一种旋翼试验台体与基础一体化结构的制作方法

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1.本发明属于直升机旋翼试验技术领域，具体涉及一种旋翼试验台体与基础一体化结构。

背景技术：

2.全系统旋翼试验台主要由试验台台体、传动系统、操纵系统、动力系统、旋翼天平测力系统五大系统组成。全系统试验台包括性能和耐久性试验构型状态、旋转动特性试验构型状态和地面联合试验构型状态。性能和耐久性试验构型状态采用刚性共轴双旋翼。旋转动特性试验构型状态采用单旋翼。地面联合试验构型状态采用机上共轴双旋翼、推力桨、发动机和传动系统。
3.旋翼试验台台体、基础是试验台的主体支撑结构，是支撑动力系统、传动系统、操纵系统、旋翼天平测力系统和试验件等部件的承力件。传统试验台基础一般仅对基础表面做混凝土硬化处理，未考虑基础对旋翼试验台动力学影响，在旋翼试验过程中，旋翼部分转速易与试验台的固有频率重合，从而发生共振；限制旋翼系统部分转速工况下旋翼试验的开展。

技术实现要素：

4.本发明的目的：解决传统旋翼试验台在试验过程中，极易与旋翼系统的固有频率重合，发生共振的问题，提出了一种旋翼试验台体与基础一体化结构。
5.本发明的技术方案：一种旋翼试验台体与基础一体化结构，所述一体化结构包括旋翼试验台台体、过渡连接件、试验台基础；所述旋翼试验台台体通过所述过渡连接件与试验台基础连接为一体；所述试验台基础采用截面为圆形的均布深埋式主承力结构，主承力结构的刚度远大于所述旋翼试验台台体的刚度。
6.进一步的，所述试验台基础采用圆柱与圆锥的融合结构形式，其底端采用圆柱结构，上端采用圆锥结构。
7.进一步的，所述试验台基础内部嵌入连接主钢筋，所述连接主钢筋沿周向均布，上端与所述过渡连接件连接。
8.进一步的，所述连接主钢筋采用三角锥结构，保证结构稳定性及刚度要求。
9.进一步的，所述试验台基础中心沿轴心位置开有通道，用于放置试验台动力系统。
10.进一步的，所述试验台基础的内外围均布置若干纵横交错的钢筋，试验台基础内部还嵌入若干钢筋，用于提升试验台基础的结构稳定性。
11.进一步的，所述试验台基础下端圆柱段开有与中心通道连通的过道，便于试验过程中运输试验设备。
12.进一步的，所述过渡连接件采用上下均为圆环截面呈工字型的结构，沿径向均布若干加强筋，上圆面开有若干连接孔，保证与旋翼试验台台体的连接刚度。
13.进一步的，所述旋翼试验台台体自下而上包括底部台体、中部台体、顶部台体。
14.本发明的有益效果：本发明设计了一种旋翼试验台体与基础一体化设计方法。针对刚性旋翼试验台台体采用的底部台体、中部台体、顶部台体三层台体模块化组合状态，从结构设计上实现了试验台整体减震、隔震效果，避免了试验台对周围环境的动力学影响，提高了试验台自身固有频率，提升了旋翼试验台试验能力，可应用于今后所有直升机旋翼试验。
附图说明
15.图1为旋翼试验台体与基础一体化结构示意图，
16.图2为过渡连接件结构示意图，
17.图3为过渡连接件截面示意图，
18.图4为试验台基础截面示意图，
19.图5为本发明实施对比动态响应计算分析结果示意图，
20.图6为某型旋翼试验台台体结构示意图；
21.其中，1-试验台基础，2-连接主钢筋，3-过渡连接件，4-底部台体，5-中部台体，6-顶部台体，7-底部台体内框架与底部台体连接螺栓组件，8-底部台体内框架，9-底部台体与中部台体连接螺栓组件，10-中部台体内框架与中部台体连接螺栓组件，11-中部台体与顶部台体连接螺栓组件，12-中部台体内框架，13-顶部台体顶板。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.参见附图1，本发明具体实施过程中设计的一种旋翼试验台体与基础一体化结构，所述一体化结构包括试验台基础1、连接主钢筋2、过渡连接件3、底部台体4、中部台体5、顶部台体6；其中底部台体4、中部台体5、顶部台体6构成旋翼试验台台体，所述旋翼试验台台体通过所述过渡连接件3与试验台基础1连接为一体；所述试验台基础1采用截面为圆形的均布深埋式主承力结构，主承力结构的刚度远大于所述旋翼试验台台体的刚度。
24.具体的，试验台基础1采用土建基础混凝土，土建基础混凝土与过渡连接件3之间设置连接主钢筋2，过渡连接件3采用钢结构基础预埋件，整体结构为三角锥体形式。模态计算分析主要通过专业软件对土建混凝土基础与钢结构台体进行一体化设计计算，满足试验台整体模态要求。
25.在具体设计时，为满足试验台整体模态要求，试验台基础1采用如下设计形式：
26.1)、试验台基础1壳体壁厚采用等刚度设计；与此同时，试验台基础1的主承力结构的刚度远大于所述旋翼试验台台体的刚度，一般主承力结构的刚度数倍于上端连接的旋翼试验台台体的刚度。这样的设计可以有效保证试验过程中，旋翼试验台的模态位移不会传
递至下端基础上，减小基础变形，从而达到隔震的效果，进而避免旋翼系统与试验基础发生共振。
27.2)、连接面优化设计：为保证连接面的接确面尽可能大和台体反复装拆的重复性好，对台体连接面进行了整体机床机加，确保了连接面质量；连接螺栓尺寸大、数量多，确保连接牢固可靠；对台体连接面的三角筋板尺寸大小及方式也进行了计算模拟分析，确保了连接强度和刚度需要；在连接结构设计上，试验台基础1内部嵌入连接主钢筋2，沿周向均匀分布，连接主钢筋2采用三角锥体结构形式，连接主钢筋2上端连接过渡连接件3。
28.过渡连接件3的结构如图2、图3所示，过渡连接件3上下端均为圆环结构，中间设置有若干加强筋；上端圆环上开有若干连接孔，便于与上端旋翼试验台台体的底部台体4连接；加强筋采用三角筋板形式，三角筋板与两侧角焊缝连续焊接，表面刷涂防锈油漆；焊后退火处理，再机加上表面；以保证过渡连接件3的整体刚度。
29.3)“台体整体+混凝土基础”动态响应计算分析
30.试验台在理想刚性约束下的固有频率分析结果，通过计算，在全固结模式，前3阶均为各层法兰板的竖向自振，这3阶自振并不会影响台体整体的隔震设计；整体台体的自振频率发生在第4和第5阶，振型为两个水平方向的整体侧弯，这是对结构隔震分析较为重要的振型；第6阶频率已为高阶高频的结构自振，对隔震结果的影响较小。
31.考虑基础影响后，对比分析结果显示其一体化优化结构整体动力学性能接近理想情况，台体的一阶侧弯自振频率仍远高于一般试验台的低阶固有频率(第4和第5阶，前3阶为台体局部自振的自振频率)，能够使旋翼试验台有效避开旋翼转速范围内的倍频范围，避免旋翼与试验台的固有频率重合从而发生共振现象。同时受益于试验台与基础的主受力材料均匀布置，其整体x向与y向侧弯自振频率相等(第4和第5阶)，有效降低了试验台低阶固有频率下的数量，减少了旋翼试验过程中旋翼系统与试验台耦合共振的区域范围，提高了旋翼试验台旋翼试验能力。
32.对基础本身也进行了有限元分析，单纯混凝土基础的自振频率已经远远高于台体的侧弯频率，因此对试验分析结果影响较小。
33.本发明将实现一种旋翼试验台体与基础一体化设计方法。将试验台台体设计成包括了底部、中部、顶部三层台体，通过不同的组合来分别实现性能和耐久性试验、旋转动特性试验、地面联合试验。设计要求对性能和耐久性试验构型所对应的台体、旋翼天平和传动系统组合而成的整体试验台一阶弯曲固有频率以及旋转动特性试验构型所对应的台体和传动系统组合而成的整体试验台一阶弯曲固有频率有明确要求。为了满足试验台模态要求，对旋翼试验台体与基础进行了一体化设计。
34.实施案例：如图6所示某型旋翼试验台台体结构示意图，采用模块化设计，包括试验台基础1、连接主钢筋2、过渡连接件3、底部台体4、中部台体5、顶部台体6、底部台体内框架与底部台体连接螺栓组件7、底部台体内框架8、底部台体与中部台体连接螺栓组件9、中部台体内框架与中部台体连接螺栓组件10、中部台体与顶部台体连接螺栓组件11、中部台体内框架12、顶部台体顶板13。
35.全系统旋翼试验台总共分为三种构型状态和一种天平校准状态，分别为性能和耐久性试验构型状态、旋转动特性试验构型状态、地面联合试验构型状态和天平校准状态。整个试验台台体采用模块化设计，构型状态的转换由各个模块进行组合实现。
36.性能和耐久性试验构型状态：由基础预埋件1、基础预埋件与底部台体连接螺栓组件2、底部台体3、底部台体内框架与底部台体连接螺栓组件7、底部台体内框架8、底部台体与中部台体连接螺栓组件9、中部台体7、中部台体内框架与中部台体连接螺栓组件10、中部台体与顶部台体连接螺栓组件11、中部台体内框架12、顶部台体11、顶部台体顶板13等组合而成。
37.旋转动特性试验构型状态：由基础预埋件1、基础预埋件与底部台体连接螺栓组件2、底部台体3、底部台体内框架与底部台体连接螺栓组件7、底部台体内框架8、底部台体与中部台体连接螺栓组件9、中部台体7、中部台体内框架与中部台体连接螺栓组件10等组合而成。
38.地面联合试验构型状态：由基础预埋件1、基础预埋件与底部台体连接螺栓组件2、底部台体3、底部台体内框架与底部台体连接螺栓组件7、底部台体内框架8等组合而成。
39.试验台台体分为底部平台、中部平台和上部平台。底部平台及其承载平台为地面联合试验构型。底部平台和中部平台及其其它系统组合为旋转动特性试验构型，底部平台、中部平台及上部平台及其其它系统组合为性能和耐久性试验构型。通过试验台模块化设计，可以实现三种构型，满足不同试验内容要求。
40.以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种旋翼试验台体与基础一体化结构，其特征在于，所述一体化结构包括旋翼试验台台体、过渡连接件、试验台基础；所述旋翼试验台台体通过所述过渡连接件与试验台基础连接为一体；所述试验台基础采用截面为圆形的均布深埋式主承力结构，主承力结构的刚度远大于所述旋翼试验台台体的刚度。2.如权利要求1所述的一种旋翼试验台体与基础一体化结构，其特征在于，所述试验台基础采用圆柱与圆锥的融合结构形式，其底端采用圆柱结构，上端采用圆锥结构。3.如权利要求2所述的一种旋翼试验台体与基础一体化结构，其特征在于，所述试验台基础内部嵌入连接主钢筋，所述连接主钢筋沿周向均布，上端与所述过渡连接件连接。4.如权利要求3所述的一种旋翼试验台体与基础一体化结构，其特征在于，所述连接主钢筋采用三角锥结构，保证结构稳定性及刚度要求。5.如权利要求2所述的一种旋翼试验台体与基础一体化结构，其特征在于，所述试验台基础中心沿轴心位置开有通道，用于放置试验台动力系统。6.如权利要求5所述的一种旋翼试验台体与基础一体化结构，其特征在于，所述试验台基础的内外围均布置若干纵横交错的钢筋，试验台基础内部还嵌入若干钢筋，用于提升试验台基础的结构稳定性。7.如权利要求6所述的一种旋翼试验台体与基础一体化结构，其特征在于，，所述试验台基础下端圆柱段开有与中心通道连通的过道，便于试验过程中运输试验设备。8.如权利要求1所述的一种旋翼试验台体与基础一体化结构，其特征在于，所述过渡连接件采用上下均为圆环截面呈工字型的结构，沿径向均布若干加强筋，上圆面开有若干连接孔，保证与旋翼试验台台体的连接刚度。9.如权利要求1所述的一种旋翼试验台体与基础一体化结构，其特征在于，所述旋翼试验台台体自下而上包括底部台体、中部台体、顶部台体。

技术总结

本发明属于直升机旋翼试验技术领域，具体涉及一种旋翼试验台体与基础一体化结构。所述一体化结构包括旋翼试验台台体、过渡连接件、试验台基础；所述旋翼试验台台体通过所述过渡连接件与试验台基础连接为一体；所述试验台基础采用截面为圆形的均布深埋式主承力结构，主承力结构的刚度远大于所述旋翼试验台台体的刚度。本发明有效解决了传统旋翼试验台在试验过程中，极易与旋翼系统的固有频率重合，发生共振的问题。共振的问题。共振的问题。