飛機靜力試驗中機翼的載荷分配研究

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飛機靜力試驗中機翼的載荷分配研究

Research on Load Distribution of Wing in Aircraft Static Test

胡亮文宋乾福 / Hu LiangwenSong Qianfu

(中航通飛研究院有限公司，珠海 519000)

(China Aviation General Aircraft Co.,Ltd, Zhuhai 519000,China)

0引言

試驗載荷的處理是全機靜力試驗順利開展的關鍵，它直接影響到加載方案的合理性，如果考慮得不充分，會造成試驗與分析出現較大誤差，嚴重情況下可能會出現局部提前破壞。如何確保試驗的加載能夠反映載荷的傳遞，是全機靜力試驗所必須解決的問題。早在上世紀國內的專家和學者[1-2]在結構靜力試驗中就做了相應的研究，近些年來一些專家也做了相應的研究：文獻[3]針對飛機結構靜力試驗設計給出了集中試驗載荷的演算, 文獻[4]用SYZHFP程序按照靜力等效原則得到全機靜力試驗載荷，文獻[5-7]開發了靜力試驗設計與仿真系統，文獻[8]提出了民用飛機靜力試驗平尾假件的設計思路，文獻[9]提出了不同的約束條件和加載方式，文獻[10]提出了靜力試驗數字仿真的關鍵技術與解決方案，文獻[11-12]解決加載邊界模擬的技術以及分析了影響加載精度的主要因素和提高精度的措施。靜力試驗加載的基本假定是無航向載荷、側向力，僅僅作用有垂直方向的力。為使得加載力反映飛機的受力特性，本文通過構造帶內力約束的拉格朗日極值函數求出各試驗加載點的載荷。

1拉格朗日極值法求試驗加載力

全機靜力試驗的加載是沿著垂直方向施加的，假定機翼的剪力、彎矩、扭矩是垂直方向載荷所產生的且是相對某剖面的剛心點而言。設機翼共劃分為N個典型剖面，第i個典型剖面上剪力為Qi、彎矩為Mi、扭矩為Ti，設其剛心點的坐標為(XGi,YGi)，其相鄰的第i+1個剖面的剪力為Qi+1、彎矩為Mi+1、扭矩為Ti+1，剛心點坐標為(XGi+1,YGi+1)。假設在第i個剖面和第i+1個剖面之間共有K個試驗加載點，其坐標為(xj,yj),1≤j≤K，該點處加載力為fj，如圖1所示。

圖1　機翼靜力試驗加載點

由圖1可知，根據第i剖面和i+1剖面的內力，在YGi和YGi+1之間的區域內試驗加載點的載荷對剖面i剛心處的剪力設為Q'、彎矩設為M'、扭矩設為T'，則滿足：

(1)

(2)

則加載點所施加的載荷必須滿足：

(3)

構造拉格朗日函數：

(4)

若滿足約束條件(3)，那么必須找到合適的fj,λ1,λ2,λ3滿足關系式：

(5)

(6)

由此即可得到每個試驗加載點的載荷。

2算例

以某型號機翼靜力試驗的典型工況為例，半個機翼共劃分10個典型剖面包含9個加載區域，每個加載區域內包含的加載點均在主承力結構的前后梁上，機翼的氣動外形和靜力試驗前后梁的加載點如圖2所示。

圖2　試驗加載點示意圖

根據已知剖面的內力和具體的試驗加載點的坐標即可推導出各相鄰剖面之間的剪力、彎矩、扭矩，構造拉格朗日極值函數即可求出各相鄰剖面區域內的加載力。設試驗載荷分配前的剪力為Q1、彎矩為M1、扭矩為T1，試驗載荷分配后產生的剪力為Q2、彎矩為M2、扭矩為T2。其加載前后的剪力對比如圖3所示、扭矩對比如圖4所示、彎矩對比如5圖所示。

圖3　剪力對比

圖4　扭矩對比

由載荷分配前后的內力對比可以看出，按照拉格朗日極值法求得的試驗加載力滿足靜力試驗的要求。根據計算所得到的加載力便能合理地選擇試驗膠布帶的尺寸，從而為靜力試驗的加載提供依據。

圖5　彎矩對比

3結論

飛機靜力試驗的加載是靜力試驗的關鍵，它關系到靜力試驗的順利開展。選擇合理的加載方案是靜力試驗首先要解決的問題。本文通過某型號機翼典型剖面的彎矩、剪力、扭矩，根據遞推法得到相鄰剖面區域內的彎矩、剪力、扭矩。為使得加載點的載荷不至于過大出現局部破壞，通過構造帶約束的構造拉格朗日極值函數，求出加載區域的加載力。分析與計算可以得到如下結論：

(1)靜力試驗載荷分配后產生的彎矩、剪力、扭矩和載荷分配前的彎矩、剪力、扭矩的誤差較小，符合載荷的傳遞，能夠達到靜力試驗預期的目的;

(2)采用拉格朗日極值法分配得到的加載力為靜力試驗加載點如何選取粘貼膠布帶的尺寸大小提供依據。

參考文獻：

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[12]黃獻龍，李尚義.靜力試驗用電液伺服加載系統的分析和實驗[J].導彈與航天運載技術，2000，6：16-18.

摘要：

針對飛機靜力試驗加載的問題，為使得試驗加載力反映飛機受力特性，由載荷分配前輸入的典型剖面上剪力、彎矩、扭矩推導出相鄰剖面之間的剪力、彎矩、扭矩，通過構造帶內力約束的拉格朗日極值函數求出試驗加載力，將載荷分配前輸入的內力與試驗載荷分配后產生的內力進行對比分析，可以得出：通過構造帶內力約束的拉格拉日極值函數法分配得到的試驗載荷符合載荷的傳遞，能夠滿足飛機靜力試驗加載的要求，可以用于飛機靜力試驗的加載。

關鍵詞：內力；加載；拉格朗日極值法；靜力試驗；試驗載荷

[Abstract]Referring to the problem of impropriety loading in the aircraft static test, the section internal forces were deduced from the shearing force and bending moment and torsional moment of its neighboring sections, and the Lagrange function with internal forces restriction was imported to calculate the loading force in the static test, in order to reflect the aircraft forcing characteristic more reality in the test loading process. Comparing the original internal force before load distribution to the calculating internal force after load distribution, it was known that the internal force calculated from the method of constructing the Lagrange function with internal forces restriction was consistent to the real transferring loading, which satisfies the requirement of the static test, the method can be applied in the aircraft static test.

[Key words]internal force；infliction；lagrange optimization method;static test；experiment load

中圖分類號：V216.1

文獻標識碼：A