安裝框架地面標定方法研究

霍文輝，王勇彬

安裝框架地面標定方法研究

霍文輝1，王勇彬2

（1.中航飛機股份有限公司，陜西 西安 710089；2.空裝西安局某軍事代表室，陜西 西安 710089）

為了滿足外掛物的掛載要求，重新設(shè)計了安裝框架及連接結(jié)構(gòu)。對安裝框架標定方法進行研究，根據(jù)統(tǒng)計學(xué)理論，通過施加集中載荷，依據(jù)迭加原理獲取分布載荷，并對試驗數(shù)據(jù)進行多元線性優(yōu)化回歸，建立最優(yōu)的載荷-應(yīng)變方程，以提高飛機載荷實測的精度。

載荷實測；地面標定；載荷方程；標定試驗

1 引言

為了保障飛機結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性，需開展疲勞定壽工作，科學(xué)確定飛機使用壽命，優(yōu)化飛機檢修期，避免過度維修，優(yōu)化維護所需的人力、物力成本。載荷譜飛行實測是其中一項重要內(nèi)容。通過對飛機典型使用任務(wù)剖面的飛行實測，給出實際使用條件下的飛機載荷譜。飛機的載荷實測，目前主要采用應(yīng)變法，即在飛機主要傳力結(jié)構(gòu)粘貼應(yīng)變片組成測量電橋，根據(jù)應(yīng)變電橋輸出和所施加的載荷的對應(yīng)關(guān)系求出飛機的真實載荷。用這種方法測量載荷，應(yīng)先進行載荷地面標定。地面標定的目的是要建立載荷-應(yīng)變方程。

2 地面載荷標定原理

地面標定試驗的目的是通過在地面加載，記錄所施加載荷及對應(yīng)應(yīng)變電橋的輸出，通過回歸分析，建立結(jié)構(gòu)載荷和應(yīng)變電橋輸出的回歸關(guān)系，即各測量剖面的載荷方程。測量剖面的剪力、彎矩、扭矩通過應(yīng)變計電橋輸出表示如下：

式（1）中：11～33為回歸系數(shù)，即單位載荷引起的應(yīng)變電橋輸出應(yīng)變的大小。

式（1）也可用矩陣表示，如下所示：

[]=[]·[] （2）

如果|[]|≠0，則每個電橋的值不和其他電橋的值線性相關(guān)，則有：

[]=[]－1·[] （3）

式（3）為載荷實測標定方程，在實際飛行中，只要確定了應(yīng)變橋路的應(yīng)變值，可由式（3）計算出各飛行狀態(tài)下飛機承受的載荷。

地面標定的目的就是求出系數(shù)矩陣[]，根據(jù)應(yīng)變橋路的應(yīng)變值，用最小二乘法進行多元線性回歸即可求出[]。

令為M，Q，T中的，i（=1，2，3）分別為，，，則有隨機變量和確定量i的線性關(guān)系：

=11+22+33（4）

由極值原理可知，要使（5）式成立，則i應(yīng)滿足以下方程組：

由式（6）可得3個聯(lián)立的線性方程組，可求得i。依次類推即可求得Q，T所對應(yīng)的系數(shù)i，進而得到系數(shù)矩陣[]，得到載荷方程。

原始數(shù)據(jù)的檢驗主要是線性好壞的檢驗。為了檢查原始數(shù)據(jù)的線性，對每個電橋的輸出和相應(yīng)的載荷輸入作一元線性回歸分析，每次加載，載荷輸入和應(yīng)變輸出都應(yīng)符合=+。以各級加載的輸入輸出進行=+直線擬合，在進行標定數(shù)據(jù)擬合之前，要進行相關(guān)性的檢驗，根據(jù)以下公式判斷兩個變量之間線性關(guān)系的密切程度。

式（7）中：YY，XX，YX是與個數(shù)據(jù)點坐標（i，i）有關(guān)的量。

的絕對值越接近于1，說明兩個變量之間的線性相關(guān)程度越好。=+中，為待定常數(shù)，按照最小二乘法可由以下公式求出：

3 安裝框架載荷標定

安裝框架通過接頭與飛機連接，通過螺栓與掛架連接，外掛物與掛架連接。

為了獲取安裝框架及螺栓承受的載荷，地面標定分為三個階段：第一階段完成安裝框架的單獨標定，獲取安裝框架接頭的載荷分配；第二階段完成螺栓的載荷標定，獲取螺栓的載荷分配；第三階段完成安裝框架的整體標定，獲取安裝框架承受的總載荷。

3.1 標定載荷確定

通過有限元計算分析，確定合理的標定載荷，在保證結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)下，施加較大的標定載荷，以保證獲得的載荷方程對實測飛行中的高載荷有較高的外推精度。地面標定前，對加載點位置局部結(jié)構(gòu)、約束點位置局部結(jié)構(gòu)及標定載荷進行強度分析，保證飛機安全。

3.2 標定試驗數(shù)據(jù)采集

地面標定試驗時，為消除不同板卡、不同通道間的微小差異，需要固定參數(shù)在特定板卡及通道上，保證標定參數(shù)的設(shè)置與飛行實測參數(shù)的設(shè)置在相同板卡上的相同通道中，并且具有相同的電源激勵及增益。地面載荷標定時，不僅記錄應(yīng)變參數(shù)信號，而且將加載點的拉壓傳感器信號接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，實現(xiàn)載荷與應(yīng)變同步瞬時采集記錄。

3.3 標定試驗數(shù)據(jù)處理

為了實現(xiàn)標定輸入載荷和輸出應(yīng)變信號同步瞬時采集并圖形化實時顯示，采用C++編制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對采集實測數(shù)據(jù)進行實時處理，給出標定試驗數(shù)據(jù)處理擬合結(jié)果，直接判斷試驗數(shù)據(jù)的重復(fù)性、可靠性和線性規(guī)律，能夠保證加載試驗數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。

3.4 標定試驗數(shù)據(jù)有效性判斷

通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時顯示標定載荷及應(yīng)變，得出載荷-應(yīng)變曲線并實時顯示，對標定試驗數(shù)據(jù)進行誤差分析，通過判別加載標定的線性度及重復(fù)性，可以在一組標定工況完成后，直接判斷出標定數(shù)據(jù)是否合理有效。

3.5 地面標定要求

地面標定使用的測試設(shè)備、應(yīng)變計、導(dǎo)線等均應(yīng)嚴格按照相應(yīng)的進貨檢驗規(guī)程進行檢驗，測試傳感器均應(yīng)進行精度校準，確認質(zhì)量合格后才可使用。

地面標定各崗位人員均應(yīng)經(jīng)過培訓(xùn)合格，確保熟悉試驗流程。試驗過程應(yīng)嚴格按照研究所相應(yīng)的檢驗規(guī)程進行過程檢驗。地面標定應(yīng)實行必要的保護措施，確保飛機安全無損，試驗資料準確可靠。

加載前應(yīng)對試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、加載工裝夾具狀態(tài)檢查。多點協(xié)調(diào)加載試驗前，各加載點均應(yīng)單獨試加載，以驗證加載設(shè)備、記錄設(shè)備是否正常。

載荷標定試驗記錄前，均預(yù)試加載，消除結(jié)構(gòu)間隙，卸載后正式標定；約束載荷應(yīng)預(yù)先施加，以穩(wěn)定飛機狀態(tài)，平衡載荷與標定載荷同時施加，協(xié)調(diào)一致，載荷穩(wěn)定后進行記錄采集。各加載工況應(yīng)分級緩慢進行加載。

3.6 安裝框架單獨標定

通過螺栓，將安裝框架固定在試驗夾具上，在安裝框架與飛機連接接頭處選擇一個測試切面進行應(yīng)變計粘貼，對接頭施加航向載荷、側(cè)向載荷和垂向載荷。

3.7 安裝框架螺栓標定

通過螺栓假件，制作一個工藝螺栓穿過螺栓孔，在工藝螺栓下端引出加載點，施加向下的拉力。分別標定螺栓。

3.8 安裝框架整體標定

在安裝框架上布置應(yīng)變橋路，設(shè)計外掛物假件，通過在外掛物假件施加標定載荷，對安裝框架整體標定，通過整體標定，獲取安裝框架承受的總載荷。

4 結(jié)論

通過安裝框架單獨標定和整體標定，完成載荷譜飛行實測后能夠獲取安裝框架接頭和螺栓的載荷分配和承受的總載荷；系統(tǒng)可視化同步加載載荷監(jiān)控功能，通過載荷與應(yīng)變的同步瞬時采集的工作模式保證了載荷與應(yīng)變之間的同步，確保輸入和輸出的對應(yīng)關(guān)系；采用C++編制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了標定輸入載荷和輸出應(yīng)變信號同步瞬時采集及圖形化實時顯示，直接判斷試驗數(shù)據(jù)的重復(fù)性、可靠性和線性規(guī)律，保證加載試驗數(shù)據(jù)真實性和可靠性。

［1］閆楚良，張書明，桌寧生.飛機機翼結(jié)構(gòu)載荷測量試驗力學(xué)模型與數(shù)據(jù)處理［J］.航空學(xué)報，2000，21（1）：56-59.

［2］段垚奇，劉克格，趙麗楠.飛機載荷標定試驗數(shù)據(jù)的多元回歸選元方法［J］.振動、測試與診斷，2015，35（1）：178-182.

［3］蔣祖國，田丁栓.飛機結(jié)構(gòu)載荷/環(huán)境譜［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

V216

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.028

2095－6835（2020）01－0082－02

霍文輝（1983—），男，高級工程師，主要從事飛機疲勞強度設(shè)計工作。王勇彬（1979—），男，高級工程師，主要從事航空機械專業(yè)工作。

〔編輯：嚴麗琴〕