安裝框架地面標定方法研究

霍文輝，王勇彬

安裝框架地面標定方法研究

霍文輝1，王勇彬2

（1.中航飛機股份有限公司，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，重新設計了安裝框架及連接結構。對安裝框架標定方法進行研究，根據統計學理論，通過施加集中載荷，依據迭加原理獲取分布載荷，并對試驗數據進行多元線性優化回歸，建立最優的載荷-應變方程，以提高飛機載荷實測的精度。

載荷實測；地面標定；載荷方程；標定試驗

1 引言

為了保障飛機結構的安全性與可靠性，需開展疲勞定壽工作，科學確定飛機使用壽命，優化飛機檢修期，避免過度維修，優化維護所需的人力、物力成本。載荷譜飛行實測是其中一項重要內容。通過對飛機典型使用任務剖面的飛行實測，給出實際使用條件下的飛機載荷譜。飛機的載荷實測，目前主要采用應變法，即在飛機主要傳力結構粘貼應變片組成測量電橋，根據應變電橋輸出和所施加的載荷的對應關系求出飛機的真實載荷。用這種方法測量載荷，應先進行載荷地面標定。地面標定的目的是要建立載荷-應變方程。

2 地面載荷標定原理

地面標定試驗的目的是通過在地面加載，記錄所施加載荷及對應應變電橋的輸出，通過回歸分析，建立結構載荷和應變電橋輸出的回歸關系，即各測量剖面的載荷方程。測量剖面的剪力、彎矩、扭矩通過應變計電橋輸出表示如下：

式（1）中：11～33為回歸系數，即單位載荷引起的應變電橋輸出應變的大小。

式（1）也可用矩陣表示，如下所示：

[]=[]·[] （2）

如果|[]|≠0，則每個電橋的值不和其他電橋的值線性相關，則有：

[]=[]－1·[] （3）

式（3）為載荷實測標定方程，在實際飛行中，只要確定了應變橋路的應變值，可由式（3）計算出各飛行狀態下飛機承受的載荷。

地面標定的目的就是求出系數矩陣[]，根據應變橋路的應變值，用最小二乘法進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，，，則有隨機變量和確定量i的線性關系：

=11+22+33（4）

由極值原理可知，要使（5）式成立，則i應滿足以下方程組：

由式（6）可得3個聯立的線性方程組，可求得i。依次類推即可求得Q，T所對應的系數i，進而得到系數矩陣[]，得到載荷方程。

原始數據的檢驗主要是線性好壞的檢驗。為了檢查原始數據的線性，對每個電橋的輸出和相應的載荷輸入作一元線性回歸分析，每次加載，載荷輸入和應變輸出都應符合=+。以各級加載的輸入輸出進行=+直線擬合，在進行標定數據擬合之前，要進行相關性的檢驗，根據以下公式判斷兩個變量之間線性關系的密切程度。

式（7）中：YY，XX，YX是與個數據點坐標（i，i）有關的量。

的絕對值越接近于1，說明兩個變量之間的線性相關程度越好。=+中，為待定常數，按照最小二乘法可由以下公式求出：

3 安裝框架載荷標定

安裝框架通過接頭與飛機連接，通過螺栓與掛架連接，外掛物與掛架連接。

為了獲取安裝框架及螺栓承受的載荷，地面標定分為三個階段：第一階段完成安裝框架的單獨標定，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定，獲取螺栓的載荷分配；第三階段完成安裝框架的整體標定，獲取安裝框架承受的總載荷。

3.1 標定載荷確定

通過有限元計算分析，確定合理的標定載荷，在保證結構處于彈性狀態下，施加較大的標定載荷，以保證獲得的載荷方程對實測飛行中的高載荷有較高的外推精度。地面標定前，對加載點位置局部結構、約束點位置局部結構及標定載荷進行強度分析，保證飛機安全。

3.2 標定試驗數據采集

地面標定試驗時，為消除不同板卡、不同通道間的微小差異，需要固定參數在特定板卡及通道上，保證標定參數的設置與飛行實測參數的設置在相同板卡上的相同通道中，并且具有相同的電源激勵及增益。地面載荷標定時，不僅記錄應變參數信號，而且將加載點的拉壓傳感器信號接入數據采集系統中，實現載荷與應變同步瞬時采集記錄。

3.3 標定試驗數據處理

為了實現標定輸入載荷和輸出應變信號同步瞬時采集并圖形化實時顯示，采用C++編制數據采集系統，對采集實測數據進行實時處理，給出標定試驗數據處理擬合結果，直接判斷試驗數據的重復性、可靠性和線性規律，能夠保證加載試驗數據的真實性和可靠性。

3.4 標定試驗數據有效性判斷

通過數據采集系統實時顯示標定載荷及應變，得出載荷-應變曲線并實時顯示，對標定試驗數據進行誤差分析，通過判別加載標定的線性度及重復性，可以在一組標定工況完成后，直接判斷出標定數據是否合理有效。

3.5 地面標定要求

地面標定使用的測試設備、應變計、導線等均應嚴格按照相應的進貨檢驗規程進行檢驗，測試傳感器均應進行精度校準，確認質量合格后才可使用。

地面標定各崗位人員均應經過培訓合格，確保熟悉試驗流程。試驗過程應嚴格按照研究所相應的檢驗規程進行過程檢驗。地面標定應實行必要的保護措施，確保飛機安全無損，試驗資料準確可靠。

加載前應對試驗數據采集系統、加載工裝夾具狀態檢查。多點協調加載試驗前，各加載點均應單獨試加載，以驗證加載設備、記錄設備是否正常。

載荷標定試驗記錄前，均預試加載，消除結構間隙，卸載后正式標定；約束載荷應預先施加，以穩定飛機狀態，平衡載荷與標定載荷同時施加，協調一致，載荷穩定后進行記錄采集。各加載工況應分級緩慢進行加載。

3.6 安裝框架單獨標定

通過螺栓，將安裝框架固定在試驗夾具上，在安裝框架與飛機連接接頭處選擇一個測試切面進行應變計粘貼，對接頭施加航向載荷、側向載荷和垂向載荷。

3.7 安裝框架螺栓標定

通過螺栓假件，制作一個工藝螺栓穿過螺栓孔，在工藝螺栓下端引出加載點，施加向下的拉力。分別標定螺栓。

3.8 安裝框架整體標定

在安裝框架上布置應變橋路，設計外掛物假件，通過在外掛物假件施加標定載荷，對安裝框架整體標定，通過整體標定，獲取安裝框架承受的總載荷。

4 結論

通過安裝框架單獨標定和整體標定，完成載荷譜飛行實測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；系統可視化同步加載載荷監控功能，通過載荷與應變的同步瞬時采集的工作模式保證了載荷與應變之間的同步，確保輸入和輸出的對應關系；采用C++編制數據采集系統，實現了標定輸入載荷和輸出應變信號同步瞬時采集及圖形化實時顯示，直接判斷試驗數據的重復性、可靠性和線性規律，保證加載試驗數據真實性和可靠性。

［1］閆楚良，張書明，桌寧生.飛機機翼結構載荷測量試驗力學模型與數據處理［J］.航空學報，2000，21（1）：56-59.

［2］段垚奇，劉克格，趙麗楠.飛機載荷標定試驗數據的多元回歸選元方法［J］.振動、測試與診斷，2015，35（1）：178-182.

［3］蔣祖國，田丁栓.飛機結構載荷/環境譜［M］.北京：電子工業出版社，2012.

V216

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.028

2095－6835（2020）01－0082－02

霍文輝（1983—），男，高級工程師，主要從事飛機疲勞強度設計工作。王勇彬（1979—），男，高級工程師，主要從事航空機械專業工作。

〔編輯：嚴麗琴〕