1前言
全机疲劳试验普遍面临周期长、成本高、风险大，传统的加载手段已经很难满足市场要求。因传统的胶布带-杠杆系统不能施加双向载荷，加载时需要飞机结构进行大面积粘贴，不便于开展无损检测，而且加载频率较低。卡板加载适用条件苛刻，对加载对象结构形状要求高，仅适用于部分飞机结构试验。拉压垫作为一种新型的飞机结构强度试验加载装置，是全机加速疲劳试验攻关的关键环节和技术难点[1][2]。
正值我国通用航空产业的大力发展之际，飞机型号的全机疲劳试验市场需求越来越旺盛，且研制时间紧迫。通过全机加速疲劳试验拉压垫技术的研究，能有效地控制试验成本，缩短飞机型号研制周期。
2研究内容
（1）橡胶、Ⅰ型胶粘剂选型及粘接工艺研究
通过对多种橡胶进行调研并补充必要的力学性能测试，选择符合要求易于加工的几种橡胶。根据所选橡胶与金属板的可粘接性，选择几种Ⅰ型胶粘剂。根据Ⅰ型胶粘剂的粘接工艺，实现金属板和橡胶块粘接，并分别进行多组力学性能测试，确定符合要求的橡胶和Ⅰ型胶粘剂组合。
（2）Ⅱ型胶粘剂选型及粘接工艺研究
根据所选橡胶与复合材料飞机蒙皮的可粘接性，选择几种Ⅱ型胶粘剂。根据Ⅱ型胶粘剂的粘接工艺，橡胶块与复合材料板通过Ⅱ型胶粘剂实现可靠粘接，并分别进行多组力学性能测试，确定符合要求的Ⅱ型胶粘剂。
（3）粘接力学性能研究
粘接力学性能试验包括抗拉强度试验及疲劳强度试验。通过粘接力学性能的研究，确定拉压垫橡胶、粘接剂的选型及粘接工艺，最终验证拉压垫的性能指标满足要求。
（4）拉压垫杠杆系统结构设计
根据飞机具体加载部位的结构，设计拉压垫结构。拉压垫橡胶块与飞机的粘接面根据飞机结构外形设计，拉压垫的几何尺寸根据飞机粘接处刚度、加载面积和载荷大小设计。选择合适的橡胶硬度、厚度及粘接面积，通过多级杠杆系统实现多点双向加载[3]。
（5）拉压垫杠杆系统力学性能验证
按照粘接工艺的要求将拉压垫杠杆系统结构粘接在HO300机头件机身蒙皮加筋结构上，进行力学性能试验。根据HO300机头件机身结构强度，拉压垫需满足在-0.0125MPa~0.025MPa载荷下，加载频率≥1Hz，疲劳寿命≥100万次的使用要求，验证拉压垫杠杆系统应用于飞机蒙皮结构的可行性。
3 胶粘剂选型试验与结果分析
3.1 I型胶粘剂选型试验与结果分析
（1）疲劳强度试验
初选了4种胶粘剂制作试验件开展疲劳试验，试验结果如表1所示。冷硫化胶粘剂在最大载荷0.2MPa，应力比为-1下的失效寿命为112万次，远高于其他几种胶粘剂的性能，满足使用要求，初步确定冷硫化胶粘剂为I型胶粘剂。
表1 初选I型胶粘剂疲劳强度试验
为了进一步确定冷硫化胶粘剂的疲劳强度性能和粘接工艺，开展了多组试验，发现橡胶打磨后的表面清洗剂对粘接性能影响显著，分别使用常用的酒精和专用的油性清洗剂作为清洗剂制作的多组试验件开展了性能对比试验，如表2所示。经过多次试验表明，油性清洗剂挥发性好，配合冷硫化胶粘剂使用效果好于酒精，在±0.2MPa载荷下，疲劳强度均在100万次以上，满足试验要求。而酒精中含有水分，清洗后橡胶表面湿度大，很难完全干燥，不建议采用酒精作为清洗剂。
表2 I型胶粘剂疲劳强度试验数据
（2）抗拉强度试验
抗拉强度试验共开展8件，其中试验件1#~3#的橡胶清洗剂采用油性清洗剂，试验件4#~8#的橡胶清洗剂采用酒精和丙酮，试验数据如表3所示。可以看出，橡胶清洗剂对抗拉强度影响显著，使用冷硫化胶粘剂，配合油性清洗剂，抗拉强度可达0.75MPa。
表3 I型胶粘剂抗拉强度试验数据
3.2 Ⅱ型胶粘剂选型试验与结果分析
（1）抗拉强度试验
复合材料板选择了夹心复合材料板和层压复合材料板两种形式，初选了冷硫化胶粘剂和FN 303两种胶粘剂制作的试验件进行抗拉强度试验，如表3所示。结果表明，冷硫化胶粘剂作为Ⅱ型胶粘剂，满足抗拉强度>0.5MPa的要求。
表3 Ⅱ型胶粘剂抗拉强度试验数据
（2）疲劳强度试验
根据抗拉强度试验的结果，冷硫化胶粘剂的性能稍优于FN 303，仅选用冷硫化胶粘剂制作的试验件进行疲劳试验。疲劳试验载荷为±0.1MPa下，155万次循环后仍未出现破坏，满足100万次循环寿命的要求。开展静力破坏试验，加载到0.89MPa时，金属板与橡胶粘接面发生脱落，复材板和橡胶并未拉脱。
3.3 结果分析
确定I型和Ⅱ型胶粘剂均选用冷硫化胶粘剂，配合使用专用油性清洗剂制作的拉压垫可满足静力和疲劳性能指标要求。
4 HO300机头件拉压垫加载系统验证试验与结果分析
为了验证拉压垫加载系统与飞机结构粘接工艺的可行性以及拉压垫加载系统在飞机结构试验中的加载性能，将拉压垫加载系统布置于HO300前机身两侧进行拉压疲劳加载性能测试，如图1所示。
图1 HO300机头件拉压垫加载系统验证试验
在-1000~2000N疲劳载荷下，加载频率2Hz，加载曲线跟随性良好，加载误差不大于3%，当试验循环次数为100万次时，拉压垫未出现脱粘现象，满足试验要求。
5 结论
（1）冷硫化胶粘剂配合使用专用清洗剂制作的拉压垫可应用于金属材料和复合材料试验件的加载，满足静力和疲劳性能指标要求。
（2）拉压垫加载系统在飞机结构试验中的加载性能良好，满足试验要求。
参考文献
[1] 卓轶，吕媛波，张文东.飞机结构强度试验中拉压垫加载技术研究[J].科学技术与工程，2016，16（2）:244-248.
[2] 惠养红.拉压垫——杠杆系统加载方法研究[J].结构强度研究，2008（4）:44-47.
[3] 卓轶.橡胶硬度及尺寸对拉压垫结构粘接强度影响的有限元分析[C].全国结构工程学术会议，2015.
作者简介：
何学武，男，高级工，北京理工电子仪器，研究方向：试验工装设计。
金三强，男，工程师，大连理工大学机械工程专业，研究方向：试验强度设计。
