飞机副翼载荷实测地面标定方法.pdf

飞机副翼载荷实测地面标定方法杜晓坤刘克格郭毓博韩聪玲(北京飞机强度研究所北京)摘 要:针对某运输类飞机副翼的结构及受力特点确定了应变片粘贴位置及组桥方式设计了标定加载试验运用多元回归方法建立了载荷标定方程并进行了试验验证确保后续飞机副翼载荷飞行实测结果的准确性为副翼结构的定寿延寿及可靠性设计提供了重要依据关键词:副翼结构载荷实测标定中图分类号:.文献标志码:./.():.:收稿日期 作者简介 杜晓坤()男硕士工程师研究方向:结构可靠性基金项目 国家自然科学基金项目()资助 引 言副翼是指安装在机翼翼梢后缘外侧的可动的翼面作为飞机的主操作舵面其飞行过程的载荷实测对飞机疲劳寿命确定具有重要意义 目前最常用的载荷实测方法为应变法该方法广泛应用于飞机结构的载荷实测中 本文针对某运输类飞机副翼的结构确定了应变片粘贴位置及其组桥方式设计了标定加载试验运用多元回归方法建立了载荷标定方程并进行了试验验证确保后续飞机副翼载荷飞行实测结果的准确性为副翼结构的定寿延寿及可靠性设计提供了重要依据 副翼结构受力分析以某运输类飞机副翼结构为例针对其结构特点进行受力分析 副翼舵面与 个连接在机翼后梁的悬挂支臂铰接由 个液压作动筒操纵副翼舵面沿旋转轴线转动副翼结构示意图如图 所示副翼舵面坐标系规定:轴方向为悬挂支臂中性面与副翼基准面交线且指向逆航向为正 轴方向为副翼舵面旋转轴线且指向右侧为正 轴与 平面垂直且符合右手定则副翼舵面在飞机飞行过程中承受由惯性载荷和气动载荷引起的 向载荷、向载荷、向载荷、扭矩、弯矩以及扭矩 其中主要为副翼在 向的惯性载荷由于副翼舵面 向过载很小且舵面本身重量较轻在工程处理中不考虑 和 的影响副翼舵面承受的载荷均由悬挂支臂和操纵液压作动筒传递到机翼因此副翼舵面载荷可分解为悬挂支臂的 向拉压载荷、向剪力(为 个悬挂支臂编号)以及操纵液压作动筒轴向力 即副翼舵面载荷可表达为:图 副翼结构示意图 ()()()()其中 为操纵液压作动筒轴线与 轴的夹角为 悬挂支臂在副翼舵面的铰接点到 轴的距离为操纵液压作动筒在副翼舵面的铰接点到 轴的距离为操纵液压作动筒轴线与副翼舵面旋转轴线的距离根据载荷实测应变片粘贴要求应变片粘贴在应变输出高且稳定的位置处最理想应避开应力集中位置 副翼.工程与试验 .舵面为操纵舵面应变片粘贴位置要尽可能远离铰接处以免影响副翼舵面操纵 由于副翼 个悬挂支臂结构相似以其中 个副翼悬挂支臂上应变计布置情况为例在悬挂支臂上选取 个测量截面作为载荷测量应变片粘贴位置测量截面 为剪力测试截面为拉压测试截面为弯矩测试截面 为排除飞行实测时温度的干扰并得到较高的信号输出每个截面均采用惠斯通电桥组桥方式且应变片粘贴位置和角度应尽可能消除非测量载荷的影响 悬挂支臂测试电桥设计如图()所示 副翼舵面操纵液压作动筒以铰接的方式与副翼舵面和机翼后梁连接因此可看作只承受拉压载荷的二力杆在液压作动筒接头处选取 个测量截面粘贴应变片分别组成惠斯通电桥用于测试副翼舵面操纵液压作动筒的拉压载荷 操纵液压作动筒测试电桥设计如图()所示()悬挂支臂测试电桥设计示意图()操纵液压作动筒测试电桥设计示意图图 测试电桥设计示意图 标定加载试验及数据处理.副翼结构标定加载试验为进行副翼结构载荷实测应变片粘贴完成后需要建立输入载荷与输出应变的关系即确定载荷标定方程中输出应变的标定系数 在实际载荷测量中各应变电桥很难完全消除非测量载荷的干扰因此所测量的载荷不仅仅由单一的应变电桥输出确定故对每个悬挂支臂进分别设计了 向、向单向加载以及 两向复合加载每个悬挂支臂均设计了 个加载工况每个工况分 级进行加载 副翼悬挂支臂加载工况如表 所示 标定加载时拆除副翼舵面通过加载液压作动筒对悬挂支臂铰接点进行加载如图 所示表 副翼悬挂支臂加载工况悬挂支臂编号工况 向/向/图 副翼悬挂支臂标定试验示意图 操纵液压作动筒标定加载试验可在其装机之前进行单独标定对操纵液压作动筒施加沿轴向的拉向和压向载荷.标定加载试验数据处理标定加载试验数据采用多元线性回归方法进行处理通常进行标定加载试验时若结构上作用有某一力系应变测量电桥中任何一个信号等于这个力系内每个力单独作用下的信号总和 在完成副翼悬挂支臂标定加载试验后可得到下列向量:其中为 悬挂支臂 向载荷 为 悬挂支臂 向载荷为 悬挂支臂的剪力应变电桥输出信号 为悬挂支臂的拉压应变电桥输出信号 为 悬挂支臂的弯矩应变电桥输出信号对标定加载试验数据采用多元线性回归处理可得出应变输出和载荷输入之间的关系即载荷标定方程:()得到各悬挂支臂的标定系数 后便可由飞行实测时各应变电桥输出计算出副翼悬挂支臂所受载荷 同理得到副翼操纵液压作动筒的拉向载荷标定系数 即可计算出操纵液压作动筒所承受的拉压载荷()其中为 测量截面测试电桥输出信号为 测量截面测试电桥输出信号经过处理、结果为:.杜晓坤等:飞机副翼载荷实测地面标定方法 地面标定验证试验为验证副翼载荷实测地面标定方法的有效性设计了验证试验 验证试验通过真空负压加载系统对副翼舵面直接施加舵面法向载荷根据副翼舵面使用情况分 种副翼舵面状态构型进行试验验证即副翼舵面处于向上极限位置、中立位置和向下极限位置 每种构型设计了 种验证工况进行验证试验 种验证工况根据 轴压心位置分别对应的是近压心、中压心和远压心 将验证试验得到的输出应变代入到每个悬挂支臂和操纵液压作动筒各自的载荷标定方程中得到悬挂支臂的 向拉压载荷、向剪力 ()及液压作动筒轴向力 再根据式()式()便可计算出副翼舵面载荷试验验证结果见表 表 试验验证结果副翼舵面状态验证工况/加载值计算值误差/加载值计算值误差/加载值计算值误差/加载值计算值误差向上极限位置 中立位置 向下极限位置 副翼舵面处于中立位置时的值较小测试电桥在小载荷情况下信号输出不稳定会造成结果误差偏大此时 对副翼结构的疲劳寿命不产生影响故未计入表 所示的试验验证结果中 对于其余工况结果由实际加载载荷与计算载荷对比可以看出、及 的实际加载值与计算值误差均保持在以内说明副翼载荷实测地面标定方法可靠有效可以满足工程测试要求 结 论()根据飞机副翼结构和受力特点讨论了通过悬挂支臂和操纵液压作动筒进行副翼结构载荷测试的方法确定了悬挂支臂和操纵液压作动筒应变片粘贴位置和组桥方式()通过标定加载试验利用多元回归方法建立了载荷标定方程为后续副翼结构的飞行载荷实测打下了基础()设计了副翼载荷实测地面标定验证试验结果误差满足工程应用要求证明了副翼载荷实测地面标定方法的有效性为其他飞机副翼及类似结构的载荷实测提供了参考参考文献刘文珽.结构可靠性手册.北京:国防工业出版社:.王细洋.航空概论.北京:航空工业出版社:.():.:.闫楚良.飞机载荷谱实测技术与编制原理.北京:航空工业出版社:.蒋祖国田丁栓周占廷.飞机结构/环境谱.北京:电子工业出版社:.刘克格闫楚良张书明.飞机主起落架载荷谱实测的台架标定.吉林大学学报(工学版)():.韩小进庞晶晶刘柳等.复合材料垂尾表面应变计粘贴技术.科学技术与工程():.刘彦鹏刘克格张书明等.有起落架布置的三角翼载荷测试技术研究.振动、测试与诊断():.宾仕博熊耀志高停等.液压管件载荷标定试验及多元线性回归分析.机械工程学报():.工程与试验欢迎投稿投稿邮箱:.或 .联 系 人:王暖春 联系电话:工程与试验 .