一种直升机悬臂磁探杆的制作方法

[0001]
本发明属于直升机结构设计技术，涉及一种用于直升机的悬臂磁探杆。


背景技术：

[0002]
为满足海洋地质保障工程和国土资源调查的需要，满足中国国土资源航空物探遥感中心对在ac312e型直升机加装航磁测量任务设备的客户化要求，需在ac312e型直升机机腹下部加装电磁探测设备用以执行航磁探测任务。
[0003]
然而机载电磁探测设备较少，现有机载电磁设备主要采用吊挂式线圈结构，如cn201610161194.2所记载的一种吊挂式直升机时间域航磁探测吊舱，然而该种类型电磁探测设备结构复杂，且体积大，对直升机气动影响大，特别是在直升机正常飞行过程中，易受到气流影响，稳定性低，探测精度较低。


技术实现要素：

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本发明的目的：提供一种稳定性好、测量精度高的直升机悬臂磁探杆。
[0005]
本发明的技术方案：一种直升机悬臂磁探杆，其包括前段探杆1、中段探杆2、后段探杆3、连接件4、口盖5、前罩6、后罩7、拉杆组件8、连接接头组件9，其中，所述前段探杆1、中段探杆2和后段探杆3通过连接件4顺次连接在一起，前罩6和后罩7分别设置在前段探杆1前端和后段探杆3末端，所述前段探杆1、中段探杆2上用于设置电磁探测设备的若干位置开口处分别设置有口盖5，所述后段探杆3与连接件4临近的前端设置有与机身连接的拉杆组件8，后段探杆3中后段设置有两个与机身连接的连接接头组件9。
[0006]
所述前罩6内部粘接设置有材料为尼龙的支架10，所述前段探杆1和中段探杆2上分别粘接材料为尼龙的支架11，航磁探测设备安装在支架10和支架11上。该尼龙材料的支架为无磁材料，不会影响电磁探测设备的精度。
[0007]
所述连接接头组件9为管夹式结构，由上接头12和下接头13组成并螺接在一起，其中，下接头13与后段探杆3铆接在一起，方便悬臂磁探杆的安装和拆卸，上接头12留有间隙并粘接橡胶垫，可以有效夹持悬臂磁探杆，并缓冲振动。
[0008]
所述前段探杆1、中段探杆2、后段探杆3和连接件4均为复合材料层压板的结构形式，但采用不同的复合材料和理论厚度，使整体结构前部偏薄，后部稍厚，从而提高磁探杆整体刚度。
[0009]
具体的，所述前段探杆1的材料为中温固化环氧玻璃布预浸料，对电磁探磁无影响，其厚度为1.2～1.8毫米；中段探杆2的材料为模量较大的中温固化环氧碳纤维单向预浸料，厚度为2.0～2.5毫米；后段探杆3的材料为模量较大的中温固化环氧碳纤维单向预浸料，厚度为3.0～3.5毫米；连接件4的材料为模量较大的中温固化环氧碳纤维单向预浸料，厚度为4.0～4.5毫米，通过上述不同复合材料和厚度的综合设计，可以有效满足大长径比的磁探杆在直升机飞行过程中能够承受气流影响而不会被损坏的整体强度和刚度要求，同时对电磁影响能满足实际探测精度要求。
[0010]
所述前段探杆1、中段探杆2、后段探杆3和连接件4的铺层设计为0度铺层占铺层总数的三分之二，45度铺层占铺层总数的三分之一，以承受气动载荷带来的弯矩，其中，0度方向与直升机航向一致。
[0011]
所述前段探杆1、中段探杆2、后段探杆3和连接件4的0度铺层中增加铜带的铺设，以达到防雷击的要求。
[0012]
所述口盖5、前罩6、后罩7均为复合材料，其中，所述前罩6的材料与前段探杆1一致，口盖5、后罩7与中段探杆2材料一致。所述前段探杆1、中段探杆2、后段探杆3、前罩6、后罩7和口盖5之间螺接所需的螺栓、螺母、铆钉和垫圈材质为无磁金属材料，以提高磁探杆整体无磁效果，增加探测精度。
[0013]
所述悬臂磁探杆为圆柱体，其悬臂长度不低于6米，但直径不大于0.3米，设置在悬臂中后部与机体结构之间拉杆组件8的主体结构为钢管和双叉耳接头铆接后，再与单叉耳接头螺接而成，从而可以有效保证大尺寸磁探杆飞行过程中的稳定性，提高探测精度。
[0014]
本发明的有益效果为：本发明悬臂磁探杆解决了大长径比悬臂结构件的设计难点，保证了较小振幅、无磁处理和防雷击的结构设计要求，提高了航磁探测设备的探测效率，满足了直升机在一定飞行高度中的航磁测量要求，同时降低了结构重量，改善了装配工艺性，缩短加工周期，降低了成本，与机体连接采用螺栓连接形式，可实现探杆的快速安装、维护和拆卸，目前，该悬臂磁探杆已经应用于acxx型机上，具有较大的实际应用价值。
附图说明
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图1为悬臂磁探杆位置示意图。
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图2为悬臂磁探杆结构示意图。
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图3为前罩支架示意图。
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图4为口盖支架示意图。
[0019]
图5为连接接头组件示意图。
[0020]
图6为拉杆组件示意图。
[0021]
其中，前段探杆1，中段探杆2，后段探杆3，连接件4，口盖5，前罩6，后罩7，拉杆组件8，连接接头组件9，支架10、支架11、上接头12、下接头13。
具体实施方式
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为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
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实施例：
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某直升机上需要安装两种航磁探测设备，一种组合长度约3米，另一种组合长度约1.2米。为保证航磁测量任务设备的测量精度，故而对安装航磁测量设备的磁探杆有着以下严格的安装和使用要求：
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1.安装最前端的航磁测量任务设备需距离机头最前端超过6米。
[0026]
2.直升机正常飞行过程中要能够保持强度和刚度特性，并且要避免共振的发生，尽量减小振动。
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3.需做无磁处理，且考虑到防雷击的要求。
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4.便于拆卸、安装和存放。
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因此，实际实施时，设计和制造难度很大，风险较高。
[0030]
该直升机为前三点可收放式起落架，且受周围安装空间限制，磁探杆只能是大长径比圆柱体悬臂结构。
[0031]
为此，本实施例中，请参见附图1-6所示，该悬臂磁探杆由前段探杆1，中段探杆2，后段探杆3，连接件4，口盖5，前罩6，后罩7，拉杆组件8，连接接头组件9，支架10和支架11组成。
[0032]
由于悬臂磁探杆的总长较长且有着拆卸和存储的要求，故而将其分为前段探杆1、中段探杆2和后段探杆3，它们共同组成了悬臂磁探杆的主体结构，并通过连接件4螺接到一起，总长为8.8米，其悬臂长度不低于6米，但直径不大于0.3米的且需满足重量轻及上述4点要求。为提高悬臂磁探杆的整体刚度，前段探杆1、中段探杆2、后段探杆3和连接件4均为复合材料层压板的结构形式，但采用不同的复合材料和理论厚度，使整体结构前部偏薄，后部稍厚，呈阶梯式递增。其中前段探杆1的材料为中温固化环氧玻璃布预浸料，对电磁探测无影响，厚度为1.2～1.8毫米；中段探杆2的材料为模量较大的中温固化环氧碳纤维单向预浸料，厚度为2.0～2.5毫米；后段探杆3的材料为模量较大的中温固化环氧碳纤维单向预浸料，厚度为3.0～3.5毫米；连接件4的材料为模量较大的中温固化环氧碳纤维单向预浸料，厚度为4.0～4.5毫米。且根据悬臂探杆的整体受力情况，将前段探杆1、中段探杆2、后段探杆3和连接件4的铺层设计为0度铺层占铺层总数的三分之二，45度铺层占铺层总数的三分之一，其中，0度方向与直升机航向一致。前段探杆1、中段探杆2、后段探杆3和连接件4的铺层中增加铜带的铺设，以达到防雷击的要求。
[0033]
设置磁探杆的外形为圆柱体，且直径不大于0.2米，并在磁探杆前后端设置安装外形为球形的前罩6，既可以满足磁探杆内部电磁探测设备的最小安装要求，又可以尽量小地影响直升机加装磁探杆后的气动性能。
[0034]
所述前段探杆1、中段探杆2、后段探杆3和连接件4共同组成磁探杆的主体结构，零件使用复合材料层压板的结构形式，对比金属材料，其具有较高的比强度和比刚度、较好的稳定性、力学性能可设计性等优势。将其铺层设计为0度铺层占铺层总数的三分之二，45度铺层占铺层总数的三分之一，其中，0度方向与直升机航向一致，可以使其最大效率地承受气动载荷和电磁探测设备的集中载荷带来的弯矩；0度铺层中铺设铜带，铜带通过连接接头组件9与机体搭接导通，以实现防雷击的作用。通过对前段探杆1、中段探杆2、后段探杆3由前至后设置逐级递增、呈阶梯式变化的厚度，可以避免应力突变、有效地减轻磁探杆的重量、使其具有良好的重量效率、且使其重心更加靠后并接近机体、尽量小的影响直升机的飞行性能。电磁探测设备中的磁探头为精度最高的设备，它安装于前罩6内部的支架10上，前罩6的材料中温固化环氧玻璃布预浸料及支架10的材料尼龙，均对电磁探测无影响，可以做到弱磁甚至无磁的环境。
[0035]
所述前段探杆1、中段探杆2和前罩6上分别粘接材料为尼龙的支架10和支架11，所述两种航磁探测设备通过锦丝带固定在磁探杆的内部支架10和支架11上，以避免影响电磁探测精度。所述前罩6螺接在前部探杆1端部，并可以通过合理布置螺接位置，实现设备旋转180
°
的安装要求。前段探杆1和中段探杆2的支架11所在开口处开设口盖5，口盖5螺接在前段探杆1和中段探杆2上，以便于对航磁探测设备的日常维护。前段探杆1、中段探杆2和前罩
6为复合材料层压板的结构形式，其中前罩6的材料与前段探杆1一致，口盖5、后罩7与中段探杆2材料一致。
[0036]
所述悬臂磁探杆通过连接接头组件9螺接到机体结构上，连接接头组件9为管夹式结构，由上接头12和下接头13组成并螺接在一起。为方便悬臂磁探杆的安装和拆卸，下接头13与后段探杆3铆接在一起。上接头12留有间隙并粘接橡胶垫，可以有效夹持悬臂磁探杆，并缓冲振动。
[0037]
所述悬臂磁探杆的悬臂长度较长，故而在距悬臂磁探杆端部5.5米的位置与机体结构之间螺接两组拉杆组件8。拉杆组件8的主体结构为钢管和双叉耳接头铆接后，在与单叉耳接头螺接而成，可有效地提高悬臂磁探杆的稳定性及整体刚度，控制振动，保证精度。
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根据航磁探测设备对无磁环境的要求，前段探杆1、中段探杆2、后段探杆3、前罩6、后罩7和口盖5之间螺接所需的螺栓、螺母、铆钉和垫圈材质需为具有一定结构强度的无磁材料，为此本实施例中选用黄铜，根据实际需要也可以采用其他满足上述要求的无磁材料。
[0039]
本发明中的悬臂磁探杆，在功能上实现了两套航磁探测设备在机体结构上的交替安装，保证了较小振幅、无磁处理和防雷击的结构设计要求，提高了航磁探测设备的探测效率，满足了直升机在一定飞行高度中的航磁测量要求。它解决了大长径比悬臂结构件的设计难点，降低了结构重量，改善了装配工艺性，缩短加工周期，降低了成本，与机体连接采用螺栓连接形式，可实现探杆的快速安装、维护和拆卸。
[0040]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，另外，本发明未详尽部分均为常规技术。