陳騏 王興波 金學(xué)良 吳強(qiáng) 曾憲忠

摘 要：鐵鳥是民用飛機(jī)研制過程中關(guān)鍵試驗(yàn)設(shè)施之一，主要用于民用飛機(jī)單系統(tǒng)及復(fù)雜交聯(lián)系統(tǒng)的研發(fā)和適航驗(yàn)證，是集成試驗(yàn)的重要組成部分。該文介紹了從滿足鐵鳥機(jī)翼外段的基本設(shè)計(jì)要求出發(fā)，綜合考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、尺寸設(shè)計(jì)要求，材料選擇、安裝設(shè)計(jì)要求等因素，在設(shè)計(jì)與驗(yàn)證階段，進(jìn)行了自振頻率計(jì)算、靜強(qiáng)度計(jì)算等優(yōu)化設(shè)計(jì)。完成鐵鳥加工制造并開展了副翼舵面的頻響試驗(yàn)，滿足設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)試驗(yàn)的開展和型號(hào)取證工作奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：鐵鳥 適航驗(yàn)證 機(jī)翼外段 頻響試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：V216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（c）-0050-02

鐵鳥是用于飛控系統(tǒng)重要驗(yàn)證平臺(tái)之一，鐵鳥綜合試驗(yàn)也是系統(tǒng)集成試驗(yàn)的重要組成部分。由于試驗(yàn)條件與真實(shí)狀態(tài)接近，鐵鳥上各活動(dòng)面的運(yùn)動(dòng)行程、速率可達(dá)到與飛機(jī)相同，從而，在地面模擬試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果能反映飛機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能。通過鐵鳥考核飛機(jī)在空載、加載、故障等不同狀態(tài)下，各系統(tǒng)（飛控、液壓、供配電等）的功能、性能是否符合設(shè)計(jì)指標(biāo)和適航要求，為民用飛機(jī)的試飛和投入航線運(yùn)營提供技術(shù)支撐。鐵鳥的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的前提。

1 鐵鳥機(jī)翼外段的基本設(shè)計(jì)要求

1.1 基準(zhǔn)選取

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為飛機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系，各部分設(shè)計(jì)以此為基準(zhǔn)。弦線（弦平面和梁平面交線）和激光點(diǎn)作為安裝基準(zhǔn)，相關(guān)要求需要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮。機(jī)翼外段需要保證結(jié)構(gòu)試驗(yàn)件安裝面，前后梁表面都采用了焊后加工面的方式保證光潔度和平面度。為了實(shí)現(xiàn)按飛機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)準(zhǔn)確安裝鐵鳥機(jī)翼及垂尾，可采取一些工藝手段，在鐵鳥機(jī)翼前、后梁平面及垂尾梁平面加工4～6個(gè)激光孔，分別在梁平面的弦線上及弦線外加工激光孔，以便保證鐵鳥機(jī)翼前、后梁安裝和調(diào)試。

1.2 尺寸設(shè)計(jì)要求

臺(tái)架需要盡可能真實(shí)地模擬飛機(jī)狀態(tài)，系統(tǒng)件、結(jié)構(gòu)件（支架和舵面等）、液壓管路、電纜等都采用了和飛機(jī)一致的真件，考慮到安裝與維護(hù)要求，鐵鳥機(jī)翼前后梁按飛機(jī)實(shí)際的機(jī)翼前后梁位置布置，關(guān)鍵尺寸按照與飛機(jī)1：1的比例設(shè)計(jì)。

1.3 臺(tái)架材料的選擇

鐵鳥結(jié)構(gòu)材料除要滿足使用上的機(jī)械性能，安裝制造的焊接性能、機(jī)械切削加工特性外，還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)性，盡量采用貨架產(chǎn)品（槽鋼、角鋼、方管、板材）?？紤]到機(jī)翼外段實(shí)際需求（強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)形式），采用Q235低碳鋼作為主要材料（可用于替代飛機(jī)大部分鋁合金板材、型材的受力構(gòu)件），槽鋼作為機(jī)翼外段前后梁、選用板材作為前后梁連接件，方管作為立柱主體。

1.4 安裝設(shè)計(jì)要求

鐵鳥機(jī)翼外段設(shè)計(jì)需要考慮副翼的加載，除強(qiáng)度之外，由于加載作動(dòng)器的安裝可能帶來與臺(tái)架干涉問題，依據(jù)原理圖以及作動(dòng)器、加載接頭的尺寸結(jié)合鐵鳥機(jī)翼外段臺(tái)架對(duì)加載機(jī)構(gòu)做運(yùn)動(dòng)分析。

鐵鳥機(jī)翼外段設(shè)計(jì)還需要考慮結(jié)構(gòu)試驗(yàn)件系統(tǒng)試驗(yàn)件的安裝，試驗(yàn)件大部分都直接安裝于前后梁上，以副翼為例，其含有5個(gè)懸掛支架與2個(gè)作動(dòng)器支架，由于鐵鳥后梁采用的是槽鋼，表面精度不能保證，采用疊加一層安裝板，利用焊后加工的方式，保證平面度與粗糙度，真正做到與飛機(jī)設(shè)計(jì)一致。機(jī)翼外段設(shè)計(jì)還綜合考慮了管路、電纜、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝、測(cè)試設(shè)備的使用，保證實(shí)用性。

1.5 臺(tái)架與地基預(yù)埋板的連接

臺(tái)架通過其每個(gè)立柱連接的預(yù)埋鋼板上焊接8個(gè)螺柱作整個(gè)立柱上下調(diào)節(jié)——無級(jí)調(diào)節(jié)，保證立柱上平面的同一水平面精度很高，該方案實(shí)施時(shí)需要立柱下法蘭需要二次灌漿。

2 設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

按照飛機(jī)設(shè)計(jì)要求，安裝全尺寸的試驗(yàn)件之后臺(tái)架需要保證足夠的強(qiáng)度、剛度（包括臺(tái)架機(jī)翼外段的固有頻率），以保證安全（人身、設(shè)備、儀器等）。

鐵鳥機(jī)翼外段的設(shè)計(jì)需要考慮加載方式、加載點(diǎn)以及連接件/傳力件的安裝，同時(shí)加載載荷也是鐵鳥機(jī)翼外段強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)；舵面和作動(dòng)器的支撐剛度需模擬飛機(jī)真實(shí)支撐剛度，可采用飛機(jī)真實(shí)舵面懸掛支臂和作動(dòng)器支架來近似模擬支撐剛度。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行了如下4種方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)，見圖1。

強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果表明，方案3和4（6根立柱、前后立柱加橫檔，加斜撐）的方式較好，考慮到美觀與實(shí)用性，選用方案4。對(duì)方案4做了一定的優(yōu)化（斜撐角度、橫檔大小法蘭、加載支撐），機(jī)翼外段自振頻率有了明顯的提高，各階自振頻率又遠(yuǎn)離副翼旋轉(zhuǎn)頻率f1，滿足設(shè)計(jì)要求。

對(duì)機(jī)翼外段進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算分析。依據(jù)設(shè)計(jì)行程，副翼上偏25°為臺(tái)架受力最嚴(yán)重情況，取安全系數(shù)為2，最大VON MISES應(yīng)力為233MPa，位于后梁腹板開口處。鐵鳥左機(jī)翼段外段選用材料為Q235，屈服極限為235MPa，強(qiáng)度極限為380MPa。因此機(jī)翼外段詳細(xì)設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)滿足靜強(qiáng)度要求。

鐵鳥臺(tái)架本體制造與安裝之后，再配套舵面、作動(dòng)器、各系統(tǒng)試驗(yàn)件、液壓源等，開展副翼舵面的頻率響應(yīng)試驗(yàn)，來驗(yàn)證剛度設(shè)計(jì)是否符合要求，試驗(yàn)原理圖如圖2所示。

由動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀35670A發(fā)出線性掃頻信號(hào)，信號(hào)的幅值為0.5°（舵面偏度，±0.5°范圍內(nèi)可調(diào)），信號(hào)的頻率范圍為0.1～40Hz （可提高頻率范圍下限至1Hz），線性掃頻，掃頻步長為0.1Hz，每個(gè)頻率點(diǎn)重復(fù)三個(gè)周期以上。信號(hào)經(jīng)作動(dòng)系統(tǒng)控制柜發(fā)送指令操縱舵面運(yùn)動(dòng)，由數(shù)采測(cè)試傳感器為反饋信號(hào)，得到系統(tǒng)頻率特性。

依據(jù)某型號(hào)飛機(jī)主飛控系統(tǒng)作動(dòng)器顫振抑制要求，在有且僅有一個(gè)作動(dòng)器正常工作情況下，副翼旋轉(zhuǎn)頻率要求不小于f1。副翼掃頻過程中，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析在信號(hào)頻率達(dá)到26.6Hz及35.5Hz左右時(shí)，臺(tái)架有明顯的振動(dòng)，因此實(shí)際機(jī)翼外段的一階頻率為26.6Hz，二階頻率為36.5Hz。經(jīng)分析， 26.6HZ3 結(jié)語

鐵鳥的研制、設(shè)計(jì)工作是和飛機(jī)的本體研制、設(shè)計(jì)工作密不可分的，并受其牽制和制約。鐵鳥機(jī)翼外段的研制、設(shè)計(jì)是一個(gè)循序漸進(jìn)和逐步深化、細(xì)化的過程。在安裝各種飛行控制面、飛控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)等以及自身臺(tái)架安裝時(shí)，需要統(tǒng)籌規(guī)劃，該研究對(duì)指導(dǎo)臺(tái)架設(shè)計(jì)工作具有重要的工程實(shí)踐意義。

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