飛機(jī)飛行載荷實(shí)測(cè)技術(shù)分析

陸晨遜 常亮

摘? ?要：飛機(jī)飛行過(guò)程中需要進(jìn)行外栽荷測(cè)量，以此判斷結(jié)果的可靠性，判斷飛機(jī)飛機(jī)過(guò)程中的受載情況，并分析結(jié)果的正確性，以此優(yōu)化飛機(jī)的飛行結(jié)構(gòu)。本文分析了應(yīng)變法與壓力法兩種測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用原理、適用范圍、適用范疇等，應(yīng)變測(cè)量法主要校準(zhǔn)地面加載方式下的飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、起落架、尾翼等部件，壓力分布測(cè)量法使用壓力帶在襟翼、機(jī)翼、縫翼等翼面上按照氣流方向設(shè)置靜壓孔。應(yīng)變法主要運(yùn)用于飛機(jī)各部件載荷研究，壓力法主要運(yùn)用于飛機(jī)外表面氣動(dòng)力載荷分布情況的測(cè)量。應(yīng)變法實(shí)施較易，測(cè)量精度較高，壓力法運(yùn)用較為復(fù)雜，處理難度較大，經(jīng)濟(jì)性不足。進(jìn)而研究地面載荷標(biāo)定試驗(yàn)與試飛數(shù)據(jù)處理兩種載荷數(shù)值處理方式，為飛機(jī)的安全飛行提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)飛行? 載荷實(shí)測(cè)技術(shù)? 應(yīng)變法? 壓力法

中圖分類(lèi)號(hào)：V217+.32? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）12（a）-0002-02

1? 飛機(jī)飛行載荷實(shí)測(cè)技術(shù)

飛行載荷實(shí)測(cè)的進(jìn)行是在飛機(jī)整個(gè)飛行包線范圍下對(duì)飛機(jī)的各種受載情況進(jìn)行研究的技術(shù)，包括應(yīng)變法與壓力法兩種測(cè)量技術(shù)。

1.1 應(yīng)變測(cè)量法

應(yīng)變測(cè)量技術(shù)運(yùn)用中主要采取地面加載方式對(duì)飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、起落架、尾翼等部件進(jìn)行校準(zhǔn)，研究應(yīng)變計(jì)電橋響應(yīng)與測(cè)量部件載荷之間的關(guān)系。機(jī)翼剪力、彎矩、扭矩，機(jī)身扭矩、彎矩，活動(dòng)面較鏈力矩、垂直與水平方向上尾翼剪力、彎矩、扭矩等數(shù)值均可通過(guò)應(yīng)變計(jì)電橋響應(yīng)以及飛機(jī)實(shí)際飛行過(guò)程中的參數(shù)等數(shù)值而得到[1]。

1.2 壓力法測(cè)量法

壓力分布測(cè)量法運(yùn)用過(guò)程中使用壓力帶在襟翼、機(jī)翼、縫翼等翼面上按照氣流方向設(shè)置靜壓孔。在飛機(jī)飛行時(shí)，運(yùn)用測(cè)壓設(shè)備測(cè)量絕對(duì)靜壓基準(zhǔn)與壓力孔壓力之間的差值。壓力帶安裝過(guò)程中要求沿多個(gè)展向剖面進(jìn)行，要求其中翼面靜壓能夠較為均勻地分布。

積分壓力分布數(shù)據(jù)可通過(guò)氣動(dòng)載荷測(cè)算得到。這一測(cè)量方式具有一定的適用性，難以將其用于襟翼等結(jié)構(gòu)，壓力分布測(cè)量法則對(duì)此進(jìn)行了一定補(bǔ)充。

飛機(jī)各部件載荷可采用應(yīng)變法進(jìn)行測(cè)量，飛機(jī)外表面氣動(dòng)力載荷分布情況則運(yùn)用壓力法進(jìn)行測(cè)量[2]。從實(shí)施情況上判斷，應(yīng)變法實(shí)施較易，具有較高的測(cè)量精度，壓力法運(yùn)用中由于測(cè)壓改裝施工情況較為復(fù)雜，具有大量的數(shù)據(jù)，處理難度較大，經(jīng)濟(jì)性較為有限。因此在飛機(jī)各部件載荷測(cè)量過(guò)程中更多地運(yùn)用應(yīng)變法。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中要求對(duì)飛機(jī)機(jī)翼等測(cè)量對(duì)象進(jìn)行載荷標(biāo)定試驗(yàn)，以此在應(yīng)變電橋輸出碼與輸人載荷之間建立數(shù)值關(guān)系。將得到的分析結(jié)果運(yùn)用到飛機(jī)機(jī)翼等測(cè)量對(duì)象之中，并將這一結(jié)果轉(zhuǎn)換成載荷結(jié)果。

2? 載荷測(cè)量電橋

目前在飛機(jī)載荷測(cè)量中大量運(yùn)用的方式為電阻式應(yīng)變片，具有較廣的測(cè)量范圍，精度與靈敏度較高，具有較好的頻率響應(yīng)效果。運(yùn)用過(guò)程中首先要求將應(yīng)變片貼在關(guān)鍵部位與截面的正確位置之中，使其構(gòu)成惠斯頓電橋，在測(cè)試過(guò)程中一般具有以下幾種表現(xiàn)。第一，四個(gè)橋臂均具有效應(yīng)變片的全橋。第二，相對(duì)與相鄰橋臂中的半橋應(yīng)變片均有效。第三，一個(gè)橋臂中屬于具有與效應(yīng)變片的單臂橋。

若采用全橋4個(gè)應(yīng)變片均參與工作的方式，能夠達(dá)到較為良好的溫度補(bǔ)償效果，能夠提升測(cè)量電橋的抗干擾能力與穩(wěn)定性，靈敏度較高。在運(yùn)用過(guò)程中一般扭矩橋與剪力橋設(shè)置+45°/—45°片，拉壓橋與彎矩橋則使用0°/90°片。

3? 地面載荷標(biāo)定試驗(yàn)

部件在飛行中主要受載狀態(tài)的測(cè)量即為地面載荷標(biāo)定試驗(yàn)，要求地面加載試驗(yàn)飛機(jī)，記錄應(yīng)變電橋與施加載荷，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，在應(yīng)變電橋輸出與結(jié)構(gòu)載荷數(shù)值之間建立回歸關(guān)系，即為測(cè)量得到的剖面載荷方程。運(yùn)用應(yīng)變法測(cè)量飛機(jī)結(jié)構(gòu)載荷，以此判斷測(cè)量剖面的剪、彎、扭等載荷數(shù)值，完成載荷地面標(biāo)定試驗(yàn)之后再進(jìn)行載荷試飛[3]。

4? 載荷數(shù)值處理

載荷數(shù)值處理過(guò)程中要求同時(shí)進(jìn)行地面載荷標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與試飛數(shù)據(jù)處理兩種處理方式。

4.1 地面載荷標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

要求分析加裝的應(yīng)變計(jì)電橋橋響應(yīng)特性，并完成載荷標(biāo)定試驗(yàn)，選擇載荷方程的應(yīng)變計(jì)電橋，要求分析電橋的數(shù)據(jù)重復(fù)性、敏感性、有效性、線性。加載載荷在達(dá)到一定強(qiáng)度數(shù)值之后，應(yīng)變電橋逐漸改變?yōu)闊o(wú)效電橋，不敏感電橋中值變化不大，非線性區(qū)指的是不是線性變化區(qū)域，在三次重復(fù)測(cè)驗(yàn)之后均不重復(fù)的曲線則重復(fù)性不好。

研究中測(cè)量剖面的剪力、彎矩、扭矩，得出載荷方程。測(cè)量之后得到應(yīng)變數(shù)據(jù)樣本，回歸分析之后建立載荷方程，采用多線線性回歸分析方式，首先建立回歸方程，并估計(jì)方程中的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)值，對(duì)回歸方程中的各項(xiàng)回歸系數(shù)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)并進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，包括顯著性檢驗(yàn)與方差分析等。

4.2 試飛數(shù)據(jù)處理

對(duì)收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行試飛數(shù)據(jù)處理，采用預(yù)處理與二次處理。要求將收集到的參數(shù)碼值轉(zhuǎn)化為物理量，據(jù)此得出飛行起落中不同參數(shù)所需要的時(shí)間，以此進(jìn)行有效性檢查，針對(duì)其中不合格的數(shù)據(jù)堅(jiān)決予以報(bào)廢。同時(shí)組織補(bǔ)飛或重飛，對(duì)其進(jìn)行有效的誤碼檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的處理分析。

二次處理中需要運(yùn)用到計(jì)算關(guān)鍵部位應(yīng)力、應(yīng)變凈變化量、應(yīng)變初值、各剖面載荷、關(guān)鍵部位應(yīng)力等，并判斷應(yīng)力水平與載荷數(shù)值。實(shí)際嚴(yán)重受載工況條件下，得到的實(shí)際試飛數(shù)據(jù)一般比理論上最大值要小，不同研究數(shù)值具有足夠的安全余量。

載荷工況特征主要包括多點(diǎn)加載、單點(diǎn)加載、分布加載等形式，分別具有不同的運(yùn)用作用，在校驗(yàn)載荷方程方面主要運(yùn)用分布加載工況，電橋特性分析層面主要是通過(guò)單點(diǎn)加載工況實(shí)現(xiàn)，載荷方程的建立層面主要是由多點(diǎn)加載工況實(shí)現(xiàn)。

5? 結(jié)語(yǔ)

飛機(jī)在真實(shí)的飛行條件下受載情況可以通過(guò)載荷試飛得到，應(yīng)變法運(yùn)用中結(jié)合地面載荷標(biāo)定試驗(yàn)對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)建立載荷方程，將各項(xiàng)數(shù)值代入之后得出剖面載荷與關(guān)鍵部位，以此計(jì)算極限狀態(tài)下過(guò)載、極限動(dòng)壓、過(guò)載等數(shù)值，據(jù)此判斷飛機(jī)結(jié)構(gòu)安全性。據(jù)此判斷飛機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性、承載特性等，建立載荷數(shù)學(xué)模型并驗(yàn)證，分析并修訂地面試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及強(qiáng)度理論計(jì)算，對(duì)飛行試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證分析，關(guān)注飛機(jī)飛行過(guò)程中可能出現(xiàn)的負(fù)荷情況，并對(duì)其采取及時(shí)有效的應(yīng)對(duì)措施。

參考文獻(xiàn)

[1] 張海濤，張鵬程，李亞南.基于應(yīng)變法飛機(jī)起落架艙門(mén)載荷實(shí)測(cè)研究[J].現(xiàn)代機(jī)械，2018（1）：83-86.

[2] 曹準(zhǔn)，張青華，張俊國(guó)，等.飛機(jī)水載荷測(cè)試中的承力地板施工技術(shù)[J].建筑施工，2019，41（1）：106-109.

[3] 王澤峰，謝強(qiáng).某涵道式尾槳直升機(jī)垂尾載荷實(shí)測(cè)研究[J].工程與試驗(yàn)，2018，58（1）：24-26.