李宏亮，路 璐

（中國飛機強度研究所第八研究室，陜西?西安?710065）

某型飛機襟縫翼結(jié)構(gòu)強度試驗中，襟縫翼舵面處于運動狀態(tài)下施加載荷，即試驗件的載荷大小與加載方向都會按照既定模式進(jìn)行變化[1]，如圖1所示。這種隨動加載問題在靜力試驗中也曾出現(xiàn)過，以往的解決方法都是通過多個加載器在不同方向進(jìn)行載荷合成解決，這樣就避免了單獨設(shè)計加載框架，降低了設(shè)計及加工成本，但以上加載方法不能滿足多舵面運動多方向加載的需求?；谝陨戏治觯嗅槍π缘剡M(jìn)行了大量相關(guān)資料的研究，設(shè)計了舵面運動與載荷加載分開的一種新型結(jié)構(gòu)強度試驗加載方法[2]。翼面隨動加載系統(tǒng)由加載框架和運動機構(gòu)組成，加載框架及運動機構(gòu)即為懸掛框架和翼面驅(qū)動系統(tǒng)，將載荷的幅值控制與加載方向控制分開考慮，由懸掛框架和翼面驅(qū)動系統(tǒng)來控制載荷加載方向，而載荷幅值控制交給已有的試驗加載協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)解決，即由兩套不同的控制系統(tǒng)通過信息交互同步控制，對應(yīng)加載機構(gòu)來完成活動翼面的載荷加載[3]。

圖1 ??襟縫翼軌跡收放

1 加載控制系統(tǒng)組成

1.1 協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)

協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)是能夠進(jìn)行閉環(huán)控制、保證試驗加載的協(xié)調(diào)性、具有報警和保護(hù)功能的計算機控制系統(tǒng)。飛機結(jié)構(gòu)靜力/疲勞試驗主要包含協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機械系統(tǒng)等[4]，原理框圖如圖2所示。試驗加載控制系統(tǒng)通過液壓加載器按照設(shè)計載荷譜對試驗件進(jìn)行加載，多個加載點之間協(xié)調(diào)加載控制，通過載荷傳感器將數(shù)據(jù)反饋到顯示系統(tǒng)，并對位移傳感器、應(yīng)變值的反饋變化進(jìn)行采集和保存，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理與分析判定試驗件結(jié)構(gòu)強度。

圖2 ??飛機結(jié)構(gòu)靜力/疲勞試驗原理框圖

1.2 翼面隨動加載系統(tǒng)

如圖3所示，翼面隨動加載系統(tǒng)由驅(qū)動系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、信號交互系統(tǒng)組成[5]。各部分的構(gòu)成及完成的功能如下。

（1）驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動懸掛框架，控制懸掛框架的運動角度，包含驅(qū)動電機、角度傳感器、位移傳感器、控制器、功率轉(zhuǎn)換器等試驗件。同步加載過程中，懸掛框架與液壓作動筒運動速度必須保持一致，按照既定的軌跡和速度進(jìn)行收放和轉(zhuǎn)動。當(dāng)任意一個作動筒或懸掛框架不同步時，系統(tǒng)都根據(jù)實時反饋及時進(jìn)行卸載卸油壓、斷電，保護(hù)試驗件的安全[6]。

（2）檢測系統(tǒng)。該部分是完成檢測信號和驅(qū)動信號的調(diào)節(jié)，包括控制器驅(qū)動，電機轉(zhuǎn)速測試的檢測，電磁驅(qū)動信號檢測以及扭矩測量、數(shù)字IO信號等的檢測，其中包含翼面隨動加載系統(tǒng)的輸入信號和輸出信號檢測等。

（3）信號交互系統(tǒng)。信號交互系統(tǒng)是對雙系統(tǒng)交互信號的傳輸與控制，通過數(shù)字IO實現(xiàn)，在協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)與翼面隨動加載系統(tǒng)之間設(shè)置對應(yīng)的狀態(tài)信號，在不同時段不同狀態(tài)下發(fā)送對應(yīng)驅(qū)動信號。當(dāng)有一方為收到對應(yīng)信號時，設(shè)定該狀態(tài)下的保護(hù)措施及動作，在完成雙系統(tǒng)同步加載的同時保護(hù)了試驗件的安全性。

圖3 ??翼面隨動加載系統(tǒng)組成示意框圖

2 雙系統(tǒng)同步加載原理

2.1 雙系統(tǒng)同步加載原理

試驗通過活動翼面隨動加載系統(tǒng)控制舵面的運行方向，通過協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)控制載荷幅值，完成雙系統(tǒng)同步加載。在翼面隨動加載系統(tǒng)控制舵面運行方向的同時，協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)通過翼面隨動加載系統(tǒng)框架上的液壓加載器對試驗件進(jìn)行載荷加載[7]，以此來模擬襟縫翼實際受載情況，加載原理如圖4所示。

圖 4??加載原理框圖

2.2 雙系統(tǒng)同步加載實現(xiàn)方法

協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)與驅(qū)動系統(tǒng)通過數(shù)字IO實現(xiàn)交互通信[8]，根據(jù)試驗需求設(shè)定每種狀態(tài)的準(zhǔn)備就緒信號、驅(qū)動信號、到位信號、應(yīng)急信號、等待到位信號等。當(dāng)對應(yīng)IO信號到位后協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制加載器進(jìn)行相應(yīng)的載荷加載，同時翼面隨動加載系統(tǒng)控制懸掛系統(tǒng)運行相應(yīng)的角度方向，以此完成試驗加載。信號交互原理如圖5所示。其中，Output為協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)輸出到翼面隨動加載系統(tǒng)的驅(qū)動信號，Input為翼面隨動加載系統(tǒng)發(fā)送到協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)的反饋信號[9]，Position為翼面隨動加載系統(tǒng)運行的對應(yīng)位置，Load condition為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)通過加載設(shè)備對試驗件施加的載荷。

圖 5??信號交互原理

2.3 雙系統(tǒng)同步加載流程

飛行譜中設(shè)計翼面隨動加載系統(tǒng)需要加載的狀態(tài)，將IO交互條件及動作同時設(shè)置在同一個譜中，通過嚴(yán)格控制同步時間和運行時間連續(xù)完成試驗載荷加載[10]?？刂屏鞒倘鐖D6所示。

圖 6??加載流程

3 驗證及應(yīng)用

3.1 驗證

根據(jù)試驗需求，對信號交互通信及加載過程進(jìn)行了驗證。加載過程為翼面隨動加載系統(tǒng)與協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)進(jìn)行信號溝通，當(dāng)兩套系統(tǒng)都準(zhǔn)備就緒后，協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)按照飛行譜的設(shè)置順序發(fā)送就位信號，當(dāng)翼面隨動加載系統(tǒng)收到信號后向協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)回復(fù)收到信號，隨后協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)向翼面隨動加載系統(tǒng)發(fā)送目標(biāo)位置驅(qū)動信號，翼面隨動加載系統(tǒng)收到信號后返回可運行信號，此時兩套系統(tǒng)同時控制加載對應(yīng)液壓加載器和隨動懸掛框架，達(dá)到同步加載目的。當(dāng)襟/縫翼舵面運動到目標(biāo)方向位置時，翼面隨動加載系統(tǒng)向協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)發(fā)送到位信號，隨后試驗進(jìn)行該狀態(tài)下的靜態(tài)載荷加載，至此一種狀態(tài)的同步加載過程完成。通過相同步驟，完成不同狀態(tài)下的試驗加載。在襟/縫翼舵面運動加載中過程，當(dāng)協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)或翼面隨動加載任意一方收到對方發(fā)送的報警或停止試驗信號時，兩套系統(tǒng)同時做出停止試驗或保持試驗等動作，并進(jìn)行報警，以保證試驗安全。

驗證試驗中配置6個位控通道，在翼面隨動加載系統(tǒng)的懸掛框架上用6個位控作動筒控制懸掛框架的運動軌跡，模擬襟縫翼在飛行中的3種狀態(tài)，即3種位置卡位。試驗安裝后，經(jīng)過調(diào)試進(jìn)行實際模擬加載[12]，同步加載結(jié)果較為理想。圖7為其在卡位1時各個加載點命令及反饋，圖8為卡位1時懸掛框架中位控作動筒對應(yīng)位移位置（位控命令及反饋），圖9為在卡位2時各個加載點命令及反饋，圖10為卡位2時懸掛框架中位控作動筒對應(yīng)位移位置（位控命令及反饋），圖11為在卡位2時各個加載點命令及反饋，圖12為卡位2時懸掛框架中位控作動筒對應(yīng)位移位置。從圖中可以看出加載精度均小于1%，滿足試驗加載精度要求，試驗運行穩(wěn)定。

圖7 ??卡位1力控加載點命令-反饋

圖8 ??卡位1懸掛框架位移命令-反饋

圖9 ??卡位2力控加載點命令-反饋

圖10 ??卡位2懸掛框架位移命令-反饋

圖11 ??卡位3力控加載點命令-反饋

圖12 ??卡位3懸掛框架位移命令-反饋

3.2 應(yīng)用

通過驗證后，該試驗方法已應(yīng)用于某飛機襟縫翼結(jié)構(gòu)疲勞試驗，如圖13所示，模擬飛機在飛行中的襟縫翼3種狀態(tài)。

圖 13??試驗現(xiàn)場

4 結(jié)????論

將雙控制系統(tǒng)通過數(shù)字IO通信對試驗件進(jìn)行同步交互控制加載，并通過驗證與應(yīng)用得出：雙系統(tǒng)同步交互控制方法能夠使試驗動態(tài)協(xié)調(diào)，達(dá)到同步動態(tài)加載目的，可以縮短研制周期，降低研制成本，同時為后續(xù)類似結(jié)構(gòu)的型號試驗提供有益的借鑒。