一种飞机翼面载荷校准区域加载试验方法

摘要

本发明属于飞机飞行试验结构载荷测量技术领域，具体涉及一种飞机翼面载荷校准试验方法。本发明提供一种飞机翼面载荷校准的区域加载试验方法，该试验方法包括：通过对翼面结构进行分析确定载荷工况内容的区域加载工况设计方法；根据加载工况使用加载装置与连接装置施加结构载荷的区域加载工况实施方法；采集记录载荷与应变数据建立载荷模型的数据采集与分析方法。

说明书

技术领域

本发明属于飞机飞行试验结构载荷测量技术领域，具体涉及一种飞机翼面载荷校准试验方法。

背景技术

飞机翼面载荷校准是飞行载荷测量的关键环节，通过对加装有载荷测量应变计电桥的翼面结构施加载荷，模拟飞机翼面在空中的真实受载情况，利用物理和数学方法分析试验数据，建立载荷模型的过程。通过校准试验的载荷模型，结合实际飞行中的测量的应变参数可以计算得到飞行载荷。

国内目前翼面载荷校准试验，通常使用点加载方式，即通过在结构关键点上施加集中载荷进行加载，这种加载方法存在一些不足：载荷量级受局部强度限制难以提高；加载面比较小，部分翼面没有载荷，与翼面结构真实受载差异较大；多点工况弯矩、剪力和扭矩耦合性强等。这些因素直接影响翼面载荷测量的精度。

为了解决点加载方式的缺陷，实现更真实的飞行载荷模拟工况，获得更高精度的测载模型，研究了一种飞机翼面载荷校准区域加载试验方法。

发明内容

本发明的目的：提供一种飞机翼面载荷校准区域加载试验方法，以解决翼面载荷校准试验的载荷施加问题。

本发明的技术方案：提供一种飞机翼面载荷校准区域加载试验方法，所述试验方法包括：

步骤1，区域加载工况设计：对待测翼面结构进行传力分析，分别确定待测翼面建模区域及验模区域的加载工况个数；

对待测翼面结构局部进行强度分析，确定待测翼面测载剖面的剪力、弯矩与扭矩限制载荷；根据待测翼面测载剖面的限制载荷，确定区域加载工况的加载位置及对应载荷大小和方向；

步骤2，区域加载工况实施：所述区域加载工况通过液压作动器连接垫板对待测翼面进行载荷施加；

步骤3，数据采集与分析：在对待测翼面进行试验加载时，实时同步记录待测翼面结构的应变响应及各区域加载工况的施加载荷；采用多元线性回归的方法建立待翼面结构的应变响应与施加的区域加载工况载荷的载荷模型。

进一步地，步骤1中，所述区域加载工况包括剪力、弯矩与扭矩加载工况。

进一步地，步骤1中，所述区域加载工况包括纯弯、纯扭、纯剪加载工况，用以减少多种载荷对结构应变计的耦合影响。

进一步地，区域加载工况为纯弯工况时，待测翼面所受的剪力与扭矩为0，弯矩为设计值，用于消除剪力、扭矩对测载剖面应变电桥的影响。

进一步地，区域加载工况为纯剪工况时，待测翼面所受的弯矩与扭矩为0，剪力为设计值，用于消除弯矩、扭矩对测载剖面应变电桥的影响。

进一步地，区域加载工况为纯扭工况时，待测翼面所受的剪力与弯矩为0，扭矩为设计值，用于消除剪力、弯矩对测载剖面应变电桥的影响。

进一步地，所述载荷模型的公式为，

其中，Q为剪力，M为弯矩，T为扭矩，ε

进一步地，对待测翼面结构进行传力分析，确定翼面结构的传力路径及翼面结构的应变计布置；并根据传力路径及应变计布置分别确定建模区域、验模区域的加载工况个数。

本发明的优点：

(1)区域加载工况量级大

通过杠杆传力方案，实现翼面区域加载，相比点加载方式，在翼面局部强度受限的情况下，通过增加加载面积，提高了加载量级，扩充了载荷模型的有效范围。

(2)区域加载工况利用率高

与点加载方式相比，区域加载方法可在翼面薄弱结构处实施有效加载，且加载面积较大，相同工况数量下覆盖翼面面积更大，更易于涵盖翼面结构所有传力路径，更接近真实翼面受载情况。

(3)区域加载工况种类多样

区域加载方法通过不同组合方式可实现纯弯、纯剪和纯扭加载工况，通过物理方式实现弯矩、剪力以及扭矩的载荷解耦，便于建立与验证载荷模型。区域加载试验方法，增加了加载量级，提高了工况利用率，简化了模型耦合度，有效提升了翼面载荷测量精度，且具有一定经济效应，可广泛应用于翼面载荷校准试验。

具体实施方式：

本实施例，提供一种飞机翼面载荷校准区域加载试验方法，可广泛用于飞机翼面载荷校准试验。

本方法具体包括以下内容：

(1)区域加载工况设计，对测载翼面结构进行传力分析，结合翼面结构应变计布置，确定结构传力路径及建模、验模区域加载工况；对翼面结构进行局部强度分析，结合测载剖面的剪力、弯矩与扭矩限制，确定加载区域位置与各个加载区域的载荷大小和方向。

(2)区域加载工况实施，根据各个区域的加载方向和载荷量级选择区域加载装置和连接装置；通过选取的加载装置与连接装置将载荷按工况准确施加到特定的翼面加载区域上。

(3)数据采集与分析，实时同步记录载荷工况施加过程中翼面结构的应变传感器响应与各加载区域的施加载荷；采用多元线性回归的方法建立翼面结构应变响应与施加的区域载荷的关系及载荷模型，用于飞行试验中实际飞行载荷的测量。

下面对本发明做进一步详细描述。本实施例，提供一种飞机翼面载荷校准区域加载试验方法，具体包括以下步骤：

步骤1：区域加载工况设计

对测载翼面结构进行传力分析，结合翼面结构应变计布置，确定结构传力路径及建模、验模区域加载工况个数；

对翼面结构局部进行强度分析，结合测载剖面的剪力、弯矩与扭矩限制，确定加载区域位置与各个加载区域的载荷大小和方向。

区域加载工况设计应遵循以下原则：

a)用于建模的区域加载工况涵盖待测翼面结构所有传力路径；

b)用于建模的区域加载工况不小于测载剖面应变电桥数；

c)区域加载工况最小量级大于测载剖面外的结构重量；

d)区域加载工况最大量级大于40％剖面限制载荷，弯矩和剪力均应达到相应的量值；用于确保应变计与施加的区域加载工况成线性关系；

e)区域加载工况加载总面积不小于翼面总面积的80％。

区域加载工况包含垂直于翼面的单区域加载及多区域加载，单区域加载明确加载区域中心点，面积，载荷量级，载荷方向(拉、压)，多区域加载明确每个加载区域中心点，面积，载荷量级，载荷方向以及合力点的位置、大小(拉正压负)，表述方式见表1

表1区域加载工况

翼面结构主要受载形式包括剪力(Q)、弯矩(M)和扭矩(T)，可通过多区域加载方法实现纯弯、纯扭、纯剪等加载工况，减少多种载荷对结构应变计的耦合影响，具体解耦工况如表2所示。本实施例，以机体坐标系为参考坐标系，其中，X、Y、Z分别表示航向、侧向、垂向坐标值；M2为加载区域面积；N表示加载工况载荷值。

以n区域加载工况为例，翼面所在平面为XOY，测载剖面为OY，刚轴所在直线为L(x，y)，加载区域中心点为(x

其中：

剪力

弯矩

扭矩

表2解耦工况类型

步骤2区域加载工况实施

区域加载通过液压作动器连接垫板对翼面结构进行载荷施加，根据加载面积和量级选择合适大小和数量的垫板，单块垫板直接与作动器连接，两块及以上垫板通过杠杆结构连接作动器，作动器与垫板间配有力传感器，确保设计区域加载工况准确施加到特定的翼面加载区域上。

每种加载工况的加载应包括预加载和正式加载，预加载一般加载至工况试验载荷的40％，进行一个循环，正式加载应加载至工况试验载荷的100％，至少进行两个循环。试验加载应分级进行，每级不大于最大试验载荷的20％。

加载顺序遵循从翼尖到翼根、加载区域数由少及多的顺序实施。

步骤3数据采集与分析

按工况加载顺序，使用载荷采集设备记录载荷工况施加过程中各加载区域的施加载荷，使用应变采集设备记录翼面结构待测载剖面的应变电桥响应；对载荷和应变数据进行同步实时合成、发送，统一记录。

实时分析数据的稳定性、重复性及线性度；计算每个应变电桥的响应系数，绘制响应系数曲线，分析电桥的载荷特性，选取对应载荷特性良好的电桥参与建立载荷模型；选取建模区域加载工况数据，采用多元线性回归或其他数学方法建立满足测载要求的载荷模型；选取未参与建模的验模区域加载工况数据对载荷模型进行检验。

一般，翼面结构的载荷方程为：

其中，ε