飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)六分量應(yīng)變天平

曹景濤

【摘 要】 地面校準(zhǔn)試驗(yàn)是采用應(yīng)變法測(cè)量飛機(jī)起落架使用載荷的關(guān)鍵。以往的起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)是將起落架從飛機(jī)上拆下來，固定在專門研制的夾具上實(shí)施。受飛機(jī)模型在風(fēng)洞吹風(fēng)中采用的六分量應(yīng)變天平啟示，我們研制了專門用于起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)的六分量應(yīng)變天平，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)起落架與機(jī)體真實(shí)連接狀態(tài)下載荷校準(zhǔn)，模擬了起落架真實(shí)使用狀態(tài)下的受載情況，提高了試驗(yàn)精度，縮短了試驗(yàn)周期，節(jié)省了試驗(yàn)成本。

【關(guān)鍵詞】 飛機(jī)起落架 載荷 六分量應(yīng)變天平 應(yīng)用驗(yàn)證

1 引言

飛機(jī)起落架在起飛、著陸過程中受到的外載荷是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。用應(yīng)變法測(cè)量起落架的使用載荷，需要對(duì)起落架實(shí)施地面載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)。過去起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)一直沿用將起落架從飛機(jī)上拆下來，固定在專門設(shè)計(jì)的夾具上進(jìn)行加載試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后再將起落架安裝到飛機(jī)上進(jìn)行飛行實(shí)測(cè)。這種方法要拆、裝起落架，還要求專門的起落架固定和加載設(shè)施，試驗(yàn)成本高、周期長(zhǎng)。其最大的缺陷是，在加載試驗(yàn)中起落架與專用夾具的連接無法模擬起落架與飛機(jī)連接的真實(shí)剛度，從而使試驗(yàn)與飛行實(shí)測(cè)中起落架的固定狀態(tài)不完全一致，產(chǎn)生無法定量預(yù)計(jì)的測(cè)量誤差。

受飛機(jī)模型在風(fēng)洞吹風(fēng)中采用的六分量應(yīng)變天平啟發(fā)，我們?cè)O(shè)計(jì)研制了六分量飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平（以下簡(jiǎn)稱天平），通過該天平，可在飛機(jī)真實(shí)停放狀態(tài)下進(jìn)行起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)。

2 六分量起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平研制

在分析研究飛機(jī)起落架受載特點(diǎn)及載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)洞測(cè)力天平，研制了六分量飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平。

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

a）設(shè)計(jì)載荷：航向（PX）：±100KN，垂向（PY）：150KN，側(cè)向（PZ）±80KN：，扭矩（My）：±20KN·m；

b）結(jié)構(gòu)尺寸：1400mm（長(zhǎng)）×1100mm（寬）×300mm（高）；

c）精準(zhǔn)度：測(cè)量精度（重復(fù)性）應(yīng)優(yōu)于0.3%，測(cè)量準(zhǔn)度應(yīng)優(yōu)于1.5%；

d）天平上表面與輪胎接觸部分摩擦系數(shù)不小于0.7。

2.2 天平結(jié)構(gòu)及測(cè)試原理

由于天平設(shè)計(jì)載荷較大，結(jié)構(gòu)尤其高度要求較小，故選用多元測(cè)力傳感器作為敏感元件來降低平臺(tái)高度。天平由上連接板、3臺(tái)成正三角形布置的固定在上連接板與下連接板之間多元測(cè)力傳感器、下連接板組成，通過上連接板將作用在起落架上的載荷傳遞到3個(gè)測(cè)力傳感器上，每個(gè)測(cè)力傳感器可測(cè)出三維正交力，通過求解，可得到作用在起落架上的六個(gè)分量的載荷。當(dāng)加載桿對(duì)天平下連接板施加載荷時(shí)，平臺(tái)上部天平和天平底座之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)固定天平上表面的起落架產(chǎn)生變形，并對(duì)變形的反作用力進(jìn)行測(cè)量。天平上表面與輪胎接觸部分采用專用摩擦墊板增大摩擦力。天平結(jié)構(gòu)見圖1。天平受力簡(jiǎn)圖見圖2。

天平靜力平衡矩陣如下：

=

式中：PX、PY、PZ、MY飛機(jī)起落架被測(cè)得航向、垂向、側(cè)向載荷及垂向扭矩；

L1、L2為起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平3個(gè)多元傳感器間距（如圖2）；

PX1、PX2、PX3、PY1、PY2、PY3、PZ1、PZ2、PZ3為圖2中所示的3個(gè)多元力傳感器與坐標(biāo)方向相同的3個(gè)力。

天平上的3臺(tái)多元測(cè)力傳感器每臺(tái)布置3個(gè)通道的應(yīng)變電橋，總計(jì)9個(gè)應(yīng)變電橋。作用在天平上載荷的大小、方向和作用點(diǎn)的變化都可導(dǎo)致各應(yīng)變電橋輸出信號(hào)的大小或比例的變化，通過對(duì)信號(hào)大小或比例的變化的采集數(shù)值即可求出力和力矩的量值或增量。天平輸出計(jì)算公式為下：（：應(yīng)變靈敏度系數(shù)；：供橋電壓；：應(yīng)變）。

2.3 天平靜態(tài)校準(zhǔn)與載荷-應(yīng)變模型

天平研制完成后，需要在專用臺(tái)架上進(jìn)行靜態(tài)校準(zhǔn)，并記錄校準(zhǔn)載荷與應(yīng)變輸出之間的關(guān)系，再通過數(shù)據(jù)處理得到天平的載荷方程。天平靜態(tài)校準(zhǔn)后的載荷-應(yīng)變公式如下：

上式中，天平各分量信號(hào)與各橋輸出信號(hào)之間的關(guān)系見表1。

天平計(jì)算公式使用時(shí)進(jìn)行迭代，其中主項(xiàng)不參與迭代，干擾項(xiàng)迭代7次。天平計(jì)算公式中為天平使用中心距天平上板的距離。天平計(jì)算公式中迭代項(xiàng)數(shù)值大于零時(shí)，計(jì)算用上方系數(shù)；天平計(jì)算公式中迭代項(xiàng)數(shù)值小于零時(shí)，計(jì)算用下方系數(shù)；無上下系數(shù)的迭代項(xiàng)直接用原系數(shù)。

3 應(yīng)用驗(yàn)證

3.1 飛機(jī)起落架載荷測(cè)量原理

飛機(jī)起落架在實(shí)際使用中承受的載荷是典型的空間合力系，將此力系進(jìn)行正交分解，可以分解成航向載荷（PX）、垂向載荷（PY）、側(cè)向載荷（PZ）及扭矩載荷（MY）。這些載荷的作用，使起落架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，正常受載時(shí)其應(yīng)力都在彈性范圍內(nèi)，則起落架載荷校準(zhǔn)問題就屬于線性模型問題。為了測(cè)量這些載荷，在被測(cè)起落架結(jié)構(gòu)的某些部位粘貼應(yīng)變計(jì)，并按一定的方式組成應(yīng)變電橋，通過地面校準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)M起落架的實(shí)際受載方式進(jìn)行試驗(yàn)加載，得到載荷與應(yīng)變輸出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，再通過多元線性回歸等數(shù)學(xué)方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可得到載荷與應(yīng)變的關(guān)系式，即載荷方程。飛行試驗(yàn)中，將實(shí)測(cè)得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)代入載荷方程，即可得到起落架實(shí)測(cè)載荷。

3.2 采用“六分量校準(zhǔn)應(yīng)變天平”進(jìn)行起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)可模擬真實(shí)受載情況對(duì)起落架進(jìn)行試驗(yàn)加載，通過“天平”可直接測(cè)量起落架輪胎接地點(diǎn)的航向（PX）、側(cè)向（PZ）、垂向（PY）3向載荷和垂向扭矩（MY）。最后通過多元線形回歸得出起落架外載荷與起落架關(guān)鍵部位應(yīng)變電橋之間的關(guān)系模型，即載荷方程。某型飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)見圖3、4。

3.3 試飛驗(yàn)證

根據(jù)校準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用多元回歸分析方法建立起落架三向載荷方程。圖5和圖6分別給出了該型機(jī)左主起落架實(shí)測(cè)的起飛和著陸撞擊過程中的三向載荷及緩沖器支柱壓縮量時(shí)間歷程。從圖中可以看出，起飛過程中起落架三向載荷從一定值逐漸衰減，到A點(diǎn)載荷全部降為0，A點(diǎn)即是起落架完全離地點(diǎn)。同時(shí)在起飛過程中，緩沖器支柱壓縮量則由最大值逐漸減小，至起飛點(diǎn)完全為0。著陸過程則正好相反，起落架三向載荷從0開始增加，對(duì)航向載荷，可以明顯看出起轉(zhuǎn)、回彈載荷，緩沖器支柱行程由0壓縮狀態(tài)開始?jí)嚎s。著陸過程中三向載荷及緩沖器壓縮量又回到0，是因?yàn)轱w機(jī)有一次彈跳的過程。

4 結(jié)語(yǔ)

利用六分量飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平直接在飛機(jī)上進(jìn)行起落架載荷校準(zhǔn)，不需要拆裝起落架和起落架專用固定夾具，大大降低了試驗(yàn)成本，縮短了試驗(yàn)周期，最重要的是，用這種方法實(shí)施起落架校準(zhǔn)試驗(yàn)，起落架與飛機(jī)的連接真實(shí)，大大提高了試驗(yàn)精度，從而保證了實(shí)測(cè)載荷精度。多種型號(hào)飛機(jī)起落架載荷測(cè)量使用結(jié)果表明該方法時(shí)是有效可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1]МЛ克利亞奇科（蘇）著，湯吉晨譯.飛機(jī)強(qiáng)度飛試驗(yàn)（靜載荷）.西安：航空航天部《ASST》系統(tǒng)工程辦公室，1992.23～26）.

[2]賀德馨《風(fēng)洞天平》國(guó)防工業(yè)出版社2001.

[3]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室《理論力學(xué)》高等教育出版社1993.

[4]劉鴻文《材料力學(xué)》高等教育出版社1986.

[5]李慶楊，關(guān)治，白峰杉等數(shù)值計(jì)算原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[7]方開泰，全輝.陳慶云《實(shí)用回歸分析》科學(xué)出版社1988.endprint

【摘 要】 地面校準(zhǔn)試驗(yàn)是采用應(yīng)變法測(cè)量飛機(jī)起落架使用載荷的關(guān)鍵。以往的起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)是將起落架從飛機(jī)上拆下來，固定在專門研制的夾具上實(shí)施。受飛機(jī)模型在風(fēng)洞吹風(fēng)中采用的六分量應(yīng)變天平啟示，我們研制了專門用于起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)的六分量應(yīng)變天平，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)起落架與機(jī)體真實(shí)連接狀態(tài)下載荷校準(zhǔn)，模擬了起落架真實(shí)使用狀態(tài)下的受載情況，提高了試驗(yàn)精度，縮短了試驗(yàn)周期，節(jié)省了試驗(yàn)成本。

【關(guān)鍵詞】 飛機(jī)起落架 載荷 六分量應(yīng)變天平 應(yīng)用驗(yàn)證

1 引言

飛機(jī)起落架在起飛、著陸過程中受到的外載荷是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。用應(yīng)變法測(cè)量起落架的使用載荷，需要對(duì)起落架實(shí)施地面載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)。過去起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)一直沿用將起落架從飛機(jī)上拆下來，固定在專門設(shè)計(jì)的夾具上進(jìn)行加載試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后再將起落架安裝到飛機(jī)上進(jìn)行飛行實(shí)測(cè)。這種方法要拆、裝起落架，還要求專門的起落架固定和加載設(shè)施，試驗(yàn)成本高、周期長(zhǎng)。其最大的缺陷是，在加載試驗(yàn)中起落架與專用夾具的連接無法模擬起落架與飛機(jī)連接的真實(shí)剛度，從而使試驗(yàn)與飛行實(shí)測(cè)中起落架的固定狀態(tài)不完全一致，產(chǎn)生無法定量預(yù)計(jì)的測(cè)量誤差。

受飛機(jī)模型在風(fēng)洞吹風(fēng)中采用的六分量應(yīng)變天平啟發(fā)，我們?cè)O(shè)計(jì)研制了六分量飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平（以下簡(jiǎn)稱天平），通過該天平，可在飛機(jī)真實(shí)停放狀態(tài)下進(jìn)行起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)。

2 六分量起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平研制

在分析研究飛機(jī)起落架受載特點(diǎn)及載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)洞測(cè)力天平，研制了六分量飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平。

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

a）設(shè)計(jì)載荷：航向（PX）：±100KN，垂向（PY）：150KN，側(cè)向（PZ）±80KN：，扭矩（My）：±20KN·m；

b）結(jié)構(gòu)尺寸：1400mm（長(zhǎng)）×1100mm（寬）×300mm（高）；

c）精準(zhǔn)度：測(cè)量精度（重復(fù)性）應(yīng)優(yōu)于0.3%，測(cè)量準(zhǔn)度應(yīng)優(yōu)于1.5%；

d）天平上表面與輪胎接觸部分摩擦系數(shù)不小于0.7。

2.2 天平結(jié)構(gòu)及測(cè)試原理

由于天平設(shè)計(jì)載荷較大，結(jié)構(gòu)尤其高度要求較小，故選用多元測(cè)力傳感器作為敏感元件來降低平臺(tái)高度。天平由上連接板、3臺(tái)成正三角形布置的固定在上連接板與下連接板之間多元測(cè)力傳感器、下連接板組成，通過上連接板將作用在起落架上的載荷傳遞到3個(gè)測(cè)力傳感器上，每個(gè)測(cè)力傳感器可測(cè)出三維正交力，通過求解，可得到作用在起落架上的六個(gè)分量的載荷。當(dāng)加載桿對(duì)天平下連接板施加載荷時(shí)，平臺(tái)上部天平和天平底座之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)固定天平上表面的起落架產(chǎn)生變形，并對(duì)變形的反作用力進(jìn)行測(cè)量。天平上表面與輪胎接觸部分采用專用摩擦墊板增大摩擦力。天平結(jié)構(gòu)見圖1。天平受力簡(jiǎn)圖見圖2。

天平靜力平衡矩陣如下：

=

式中：PX、PY、PZ、MY飛機(jī)起落架被測(cè)得航向、垂向、側(cè)向載荷及垂向扭矩；

L1、L2為起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平3個(gè)多元傳感器間距（如圖2）；

PX1、PX2、PX3、PY1、PY2、PY3、PZ1、PZ2、PZ3為圖2中所示的3個(gè)多元力傳感器與坐標(biāo)方向相同的3個(gè)力。

天平上的3臺(tái)多元測(cè)力傳感器每臺(tái)布置3個(gè)通道的應(yīng)變電橋，總計(jì)9個(gè)應(yīng)變電橋。作用在天平上載荷的大小、方向和作用點(diǎn)的變化都可導(dǎo)致各應(yīng)變電橋輸出信號(hào)的大小或比例的變化，通過對(duì)信號(hào)大小或比例的變化的采集數(shù)值即可求出力和力矩的量值或增量。天平輸出計(jì)算公式為下：（：應(yīng)變靈敏度系數(shù)；：供橋電壓；：應(yīng)變）。

2.3 天平靜態(tài)校準(zhǔn)與載荷-應(yīng)變模型

天平研制完成后，需要在專用臺(tái)架上進(jìn)行靜態(tài)校準(zhǔn)，并記錄校準(zhǔn)載荷與應(yīng)變輸出之間的關(guān)系，再通過數(shù)據(jù)處理得到天平的載荷方程。天平靜態(tài)校準(zhǔn)后的載荷-應(yīng)變公式如下：

上式中，天平各分量信號(hào)與各橋輸出信號(hào)之間的關(guān)系見表1。

天平計(jì)算公式使用時(shí)進(jìn)行迭代，其中主項(xiàng)不參與迭代，干擾項(xiàng)迭代7次。天平計(jì)算公式中為天平使用中心距天平上板的距離。天平計(jì)算公式中迭代項(xiàng)數(shù)值大于零時(shí)，計(jì)算用上方系數(shù)；天平計(jì)算公式中迭代項(xiàng)數(shù)值小于零時(shí)，計(jì)算用下方系數(shù)；無上下系數(shù)的迭代項(xiàng)直接用原系數(shù)。

3 應(yīng)用驗(yàn)證

3.1 飛機(jī)起落架載荷測(cè)量原理

飛機(jī)起落架在實(shí)際使用中承受的載荷是典型的空間合力系，將此力系進(jìn)行正交分解，可以分解成航向載荷（PX）、垂向載荷（PY）、側(cè)向載荷（PZ）及扭矩載荷（MY）。這些載荷的作用，使起落架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，正常受載時(shí)其應(yīng)力都在彈性范圍內(nèi)，則起落架載荷校準(zhǔn)問題就屬于線性模型問題。為了測(cè)量這些載荷，在被測(cè)起落架結(jié)構(gòu)的某些部位粘貼應(yīng)變計(jì)，并按一定的方式組成應(yīng)變電橋，通過地面校準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)M起落架的實(shí)際受載方式進(jìn)行試驗(yàn)加載，得到載荷與應(yīng)變輸出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，再通過多元線性回歸等數(shù)學(xué)方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可得到載荷與應(yīng)變的關(guān)系式，即載荷方程。飛行試驗(yàn)中，將實(shí)測(cè)得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)代入載荷方程，即可得到起落架實(shí)測(cè)載荷。

3.2 采用“六分量校準(zhǔn)應(yīng)變天平”進(jìn)行起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)可模擬真實(shí)受載情況對(duì)起落架進(jìn)行試驗(yàn)加載，通過“天平”可直接測(cè)量起落架輪胎接地點(diǎn)的航向（PX）、側(cè)向（PZ）、垂向（PY）3向載荷和垂向扭矩（MY）。最后通過多元線形回歸得出起落架外載荷與起落架關(guān)鍵部位應(yīng)變電橋之間的關(guān)系模型，即載荷方程。某型飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)見圖3、4。

3.3 試飛驗(yàn)證

根據(jù)校準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用多元回歸分析方法建立起落架三向載荷方程。圖5和圖6分別給出了該型機(jī)左主起落架實(shí)測(cè)的起飛和著陸撞擊過程中的三向載荷及緩沖器支柱壓縮量時(shí)間歷程。從圖中可以看出，起飛過程中起落架三向載荷從一定值逐漸衰減，到A點(diǎn)載荷全部降為0，A點(diǎn)即是起落架完全離地點(diǎn)。同時(shí)在起飛過程中，緩沖器支柱壓縮量則由最大值逐漸減小，至起飛點(diǎn)完全為0。著陸過程則正好相反，起落架三向載荷從0開始增加，對(duì)航向載荷，可以明顯看出起轉(zhuǎn)、回彈載荷，緩沖器支柱行程由0壓縮狀態(tài)開始?jí)嚎s。著陸過程中三向載荷及緩沖器壓縮量又回到0，是因?yàn)轱w機(jī)有一次彈跳的過程。

4 結(jié)語(yǔ)

利用六分量飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平直接在飛機(jī)上進(jìn)行起落架載荷校準(zhǔn)，不需要拆裝起落架和起落架專用固定夾具，大大降低了試驗(yàn)成本，縮短了試驗(yàn)周期，最重要的是，用這種方法實(shí)施起落架校準(zhǔn)試驗(yàn)，起落架與飛機(jī)的連接真實(shí)，大大提高了試驗(yàn)精度，從而保證了實(shí)測(cè)載荷精度。多種型號(hào)飛機(jī)起落架載荷測(cè)量使用結(jié)果表明該方法時(shí)是有效可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1]МЛ克利亞奇科（蘇）著，湯吉晨譯.飛機(jī)強(qiáng)度飛試驗(yàn)（靜載荷）.西安：航空航天部《ASST》系統(tǒng)工程辦公室，1992.23～26）.

[2]賀德馨《風(fēng)洞天平》國(guó)防工業(yè)出版社2001.

[3]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室《理論力學(xué)》高等教育出版社1993.

[4]劉鴻文《材料力學(xué)》高等教育出版社1986.

[5]李慶楊，關(guān)治，白峰杉等數(shù)值計(jì)算原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[7]方開泰，全輝.陳慶云《實(shí)用回歸分析》科學(xué)出版社1988.endprint

【摘 要】 地面校準(zhǔn)試驗(yàn)是采用應(yīng)變法測(cè)量飛機(jī)起落架使用載荷的關(guān)鍵。以往的起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)是將起落架從飛機(jī)上拆下來，固定在專門研制的夾具上實(shí)施。受飛機(jī)模型在風(fēng)洞吹風(fēng)中采用的六分量應(yīng)變天平啟示，我們研制了專門用于起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)的六分量應(yīng)變天平，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)起落架與機(jī)體真實(shí)連接狀態(tài)下載荷校準(zhǔn)，模擬了起落架真實(shí)使用狀態(tài)下的受載情況，提高了試驗(yàn)精度，縮短了試驗(yàn)周期，節(jié)省了試驗(yàn)成本。

【關(guān)鍵詞】 飛機(jī)起落架 載荷 六分量應(yīng)變天平 應(yīng)用驗(yàn)證

1 引言

飛機(jī)起落架在起飛、著陸過程中受到的外載荷是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。用應(yīng)變法測(cè)量起落架的使用載荷，需要對(duì)起落架實(shí)施地面載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)。過去起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)一直沿用將起落架從飛機(jī)上拆下來，固定在專門設(shè)計(jì)的夾具上進(jìn)行加載試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后再將起落架安裝到飛機(jī)上進(jìn)行飛行實(shí)測(cè)。這種方法要拆、裝起落架，還要求專門的起落架固定和加載設(shè)施，試驗(yàn)成本高、周期長(zhǎng)。其最大的缺陷是，在加載試驗(yàn)中起落架與專用夾具的連接無法模擬起落架與飛機(jī)連接的真實(shí)剛度，從而使試驗(yàn)與飛行實(shí)測(cè)中起落架的固定狀態(tài)不完全一致，產(chǎn)生無法定量預(yù)計(jì)的測(cè)量誤差。

受飛機(jī)模型在風(fēng)洞吹風(fēng)中采用的六分量應(yīng)變天平啟發(fā)，我們?cè)O(shè)計(jì)研制了六分量飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平（以下簡(jiǎn)稱天平），通過該天平，可在飛機(jī)真實(shí)停放狀態(tài)下進(jìn)行起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)。

2 六分量起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平研制

在分析研究飛機(jī)起落架受載特點(diǎn)及載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)洞測(cè)力天平，研制了六分量飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平。

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

a）設(shè)計(jì)載荷：航向（PX）：±100KN，垂向（PY）：150KN，側(cè)向（PZ）±80KN：，扭矩（My）：±20KN·m；

b）結(jié)構(gòu)尺寸：1400mm（長(zhǎng)）×1100mm（寬）×300mm（高）；

c）精準(zhǔn)度：測(cè)量精度（重復(fù)性）應(yīng)優(yōu)于0.3%，測(cè)量準(zhǔn)度應(yīng)優(yōu)于1.5%；

d）天平上表面與輪胎接觸部分摩擦系數(shù)不小于0.7。

2.2 天平結(jié)構(gòu)及測(cè)試原理

由于天平設(shè)計(jì)載荷較大，結(jié)構(gòu)尤其高度要求較小，故選用多元測(cè)力傳感器作為敏感元件來降低平臺(tái)高度。天平由上連接板、3臺(tái)成正三角形布置的固定在上連接板與下連接板之間多元測(cè)力傳感器、下連接板組成，通過上連接板將作用在起落架上的載荷傳遞到3個(gè)測(cè)力傳感器上，每個(gè)測(cè)力傳感器可測(cè)出三維正交力，通過求解，可得到作用在起落架上的六個(gè)分量的載荷。當(dāng)加載桿對(duì)天平下連接板施加載荷時(shí)，平臺(tái)上部天平和天平底座之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)固定天平上表面的起落架產(chǎn)生變形，并對(duì)變形的反作用力進(jìn)行測(cè)量。天平上表面與輪胎接觸部分采用專用摩擦墊板增大摩擦力。天平結(jié)構(gòu)見圖1。天平受力簡(jiǎn)圖見圖2。

天平靜力平衡矩陣如下：

=

式中：PX、PY、PZ、MY飛機(jī)起落架被測(cè)得航向、垂向、側(cè)向載荷及垂向扭矩；

L1、L2為起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平3個(gè)多元傳感器間距（如圖2）；

PX1、PX2、PX3、PY1、PY2、PY3、PZ1、PZ2、PZ3為圖2中所示的3個(gè)多元力傳感器與坐標(biāo)方向相同的3個(gè)力。

天平上的3臺(tái)多元測(cè)力傳感器每臺(tái)布置3個(gè)通道的應(yīng)變電橋，總計(jì)9個(gè)應(yīng)變電橋。作用在天平上載荷的大小、方向和作用點(diǎn)的變化都可導(dǎo)致各應(yīng)變電橋輸出信號(hào)的大小或比例的變化，通過對(duì)信號(hào)大小或比例的變化的采集數(shù)值即可求出力和力矩的量值或增量。天平輸出計(jì)算公式為下：（：應(yīng)變靈敏度系數(shù)；：供橋電壓；：應(yīng)變）。

2.3 天平靜態(tài)校準(zhǔn)與載荷-應(yīng)變模型

天平研制完成后，需要在專用臺(tái)架上進(jìn)行靜態(tài)校準(zhǔn)，并記錄校準(zhǔn)載荷與應(yīng)變輸出之間的關(guān)系，再通過數(shù)據(jù)處理得到天平的載荷方程。天平靜態(tài)校準(zhǔn)后的載荷-應(yīng)變公式如下：

上式中，天平各分量信號(hào)與各橋輸出信號(hào)之間的關(guān)系見表1。

天平計(jì)算公式使用時(shí)進(jìn)行迭代，其中主項(xiàng)不參與迭代，干擾項(xiàng)迭代7次。天平計(jì)算公式中為天平使用中心距天平上板的距離。天平計(jì)算公式中迭代項(xiàng)數(shù)值大于零時(shí)，計(jì)算用上方系數(shù)；天平計(jì)算公式中迭代項(xiàng)數(shù)值小于零時(shí)，計(jì)算用下方系數(shù)；無上下系數(shù)的迭代項(xiàng)直接用原系數(shù)。

3 應(yīng)用驗(yàn)證

3.1 飛機(jī)起落架載荷測(cè)量原理

飛機(jī)起落架在實(shí)際使用中承受的載荷是典型的空間合力系，將此力系進(jìn)行正交分解，可以分解成航向載荷（PX）、垂向載荷（PY）、側(cè)向載荷（PZ）及扭矩載荷（MY）。這些載荷的作用，使起落架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，正常受載時(shí)其應(yīng)力都在彈性范圍內(nèi)，則起落架載荷校準(zhǔn)問題就屬于線性模型問題。為了測(cè)量這些載荷，在被測(cè)起落架結(jié)構(gòu)的某些部位粘貼應(yīng)變計(jì)，并按一定的方式組成應(yīng)變電橋，通過地面校準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)M起落架的實(shí)際受載方式進(jìn)行試驗(yàn)加載，得到載荷與應(yīng)變輸出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，再通過多元線性回歸等數(shù)學(xué)方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可得到載荷與應(yīng)變的關(guān)系式，即載荷方程。飛行試驗(yàn)中，將實(shí)測(cè)得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)代入載荷方程，即可得到起落架實(shí)測(cè)載荷。

3.2 采用“六分量校準(zhǔn)應(yīng)變天平”進(jìn)行起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)可模擬真實(shí)受載情況對(duì)起落架進(jìn)行試驗(yàn)加載，通過“天平”可直接測(cè)量起落架輪胎接地點(diǎn)的航向（PX）、側(cè)向（PZ）、垂向（PY）3向載荷和垂向扭矩（MY）。最后通過多元線形回歸得出起落架外載荷與起落架關(guān)鍵部位應(yīng)變電橋之間的關(guān)系模型，即載荷方程。某型飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)見圖3、4。

3.3 試飛驗(yàn)證

根據(jù)校準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用多元回歸分析方法建立起落架三向載荷方程。圖5和圖6分別給出了該型機(jī)左主起落架實(shí)測(cè)的起飛和著陸撞擊過程中的三向載荷及緩沖器支柱壓縮量時(shí)間歷程。從圖中可以看出，起飛過程中起落架三向載荷從一定值逐漸衰減，到A點(diǎn)載荷全部降為0，A點(diǎn)即是起落架完全離地點(diǎn)。同時(shí)在起飛過程中，緩沖器支柱壓縮量則由最大值逐漸減小，至起飛點(diǎn)完全為0。著陸過程則正好相反，起落架三向載荷從0開始增加，對(duì)航向載荷，可以明顯看出起轉(zhuǎn)、回彈載荷，緩沖器支柱行程由0壓縮狀態(tài)開始?jí)嚎s。著陸過程中三向載荷及緩沖器壓縮量又回到0，是因?yàn)轱w機(jī)有一次彈跳的過程。

4 結(jié)語(yǔ)

利用六分量飛機(jī)起落架載荷校準(zhǔn)應(yīng)變天平直接在飛機(jī)上進(jìn)行起落架載荷校準(zhǔn)，不需要拆裝起落架和起落架專用固定夾具，大大降低了試驗(yàn)成本，縮短了試驗(yàn)周期，最重要的是，用這種方法實(shí)施起落架校準(zhǔn)試驗(yàn)，起落架與飛機(jī)的連接真實(shí)，大大提高了試驗(yàn)精度，從而保證了實(shí)測(cè)載荷精度。多種型號(hào)飛機(jī)起落架載荷測(cè)量使用結(jié)果表明該方法時(shí)是有效可行的。

參考文獻(xiàn)：

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