霍文輝，王勇彬

安裝框架地面標(biāo)定方法研究

霍文輝1，王勇彬2

（1.中航飛機(jī)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(jì)了安裝框架及連接結(jié)構(gòu)。對(duì)安裝框架標(biāo)定方法進(jìn)行研究，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，通過(guò)施加集中載荷，依據(jù)迭加原理獲取分布載荷，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)載荷實(shí)測(cè)的精度。

載荷實(shí)測(cè)；地面標(biāo)定；載荷方程；標(biāo)定試驗(yàn)

1 引言

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

2 地面載荷標(biāo)定原理

地面標(biāo)定試驗(yàn)的目的是通過(guò)在地面加載，記錄所施加載荷及對(duì)應(yīng)應(yīng)變電橋的輸出，通過(guò)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(cè)量剖面的載荷方程。測(cè)量剖面的剪力、彎矩、扭矩通過(guò)應(yīng)變計(jì)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(gè)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(shí)測(cè)標(biāo)定方程，在實(shí)際飛行中，只要確定了應(yīng)變橋路的應(yīng)變值，可由式（3）計(jì)算出各飛行狀態(tài)下飛機(jī)承受的載荷。

地面標(biāo)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(jìn)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(jī)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(gè)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(duì)應(yīng)的系數(shù)i，進(jìn)而得到系數(shù)矩陣[]，得到載荷方程。

原始數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)主要是線性好壞的檢驗(yàn)。為了檢查原始數(shù)據(jù)的線性，對(duì)每個(gè)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(jí)加載的輸入輸出進(jìn)行=+直線擬合，在進(jìn)行標(biāo)定數(shù)據(jù)擬合之前，要進(jìn)行相關(guān)性的檢驗(yàn)，根據(jù)以下公式判斷兩個(gè)變量之間線性關(guān)系的密切程度。

式（7）中：YY，XX，YX是與個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)（i，i）有關(guān)的量。

的絕對(duì)值越接近于1，說(shuō)明兩個(gè)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(biāo)定

安裝框架通過(guò)接頭與飛機(jī)連接，通過(guò)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(biāo)定分為三個(gè)階段：第一階段完成安裝框架的單獨(dú)標(biāo)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(biāo)定，獲取螺栓的載荷分配；第三階段完成安裝框架的整體標(biāo)定，獲取安裝框架承受的總載荷。

3.1 標(biāo)定載荷確定

通過(guò)有限元計(jì)算分析，確定合理的標(biāo)定載荷，在保證結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)下，施加較大的標(biāo)定載荷，以保證獲得的載荷方程對(duì)實(shí)測(cè)飛行中的高載荷有較高的外推精度。地面標(biāo)定前，對(duì)加載點(diǎn)位置局部結(jié)構(gòu)、約束點(diǎn)位置局部結(jié)構(gòu)及標(biāo)定載荷進(jìn)行強(qiáng)度分析，保證飛機(jī)安全。

3.2 標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

地面標(biāo)定試驗(yàn)時(shí)，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(biāo)定參數(shù)的設(shè)置與飛行實(shí)測(cè)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(lì)及增益。地面載荷標(biāo)定時(shí)，不僅記錄應(yīng)變參數(shù)信號(hào)，而且將加載點(diǎn)的拉壓傳感器信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)載荷與應(yīng)變同步瞬時(shí)采集記錄。

3.3 標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

為了實(shí)現(xiàn)標(biāo)定輸入載荷和輸出應(yīng)變信號(hào)同步瞬時(shí)采集并圖形化實(shí)時(shí)顯示，采用C++編制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)采集實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，給出標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理擬合結(jié)果，直接判斷試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。

3.4 標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性判斷

通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示標(biāo)定載荷及應(yīng)變，得出載荷-應(yīng)變曲線并實(shí)時(shí)顯示，對(duì)標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，通過(guò)判別加載標(biāo)定的線性度及重復(fù)性，可以在一組標(biāo)定工況完成后，直接判斷出標(biāo)定數(shù)據(jù)是否合理有效。

3.5 地面標(biāo)定要求

地面標(biāo)定使用的測(cè)試設(shè)備、應(yīng)變計(jì)、導(dǎo)線等均應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的進(jìn)貨檢驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行檢驗(yàn)，測(cè)試傳感器均應(yīng)進(jìn)行精度校準(zhǔn)，確認(rèn)質(zhì)量合格后才可使用。

地面標(biāo)定各崗位人員均應(yīng)經(jīng)過(guò)培訓(xùn)合格，確保熟悉試驗(yàn)流程。試驗(yàn)過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按照研究所相應(yīng)的檢驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行過(guò)程檢驗(yàn)。地面標(biāo)定應(yīng)實(shí)行必要的保護(hù)措施，確保飛機(jī)安全無(wú)損，試驗(yàn)資料準(zhǔn)確可靠。

加載前應(yīng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、加載工裝夾具狀態(tài)檢查。多點(diǎn)協(xié)調(diào)加載試驗(yàn)前，各加載點(diǎn)均應(yīng)單獨(dú)試加載，以驗(yàn)證加載設(shè)備、記錄設(shè)備是否正常。

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

3.6 安裝框架單獨(dú)標(biāo)定

通過(guò)螺栓，將安裝框架固定在試驗(yàn)夾具上，在安裝框架與飛機(jī)連接接頭處選擇一個(gè)測(cè)試切面進(jìn)行應(yīng)變計(jì)粘貼，對(duì)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(biāo)定

通過(guò)螺栓假件，制作一個(gè)工藝螺栓穿過(guò)螺栓孔，在工藝螺栓下端引出加載點(diǎn)，施加向下的拉力。分別標(biāo)定螺栓。

3.8 安裝框架整體標(biāo)定

在安裝框架上布置應(yīng)變橋路，設(shè)計(jì)外掛物假件，通過(guò)在外掛物假件施加標(biāo)定載荷，對(duì)安裝框架整體標(biāo)定，通過(guò)整體標(biāo)定，獲取安裝框架承受的總載荷。

4 結(jié)論

通過(guò)安裝框架單獨(dú)標(biāo)定和整體標(biāo)定，完成載荷譜飛行實(shí)測(cè)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(guò)載荷與應(yīng)變的同步瞬時(shí)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(duì)應(yīng)關(guān)系；采用C++編制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)定輸入載荷和輸出應(yīng)變信號(hào)同步瞬時(shí)采集及圖形化實(shí)時(shí)顯示，直接判斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性、可靠性和線性規(guī)律，保證加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)性和可靠性。

［1］閆楚良，張書(shū)明，桌寧生.飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)載荷測(cè)量試驗(yàn)力學(xué)模型與數(shù)據(jù)處理［J］.航空學(xué)報(bào)，2000，21（1）：56-59.

［2］段垚奇，劉克格，趙麗楠.飛機(jī)載荷標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)的多元回歸選元方法［J］.振動(dòng)、測(cè)試與診斷，2015，35（1）：178-182.

［3］蔣祖國(guó)，田丁栓.飛機(jī)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(jí)工程師，主要從事飛機(jī)疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)工作。王勇彬（1979—），男，高級(jí)工程師，主要從事航空機(jī)械專業(yè)工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕