感器（0～2T轮辐式压力传感器）51件；⑤测控台1套（内装信号变送器和数据采集传送板）；⑥笔记本电脑1台（内装数据采集处理软件）。其试验应用场景见图2。

图1 试验装置总体外形

图2 试验装置的试验应用场景

测试底板外形见图3，支撑框架是由矩形型钢和方形型钢组焊而成的框架式结构，吊耳用于整体起吊和吊装，支撑板由厚钢板制造，与支撑框架组焊到一起，整体组焊后整体进炉进行去应力退火，消除焊接应力来提高整体尺寸的稳定性。热处理后采用数控龙门铣加工支撑板的上平面，在支撑板的上平面加工有压力传感器的安装螺纹孔用于安装和固定压力传感器，支撑板上加工有3个装配基准孔，用于测量支撑头的装配和调整，可辅助采用激光跟踪仪进行高精度的数字化装配将测量支撑头的上支撑面调整至共面[4]。

图3 测试底板外形

辅助底板的支撑框架是由矩形型钢组焊而成的框架式结构，吊耳用于整体起吊和吊装，上平面组焊有花纹钢板。过渡斜台支撑框架是由矩形型钢组焊而成的框架式结构，吊耳用于整体起吊和吊装，上下平面组焊有花纹钢板。过渡斜台用于衔接辅助底板与地面的高度差实现斜角平缓过渡，便于轮式装备能平缓驶入辅助底板的上平面。测控台的柜体内部安装有信号变送器和数据采集传送板构建压力数据采集传输系统。在测控台的工作台面上配备笔记本电脑并安装数据采集分析软件来构建数据采集分析系统。

2 试验方法及试验步骤

（1）对接和安装测试底板、辅助底板、过渡斜台。

（2）检查和调平压力传感器上的测量支撑头，将测量支撑头的上平面调整至共面。

（3）检查和调平辅助底板。

（4）连接测控台数据传输信号线及电源线。

（5）在测试底板和辅助底板上铺设待试验的集重分载板。

（6）安装挡块防止分载板在试验过程中发生错动。

（8）连接电脑，打开电源及数据采集分析软件。

（9）打开测控台电源，对压力传感器进行零位校准，检查和测试其数据测量、采集及传输系统至正常工作状态。

（10）将用于加载试验的集重轮式装备缓慢驶入分载板的上平面进行加载和试验。

（11）针对轮式装备的前、后不同轴重，应选择最大轴重的车轮进行加载和试验。

（12）在数据测量区域内取不少于3处位置分别进行加载和试验。

（13）分别采集不同加载位置的试验数据，在电脑软件中保存数据采集和处理结果。

（14）将用于加载试验的集重轮式装备缓慢驶出分载板的上平面并驶离本试验装置。

（15）通过对试验数据进行比对和分析，对分载效果、分载方案和分载措施进行分析、论证和决策。其分析论证原则如下：①测量数据分布范围越广、分布越均匀、数据过渡越平缓则说明分载效果越好。②分载后的最大压强与分载前的最大压强之间的比值越小则说明分载效果越好。③按照分载后的最大局部压强小于飞机货舱地板所能承受的最小局部压强并综合考虑安全系数等因素来论证和决策分载方案的可行性。

3 实例分析

模似飞机上使用状态，将分载单元块和过渡斜台别进行拼装，并铺设在集重分载设备试验工装上。在试验台面上，采用飞机牵引车（20 t）作为集重装备驶入试验分载单元块上，进行分载效能试验，通过试验件底平面的均布传感器，进行测力并通过数据采集系统进行数据采集和分析，试验操作如4图所示。

图4 分载单元块的分载效能检测试验

集重装备的加载测试点为4个（大于3个），采集压力数据并通过软件（采用Matlab二次开发）分析，得到图5分载板分载效能试验数据处理结果图，结果显示试验件底平面在集重装备负载状态下的最大压强均小于0.26 MPa，表明试验装置及实验方案是可行且有效的。

图5 分载板分载效能试验数据处理生成图

4 结束语

设计了专用试验装置，模拟飞机货舱的集重装备分载状态，通过采用压力传感器来测量不同区域的压力值来综合分析集重分载板的实际分载效果。此类分载设备和试验装备目前在国内尚属空白，填补了国内货舱集重分载板试验装备的空缺，为未来大型集重装备和物资的航空集装化运输提供物质基础，为提高航空运输保障效能提供了支撑。