楊鵬飛，夏 峰，劉興科

（中國飛機強度研究所?全尺寸飛機結(jié)構(gòu)靜力/疲勞航空科技重點試驗室，陜西?西安?710065）

現(xiàn)代飛行器為了追求更高的結(jié)構(gòu)效率，一方面研發(fā)輕質(zhì)高強度材料，另一方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，選用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式和制造工藝。一架飛機由千萬個零構(gòu)件組合而成，這些零構(gòu)件在受載情況下的受力關(guān)系（邊界條件）很難用力學(xué)關(guān)系表達(dá)，所以理論計算分析的結(jié)果難以保證飛機結(jié)構(gòu)的安全[1]。目前，我國現(xiàn)行的軍機強度規(guī)范和民用航空規(guī)章均對飛機結(jié)構(gòu)的靜力試驗做了強制規(guī)定，最可靠的方法就是進(jìn)行全機結(jié)構(gòu)靜強度試驗，完成靜強度試驗是進(jìn)行飛行試驗和設(shè)計定型的先決條件之一[2]。通過結(jié)構(gòu)靜強度試驗?zāi)軌蜩b定飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性，并為驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計強度、剛度計算方法和制造工藝的合理性提供必要的數(shù)據(jù)和資料[3]。

試驗件支持約束是進(jìn)行靜力試驗的基礎(chǔ)和前提條件，也是試驗設(shè)計的重要內(nèi)容之一，其約束方式直接關(guān)系到試驗質(zhì)量和試驗結(jié)果的有效性[4-5]。在飛機結(jié)構(gòu)試驗中，試驗件約束的作用一方面是在各試驗情況下保持試驗件的姿態(tài)（載荷平衡）；另一方面是卸載后用于試驗件的正常支持（或懸掛）。

1 支持方式的設(shè)計原則

在進(jìn)行試驗設(shè)計時，首先要確定支持約束方式。試驗件的支持約束狀態(tài)應(yīng)盡可能符合飛機真實受載狀態(tài)，使被考核部位能夠得到真實考核，并確保試驗安全可靠、易實施。設(shè)計試驗支持約束方案的一般原則是：

（1）試驗件的約束方式應(yīng)盡量模擬真實使用情況。

（2）夾具支持時應(yīng)盡量模擬剛度、位移、載荷的邊界條件，必要時設(shè)置過渡段避免支持區(qū)域或考核部位應(yīng)力分布失真。

（3）試驗件支持約束方式需保證靜定約束，以方便約束點載荷誤差監(jiān)控，評估試驗載荷施加的誤差。

（4）飛機結(jié)構(gòu)支持約束方式的設(shè)計不僅要考慮正常試驗過程約束點的載荷，也應(yīng)考慮非試驗期間和試驗件破壞瞬間的意外載荷，防止試驗件的滾轉(zhuǎn)、俯仰。

（5）全機懸空支持時，支持夾具應(yīng)能方便地進(jìn)行試驗件姿態(tài)調(diào)整和更換傳感器。

（6）全機懸空支持約束點應(yīng)遠(yuǎn)離試驗主要考核部位，盡量選在剛度較大的部位；約束點不能限制試驗件變形，以免使非考核部位出現(xiàn)過度變形和局部破壞。

總之，試驗機支持狀態(tài)設(shè)計時，既要盡可能符合飛機的真實受載情況，使被考核的部位能夠得到真實的考核，也要考慮到非試驗期間支持點能承受足夠的重量，在試驗機重量、重心發(fā)生變化時能保持平穩(wěn)，防止?jié)L轉(zhuǎn)和俯仰，并能方便試驗機姿態(tài)調(diào)整、支持換裝和傳感器更換。

通常情況下，飛機起落架結(jié)構(gòu)是試驗件上結(jié)構(gòu)承載能力最強的部件，并且遠(yuǎn)離翼身對接處及機翼等主要的考核部位。綜上所述，在全機靜力試驗中，除起落架試驗工況外，大多采用起落架支持約束方式。

2 起落架支持差動約束技術(shù)

2.1 起落架撬杠配重支持約束形式

在以往的型號試驗中，起落架懸空支持的垂向約束通常在前起、左主、右主起落架垂向用撬杠將飛機懸空。同時，在3個起落架處懸掛配重，利用配重限制飛機向上移動，如圖1所示。起落架懸空支持在前起、左主、右主起落架垂向用撬杠將飛機懸空，在3個起落架處懸掛配重，該配重保證飛機在試驗過程中不向上移動，這3個約束點可提供垂向、俯仰和滾轉(zhuǎn)約束。在前起落架、左主起落架各設(shè)置1個側(cè)向約束點，提供側(cè)向和偏航約束，在前起落架設(shè)置1個航向約束點，提供航向約束。

圖1 ??起落架撬杠配重支持垂向約束方法

2.2 起落架支持差動約束方法

針對上述問題，在后續(xù)的試驗中對試驗件垂向約束形式進(jìn)行改進(jìn)，采取差動約束形式，即在前起、左右主起落架垂向用撬杠將飛機懸空。同時，在3個起落架假輪軸心處設(shè)置接地點，保證飛機在試驗過程中不向上移動，如圖2所示。

圖2 ??起落架懸空支持垂向差動約束方法

在起落架向上約束和接地點安裝傳感器，將傳感器值傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)計算通道，可以得到支反力實時數(shù)據(jù)，改變了以往支反力數(shù)據(jù)“手工記錄、手工處理”的模式，再利用控制系統(tǒng)程控功能，實現(xiàn)支反力誤差實時監(jiān)控。

起落架撬杠受力示意圖如圖3所示。

圖3 ??起落架約束撬杠受力示意圖

起落架支持差動約束方法支反力計算見公式（1）：

其中：F1為向下約束傳感器值，F(xiàn)2為接地點傳感器值，P為支反力，K為a/b（力臂比），B為（G×c＋M）/b。G為撬杠重量，M為摩擦力矩，a、b為撬杠力臂，c為撬杠偏心。

在試驗前對起落架垂向差動約束進(jìn)行測量，測量安裝示意圖如圖4所示。

圖4 ??起落架差動約束撬杠測量示意圖

測量時，撬杠處于水平狀態(tài)，P為0，公式（1）轉(zhuǎn)換為：F2=K×F1＋B。施加不同的F1載荷，測量F2數(shù)據(jù)。表1為右主起撬杠測量數(shù)據(jù)。

表1 ??右主起撬杠測量數(shù)據(jù)

使用最小二乘法對表1數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合，擬合公式見公式（2）、（3）。

擬合結(jié)果：K=1.496，B=1516.7。

3 結(jié)????論

將支反力計算公式輸入到控制系統(tǒng)計算通道，實時計算出支反力。利用控制系統(tǒng)程控功能，將支反力理論值加入載荷譜中，按試驗要求設(shè)置支反力通道的誤差為±1 kN，在試驗過程中，對支反力進(jìn)行實施監(jiān)控，保證了試驗安全，提高了試驗加載的精度。