淺談飛機擾流板靈活性試驗驗證方法

陳昊龍，杜 娟，韓學(xué)禮

（中航飛機漢中飛機分公司，陜西?漢中?723000）

擾流板主要功能為輔助操縱系統(tǒng)提供起飛、著陸的增升動力和增加在地面或飛行中的氣動阻力，改善飛機的操縱性能。為保證擾流板能夠正常工作，需對擾流板的靈活性[1]進行驗證。

飛機在起飛、滑跑、空中執(zhí)行科目及著陸過程中，機翼、擾流板均承受氣動載荷、慣性載荷，受載后機翼、擾流板結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。飛機在飛行過程中需操縱擾流板進行偏轉(zhuǎn)，機翼在氣動載荷作用下發(fā)生變形[2]，擾流板結(jié)構(gòu)跟隨機翼也發(fā)生變形。同時，擾流板在氣動載荷作用下也發(fā)生變形，這兩種變形對擾流板操縱的影響無法評估，也沒有相關(guān)的飛行數(shù)據(jù)和使用經(jīng)驗，需對擾流板空中飛行時操縱品質(zhì)進行研究。

傳統(tǒng)的方法是先通過鐵鳥試驗臺，對操縱系統(tǒng)的可靠性進行驗證，但是未考慮機翼變形對舵面的影響；其次，通過科研試飛來驗證舵面結(jié)構(gòu)設(shè)計是否滿足飛機指標要求。但是周期長，成本高，且一旦出現(xiàn)問題，需要對舵面結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，嚴重影響科研工作的進度，還會產(chǎn)生很大的損失。因此，迫切需要一種簡便、實用的地面驗證結(jié)合的方法，來驗證結(jié)構(gòu)變形對調(diào)整片操縱的影響，故需進行擾流板操縱靈活性設(shè)計與驗證[3]。目前，國內(nèi)開始研究舵面靈活性的設(shè)計及驗證工作，對試驗方法、試驗合格判據(jù)等方面逐步摸索。

本文以擾流板為例，研究了擾流板靈活性試驗，給出了試驗方法，合格判據(jù)并對試驗數(shù)據(jù)進行分析。

1??試驗設(shè)計方法

1.1??試驗件及支持方式

擾流板操縱靈活性驗證試驗采用前、后端蓋懸空支持方式，共設(shè)置6個約束點：垂向3個（前端蓋1個，后端蓋2個），可提供垂向、俯仰和滾轉(zhuǎn)約束；航向2個（后端蓋左右各1個），提供航向、偏航約束；側(cè)向1個（后端蓋），以提供側(cè)向約束。在此支持狀態(tài)下，飛機呈靜定約束。

1.2??試驗載荷及載荷施加方法

擾流板操縱靈活性驗證試驗載荷包括機翼、擾流板載荷及機身載荷。機身載荷主要用來配平機翼和擾流板載荷。試驗載荷按力的等效原則進行簡化合并，轉(zhuǎn)化為可實施載荷形式。試驗載荷需要扣除飛機結(jié)構(gòu)重量、加載設(shè)備重量。

試驗機機身、機翼及擾流板載荷采用膠布帶杠桿系統(tǒng)進行加載。垂向向下加載點采用承力地坪承載，機翼垂直向上載荷由龍門架進行承載，同時承載框架解決試驗機工作平臺、檢查平臺、試驗設(shè)備和油路、線槽系統(tǒng)安裝等問題。

試驗加載設(shè)備主要為液壓作動筒和測力傳感器、傾角傳感器，試驗加載控制誤差不大于1%。

試驗前擾流板操縱控制盒連接電源，作動器充電供壓。試驗時，施加機身、機翼及擾流板載荷；通過作動器操縱擾流板，同步采集擾流板偏轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)。

1.3??試驗測量

擾流板靈活性驗證試驗在擾流板結(jié)構(gòu)安裝應(yīng)變片，采用BE系列應(yīng)變片。通過應(yīng)變測量，了解和監(jiān)控在試驗加載過程中擾流板安裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平，驗證理論計算的準確性為后續(xù)理論設(shè)計提供依據(jù)。此外，安裝了電流型拉繩式位移傳感器、偏角傳感器，實時了解擾流板安裝結(jié)構(gòu)的變形、擾流板偏轉(zhuǎn)角度變化情況，為分析擾流板操縱靈活性提供依據(jù)。

試驗中應(yīng)變和位移采用ST18采集系統(tǒng)自動、同步采集；角度數(shù)據(jù)采集使用協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)，采樣頻率不低于20Hz；加載控制系統(tǒng)能對角度進行實時自動、同步采集，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測量誤差不大于1%。

試驗中，機身、機翼及擾流板載荷施加到目標值，通過作動器操縱擾流板，同步采集擾流板偏轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)。

1.4??試驗順序

擾流板操縱靈活性驗證試驗按照單點調(diào)試、擾流板空載操縱靈活性檢查、預(yù)試、80%使用載荷試驗、100%使用載荷試驗的步驟進行。

試驗各加載點安裝完成后進行單點調(diào)試，確保各加載點安裝正確，系統(tǒng)線路正確，加載點跟隨性、穩(wěn)定性符合要求；檢查試驗機在空載狀態(tài)試驗過程，確保加載無異常，擾流板在偏轉(zhuǎn)過程中無卡滯現(xiàn)象；預(yù)試主要檢查試驗各系統(tǒng)運行情況。當(dāng)各系統(tǒng)運行正常，加載控制系統(tǒng)參數(shù)合理，保護措施穩(wěn)妥，加載卸載正常，進行80%使用載荷試驗、100%使用載荷試驗。

1.5??合格判據(jù)

機翼、擾流板施加規(guī)定的載荷，操縱擾流板偏轉(zhuǎn)，應(yīng)能達到規(guī)定的偏轉(zhuǎn)角度，偏轉(zhuǎn)過程中不應(yīng)有明顯的卡滯現(xiàn)象，擾流板偏角—時間曲線應(yīng)光滑、連續(xù)。

在試驗過程中，對應(yīng)變、位移按照試驗加載程序同步進行了測量，保證載荷與應(yīng)變、位移試驗數(shù)據(jù)的一致性。

2??試驗過程

2.1??擾流板空載操縱靈活性檢查

擾流板操縱控制盒連接電源，作動器充電供壓，擾流板處于0°。試驗前進行擾流板空載狀態(tài)操縱靈活性檢查，操縱1～4號擾流板作動器控制盒，使擾流板依次偏轉(zhuǎn)至55°，然后按55°偏轉(zhuǎn)至0°，共3次，觀察記錄有無卡滯等異常情況出現(xiàn)，同步采集偏轉(zhuǎn)角度情況。

2.2??使用載荷 80% 情況試驗

擾流板操縱控制盒連接電源，作動器充電供壓，擾流板處于指定位置。例如擾流板初始位置為擾流板偏角40°，機身、機翼載荷以5%為步長，逐步加載至使用載荷的80%，擾流板載荷人工逐級加載至80%，保載，同步采集應(yīng)變、位移情況。

操縱1號擾流板控制盒使擾流板依次偏轉(zhuǎn)，觀察記錄有無卡滯等異常情況，同步采集偏轉(zhuǎn)角度情況。

1號擾流板單獨試驗完成后，依次對2號、3號、4號擾流板進行相同步驟試驗。試驗完成后卸載，對試驗件、試驗設(shè)備進行檢查。

2.3??使用載荷 100% 情況試驗

擾流板操縱控制盒連接電源，作動器充電供壓，擾流板處于指定位置。機身、機翼載荷以5%為步長，逐步加載至使用載荷的100%，擾流板載荷人工逐級加載至100%，保載，同步采集應(yīng)變、位移情況。

操縱1號擾流板控制盒使擾流板依次偏轉(zhuǎn)，觀察記錄有無卡滯等異常情況，同步采集偏轉(zhuǎn)角度情況。以上步驟重復(fù)3遍，1號擾流板單獨試驗完成后，依次對2號、3號、4號擾流板進行相同步驟試驗。試驗完成后卸載，對試驗件、試驗設(shè)備進行檢查。

3??擾流板靈活性驗證結(jié)果分析

擾流板操縱靈活性驗證試驗各情況在擾流板偏轉(zhuǎn)過程中，同步進行了擾流板偏轉(zhuǎn)角度測量。繪制擾流板使用載荷試驗擾流板偏轉(zhuǎn)角度—時間曲線。根據(jù)擾流板偏轉(zhuǎn)過程中，擾流板轉(zhuǎn)動機構(gòu)有無卡滯現(xiàn)象確定試驗結(jié)果。某情況下擾流板偏轉(zhuǎn)角度—時間曲線如圖1～圖3所示。

圖1 空載操縱靈活性檢查試驗擾流板偏轉(zhuǎn)角度—時間曲線

圖2 80%使用載荷試驗擾流板偏轉(zhuǎn)角度—時間曲線

圖3 100%使用載荷試驗擾流板偏轉(zhuǎn)角度—時間曲線

在試驗過程中，對應(yīng)變、位移按照試驗加載程序同步進行了測量，保證了載荷與應(yīng)變、位移試驗數(shù)據(jù)的一致性，數(shù)據(jù)采集同時進行了實時顯示和分析。試驗加載到最終載荷時，試驗位移—載荷曲線、應(yīng)變—載荷曲線線性好，整個試驗測量結(jié)果真實、可信。

若操縱擾流板偏轉(zhuǎn)，應(yīng)能達到規(guī)定的偏轉(zhuǎn)角度，且偏轉(zhuǎn)過程中無明顯的卡滯現(xiàn)象，偏轉(zhuǎn)角度—時間曲線光滑、連續(xù)，且試驗結(jié)束后結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)可見有害永久變形，則擾流板靈活性復(fù)合要求。

4??結(jié)論

通過擾流板試驗數(shù)據(jù)結(jié)果分析可知，試驗試驗方法合理性、試驗過程準確，擾流板偏轉(zhuǎn)角度—時間曲線光滑、連續(xù)，擾流板靈活性滿足設(shè)計要求。同時，擾流板靈活性試驗方法、過程及判據(jù)為后續(xù)的舵面設(shè)計及舵面靈活性試驗設(shè)計提供了依據(jù)。