PLC控制的液壓系統(tǒng)在載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)中的應(yīng)用

摘 要： 載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)是飛機(jī)飛行載荷試飛中的必要環(huán)節(jié)，多點(diǎn)、高載荷的載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)技術(shù)一直是我國(guó)飛行載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)的難點(diǎn)。隨著液壓控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是PLC（可編程控制器）技術(shù)的快速發(fā)展，PLC控制的液壓系統(tǒng)在工業(yè)活動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用，而PLC控制的液壓系統(tǒng)也為飛機(jī)載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)解決多點(diǎn)、高載荷的難題提供了一個(gè)安全可靠的新途徑。

關(guān)鍵詞： 載荷校準(zhǔn) 液壓系統(tǒng) PLC 多點(diǎn)協(xié)調(diào)

引言

隨著航空技術(shù)的發(fā)展，盡管風(fēng)洞及風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)不斷發(fā)展，理論計(jì)算方法也更加準(zhǔn)確，但是由于受到飛行中結(jié)構(gòu)氣動(dòng)彈性及復(fù)雜流場(chǎng)等的影響，準(zhǔn)確預(yù)計(jì)嚴(yán)重受載情況下的飛行載荷仍是技術(shù)難點(diǎn)。因此，在現(xiàn)代飛機(jī)的飛行試驗(yàn)中，飛行載荷實(shí)測(cè)仍然是驗(yàn)證風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果的可靠方法。目前測(cè)量飛機(jī)飛行載荷的主要方法是應(yīng)變法，即在飛機(jī)載荷飛行試驗(yàn)中通過(guò)加裝在飛機(jī)上的應(yīng)變電橋的響應(yīng)輸出結(jié)果計(jì)算出飛機(jī)的實(shí)際飛行載荷。在飛行載荷實(shí)測(cè)中，為了獲得飛機(jī)飛行載荷與應(yīng)變電橋響應(yīng)輸出之間的關(guān)系方程（載荷方程），需要在載荷飛行試驗(yàn)前進(jìn)行地面載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)，因此，成功的載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)就成為飛行載荷實(shí)測(cè)的關(guān)鍵前提。

1.問(wèn)題提出

由于需要在真實(shí)的飛機(jī)上進(jìn)行加載試驗(yàn)，所以地面載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)對(duì)進(jìn)行試驗(yàn)的加載系統(tǒng)的安全性和可靠性要求非常高。用手動(dòng)機(jī)械/液壓加載系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行加載是比較安全可靠的方法，但是由于需要人工調(diào)節(jié)載荷大小，所以對(duì)于需要進(jìn)行多點(diǎn)（2點(diǎn)以上）協(xié)調(diào)加載的復(fù)雜試驗(yàn)狀態(tài)，手動(dòng)機(jī)械/液壓加載系統(tǒng)很難對(duì)各個(gè)加載點(diǎn)的校準(zhǔn)載荷進(jìn)行準(zhǔn)確控制，尤其是在校準(zhǔn)試驗(yàn)的卸載過(guò)程中，更是難以對(duì)所有的加載單元進(jìn)行同一協(xié)調(diào)操作，而任何一個(gè)加載點(diǎn)的載荷的劇烈變化，都會(huì)對(duì)其它所有加載點(diǎn)的校準(zhǔn)載荷產(chǎn)生較大影響，從而影響了校準(zhǔn)試驗(yàn)的效果和整個(gè)試驗(yàn)的安全。

目前，隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是PLC自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，PLC控制的液壓系統(tǒng)可靠性已經(jīng)非常高，平均故障時(shí)間間隔為2萬(wàn)小時(shí)以上。而PLC控制的液壓系統(tǒng)的作動(dòng)器在加載同步性上具有手搖式加載系統(tǒng)所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

2.試驗(yàn)

2.1. 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)所用控制系統(tǒng)為載荷校準(zhǔn)系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)兩部分組成，控制末端為液壓作動(dòng)器。整套系統(tǒng)可以通過(guò)位移或載荷命令對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)所有液壓作動(dòng)器進(jìn)行協(xié)調(diào)、統(tǒng)一控制，對(duì)試件或試驗(yàn)機(jī)施加壓向/拉向載荷。試驗(yàn)所用液壓系統(tǒng)由液壓源、液壓子站、分油器、液壓伺服保護(hù)模塊、液壓作動(dòng)器、液壓管路、應(yīng)急保護(hù)模塊和應(yīng)急控制器等組成。

手動(dòng)機(jī)械/液壓加載系統(tǒng)采用手搖液壓千斤頂進(jìn)行加載。

2.2. 試驗(yàn)實(shí)施

試驗(yàn)前，通過(guò)起落架將飛機(jī)靜定約束固定在地面，防止飛機(jī)移動(dòng)。

載荷校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)協(xié)調(diào)加載試驗(yàn)：液壓系統(tǒng)連接完畢后通過(guò)非標(biāo)件將液壓作動(dòng)器分別與相應(yīng)的加載點(diǎn)相連，然后將控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)進(jìn)行連接。通過(guò)控制系統(tǒng)控制液壓作動(dòng)器對(duì)某飛機(jī)機(jī)翼進(jìn)行加載。在液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)安裝準(zhǔn)備完畢后，根據(jù)校準(zhǔn)試驗(yàn)工況要求，所有作動(dòng)器同時(shí)按20%最大校準(zhǔn)載荷逐級(jí)緩慢進(jìn)行加載和卸載，重復(fù)進(jìn)行兩個(gè)加載循環(huán)。

手搖液壓千斤頂進(jìn)行多點(diǎn)協(xié)調(diào)加載試驗(yàn)：通過(guò)非標(biāo)件將手搖液壓千斤頂分別與相應(yīng)的加載點(diǎn)相連。根據(jù)校準(zhǔn)試驗(yàn)工況要求，人工控制手搖液壓千斤頂同時(shí)按20%最大校準(zhǔn)載荷逐級(jí)緩慢進(jìn)行加載和卸載，重復(fù)進(jìn)行兩個(gè)加載循環(huán)。

在所有加載過(guò)程中同時(shí)構(gòu)建地面數(shù)據(jù)傳輸及實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)，對(duì)施加的載荷和關(guān)鍵部位應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集。

3.試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖1 手搖液壓千斤頂6點(diǎn)協(xié)調(diào)加載載荷反饋曲線 圖2 載荷校準(zhǔn)系統(tǒng)6點(diǎn)協(xié)調(diào)加載載荷反饋曲線

圖1為手搖液壓千斤頂進(jìn)行6點(diǎn)協(xié)調(diào)加載的載荷反饋曲線，圖2為載荷校準(zhǔn)系統(tǒng)6點(diǎn)協(xié)調(diào)加載的載荷反饋曲線。從圖中，可以明顯看出：人工控制手搖液壓千斤頂進(jìn)行多點(diǎn)協(xié)調(diào)加載時(shí)，校準(zhǔn)載荷數(shù)據(jù)波動(dòng)明顯，波動(dòng)范圍較大，難以精確控制，尤其在卸載過(guò)程中，為了保證試驗(yàn)機(jī)安全，需要以極其緩慢的速度進(jìn)行卸載；載荷校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)協(xié)調(diào)加載時(shí)，6個(gè)校準(zhǔn)載荷數(shù)據(jù)平滑穩(wěn)定，加、卸載速度協(xié)調(diào)一致。

手搖液壓千斤頂進(jìn)行多點(diǎn)協(xié)調(diào)加載時(shí)，因?yàn)闊o(wú)法精確控制加載載荷，所以在實(shí)際試驗(yàn)中，為了保證試驗(yàn)飛機(jī)的安全，防止由于某一點(diǎn)的突然卸載而引起其他加載點(diǎn)的載荷突然上升而造成試驗(yàn)飛機(jī)損傷，一般在真實(shí)飛機(jī)的載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)中都會(huì)控制各個(gè)加載點(diǎn)的校準(zhǔn)載荷，保證其在一個(gè)比較安全的范圍內(nèi)，同時(shí)在卸載過(guò)程中保持一個(gè)比較緩慢的卸載速度。因此，手搖液壓千斤頂進(jìn)行多點(diǎn)協(xié)調(diào)加載極大的限制了校準(zhǔn)試驗(yàn)的校準(zhǔn)載荷量級(jí)。而載荷校準(zhǔn)系統(tǒng)由于其控制的液壓作動(dòng)器在加、卸載過(guò)程中極高的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性，能夠在多點(diǎn)協(xié)調(diào)加載中對(duì)試驗(yàn)飛機(jī)施加更大的校準(zhǔn)載荷，具有手搖液壓千斤頂所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

4.結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，PLC控制的液壓系統(tǒng)應(yīng)用于真實(shí)飛機(jī)的載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)中，具有多點(diǎn)加載協(xié)調(diào)一致、校準(zhǔn)載荷穩(wěn)定可控、載荷量級(jí)大等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛使用，目前的PLC系統(tǒng)已經(jīng)能夠集生產(chǎn)控制功能和數(shù)據(jù)采集、記錄功能于一體，極大的提高了載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)的工作效率。

因此，將PLC控制的液壓系統(tǒng)應(yīng)用于真實(shí)飛機(jī)的載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)中，能夠極大的增加多點(diǎn)協(xié)調(diào)加載的加載點(diǎn)，豐富校準(zhǔn)試驗(yàn)加載工況，提高載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)工作效率，為建立精確的載荷方程提供更加可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而為飛機(jī)飛行載荷實(shí)測(cè)提供可靠保障。

參考文獻(xiàn)：

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