基于主成分分析的飛行載荷實(shí)測(cè)技術(shù)

范華飛+汪文君

摘要： 載荷方程的建立在飛行載荷測(cè)量中占有重要地位，直接關(guān)系著飛行載荷測(cè)量的準(zhǔn)確度。本文基于主成分分析的思想，提出了一種通過(guò)提取真實(shí)飛行中多個(gè)應(yīng)變計(jì)數(shù)據(jù)的投影主軸，重組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)建立載荷方程的新方法。相比較傳統(tǒng)方法，在載荷方程建立過(guò)程中能應(yīng)用更多的應(yīng)變計(jì)數(shù)據(jù)信息，并且將真實(shí)飛行過(guò)程中的應(yīng)變計(jì)數(shù)據(jù)信息應(yīng)用到了載荷方程的建立過(guò)程中。最后通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了該方法建立的載荷方程抗干擾能力更強(qiáng)，得到的飛行載荷與實(shí)際情況更加吻合，得到的結(jié)果更真實(shí)。

Abstract： Establishing loads equations play an important role in the measurements of flight loads which has large effects on the accuracy of final load measurements. Based on the principle component analysis theory， a new method of establishing loads equations is proposed in this paper where the ground loads calibration test data recombined by extracting the principal axis of project of strain data from actual flights are used to establish loads equations. Compared with traditional method， more ground loads calibration test data information are used， moreover， the established loads equation using the method in this paper could more represent the actual flight condition because the in-flight strain outputs are involved in establish loads equations. Also， the above method is applied to actual engineering projects. The established loads equations using the method in this paper could be less disturbed by those factors that do not cause the loading of aircraft structure， therefore the results could agree well to the actual flight condition， which are also validated in an example.

關(guān)鍵詞： 飛行載荷；投影主軸；主成分分析；載荷方程

Key words： flight loads；principal axis of projection；principal component analysis；loads equation

中圖分類號(hào)：V217+.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）15-0101-03

0 引言

新研制的飛機(jī)應(yīng)進(jìn)行包括飛行載荷試驗(yàn)、地面載荷試驗(yàn)、強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)等內(nèi)容的結(jié)構(gòu)飛行試驗(yàn)[1]，飛機(jī)飛行載荷驗(yàn)證試驗(yàn)是飛機(jī)設(shè)計(jì)定型過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)之一。任何新飛機(jī)的研制都以追求結(jié)構(gòu)重量更輕、性能更好和壽命更長(zhǎng)為目標(biāo)，準(zhǔn)確確定作用在飛機(jī)上的飛行載荷是高可靠性、高安全性飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，所以飛機(jī)飛行載荷實(shí)測(cè)驗(yàn)證在新機(jī)研制過(guò)程中具有非常重要的作用。為了實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的飛行載荷驗(yàn)證，國(guó)外20世紀(jì)四十年代就開始了飛機(jī)飛行載荷測(cè)量技術(shù)研究[2，3]，我國(guó)最新的國(guó)軍標(biāo)飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范GJB67A-2008中對(duì)飛機(jī)飛行載荷驗(yàn)證也做出了具體的規(guī)定[4]。國(guó)內(nèi)外在飛行載荷測(cè)量上有壓力測(cè)量方法、應(yīng)變法、變形法等，由于壓力測(cè)量法不好實(shí)施，通常采用應(yīng)變法，應(yīng)變法也是被認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的、唯一通用的載荷測(cè)量方法，得到了廣泛的應(yīng)用[5]。應(yīng)變法測(cè)量在載荷方程建立過(guò)程中通常先挑選應(yīng)變計(jì)，然后采用線性回歸求得方程。然而隨著飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜，由傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單梁式結(jié)構(gòu)發(fā)展到多墻結(jié)構(gòu)機(jī)翼、翼身融合結(jié)構(gòu)的飛機(jī)，電橋選取過(guò)程越來(lái)越復(fù)雜，完全靠人工挑選不再現(xiàn)實(shí)，且測(cè)量剖面電橋響應(yīng)的相關(guān)性給方程求解帶來(lái)了很大麻煩，學(xué)者們?cè)陔姌蜻x取中引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法做了一些探索，然而該方法的收斂性很大程度依賴于所選的參數(shù)組合。對(duì)此，本文提出了基于主成分分析的飛行載荷實(shí)測(cè)技術(shù)，減少了載荷方程建立過(guò)程中電橋挑選的繁瑣過(guò)程，且涵蓋了更多的電橋信息。

最終確定該剖面上飛行載荷方程對(duì)應(yīng)三個(gè)主分量的系數(shù)及三個(gè)方程的檢驗(yàn)誤差如表1所示，檢驗(yàn)彎矩、剪力及扭矩方程的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果時(shí)間歷程如圖1、圖2、圖3所示，圖中相應(yīng)載荷都除以最大值進(jìn)行了歸一化處理，由檢驗(yàn)誤差可知，彎矩、剪力方程精度都很高，唯有扭矩方程檢驗(yàn)誤差很大，這是由于飛機(jī)機(jī)翼本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加上校準(zhǔn)試驗(yàn)時(shí)由于條件所致加載載荷也不大，導(dǎo)致很難準(zhǔn)確測(cè)量出飛機(jī)機(jī)翼的扭矩。將提取飛行段數(shù)據(jù)代入載荷方程，求得所選對(duì)稱拉起飛行段飛行載荷時(shí)間歷程如圖4所示，圖中相應(yīng)載荷都除以當(dāng)時(shí)飛機(jī)總重進(jìn)行了處理。

4 結(jié)論

①本文首次將真實(shí)飛行過(guò)程中應(yīng)變計(jì)數(shù)據(jù)信息應(yīng)用到了載荷方程建立過(guò)程中，通過(guò)實(shí)例表明，該技術(shù)是可行的。

②解決了減少來(lái)回迭代選取應(yīng)變電橋的繁瑣過(guò)程，且通過(guò)飛行投影主軸重組校準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)相關(guān)性明顯削弱。

③本文只做了對(duì)稱機(jī)動(dòng)飛分析，其他復(fù)雜機(jī)動(dòng)的應(yīng)用推廣有待進(jìn)一步研究。

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