全尺寸飛機結構強度試驗位移修正方法研究

賀謙

（中國飛機強度研究所，全尺寸飛機結構靜力/疲勞航空科技重點實驗室，西安　710065）

全尺寸飛機結構強度試驗位移修正方法研究

賀謙

（中國飛機強度研究所，全尺寸飛機結構靜力/疲勞航空科技重點實驗室，西安710065）

綜合考慮飛機結構的平移、俯仰、滾轉和偏航等因素，進行位移修正方法研究，提出一種適用于全尺寸飛機結構強度試驗位移修正方法并進行工程應用。結果表明，該方法明顯提高位移測量數據的準確性，是可行和有效的。

位移修正；全尺寸飛機；強度試驗

0　引言

在全尺寸飛機結構強度試驗中，飛機結構的變形量是檢驗結構剛度和試驗加載準確性的重要依據。由于支持方式、扣重方式等原因，在試驗過程中會出現飛機的平移、俯仰、滾轉和偏航，使飛機結構的位移測量值出現偏差，從而影響對飛機結構剛度的檢驗以及對整體加載準確性的判定［1-2］。

對于全尺寸飛機結構靜強度試驗，目前還沒有形成一套完整的位移修正方法。同時，相關的研究報道也不多見。因此，進行全尺寸飛機結構靜強度試驗位移修正方法研究，在提高位移測量數據的準確性，更加真實地反映載荷對結構的總體效應，為檢驗結構剛度提供可靠依據等方面具有重要意義。

本文針對全尺寸飛機結構，綜合考慮平移、俯仰、滾轉和偏航等因素，進行位移修正方法研究，提出了一種適用于全尺寸飛機結構靜強度試驗位移修正方法，并為后續試驗位移數據自動化修正軟件的開發提供理論基礎。

1　位移修正方法

在全尺寸飛機結構強度試驗中，飛機在全機浮空狀態下，需要修正的位移量由垂向、側向、航向三個方向組成，是飛機結構平移、滾轉、俯仰、偏航綜合作用的結果。其中，垂向位移修正主要考慮垂向平移、滾轉、俯仰的作用；側向位移修正主要由側向平移、偏航、和滾轉產生；航向位移修正主要受航向平移、俯仰和偏航三個因素影響［3］。

設定全機坐標系X方向飛機逆航向為正，Y方向向上為正，Z方向指向左翼尖為正。取飛機實際重心附近一個區域為基準，選擇四個點為修正點，如圖1所示。

1.1垂向位移修正

（1）平移修正

取四個修正點垂向位移數據的平均值作為平移修正量：

式中：

Δym：垂向平移修正量

圖1　全機試驗位移修正點選取

y1、y2、y3、y4：修正點垂向位移

（2）俯仰修正

俯仰角計算公式如下：

式中：

θ：飛機俯仰

x1、x2、x3、x4：修正點航向坐標

y1、y2、y3、y4：修正點垂向位移

根據俯仰角θ值分別計算出各測量點垂向位移的俯仰修正量：

式中：

Δyei：各測量點垂向位移俯仰修正量（i=1，2，3，…，n）

xi：各測量點航向坐標（i=1，2，3，…，n）

xg：飛機實際重心處航向坐標

（3）滾轉修正

滾轉角計算公式如下：

式中：

?：飛機滾轉角

y1、y2、y3、y4：修正點垂向位移

z1、z2、z3、z4：修正點的側向坐標

根據滾轉角值分別計算各測量點的滾轉修正量：

式中：

Δyri：各測量點滾轉修正量

zi：各測量點側向坐標（i=1，2，3，…，n）

zg：飛機實際重心處側向坐標（i=1，2，3，…，n）

（4）垂向位移修正計算

設試驗測得的垂向位移為yi，實際的垂向位移為yi'，則垂向位移修正公式如下：

1.2側向位移修正

（1）平移修正

取四個修正點側向位移數據的平均值作為平移修正量：

式中：

Δzm：側向平移修正量

z1、z2、z3、z4：修正點垂向位移

（2）滾轉修正

根據公式（4）計算得到滾轉角?，側向位移滾轉修正計算公式如下：

式中：

Δzri：各測量點側向滾轉修正量（i=1，2，3，…，n）

Δyri：各測量點垂向滾轉修正量（i=1，2，3，…，n）

（3）偏航修正

偏航角計算公式如下：

式中：

α：飛機俯仰角

z1、z2、z3、z4：修正點側向坐標

x1、x2、x3、x4：修正點航向位移

側向位移偏航修正計算公式如下：

式中：

Δzdi：各測量點側向偏航修正量（i=1，2，3，…，n）

xi：各測量點航向坐標（i=1，2，3，…，n）

xg：飛機實際重心處航向坐標

（4）機身側向位移修正

設試驗測得的側向位移為zi，實際的側向位移為zi'，則側向位移修正公式如下：

1.3航向位移修正

（1）平移修正

取四個修正點航向位移數據的平均值作為平移修正量：

式中：

Δxm：航向平移修正量

x1、x2、x3、x4：修正點航向位移

（2）俯仰修正

根據公式（2）計算得到俯仰角θ，航向位移俯仰修正計算公式如下：

式中：

Δxei：各測量點航向位移俯仰修正量（i=1，2，3，…，n）

Δyei：各測量點垂向位移俯仰修正量（i=1，2，3，…，n）

（3）偏航修正

根據公式（9）計算得到偏航角α，機身航向位移偏航修正公式如下：

式中：

Δxdi：各機身測量點航向偏航修正量（i=1，2，3，…，n）

Δzdi：各機身測量點側向偏航修正量（i=1，2，3，…，n）

各翼面航向位移修正公式如下：

式中：

Δxdi：各翼面測量點航向偏航修正量（i=1，2，3，…，n）

zi：各翼面測量點側向坐標（i=1，2，3，…，n）

zg：飛機實際重心處側向坐標

（4）航向位移修正計算

設試驗測得的機身和翼面航向位移分別為xft和xi，實際的垂向位移分別為xft，和xi，則機身和翼面航向位移修正公式分別為：

2　工程應用

在某型飛機對稱情況全機靜力試驗中，由于飛機出現滾轉，導致左右機翼垂向位移測量值出現明顯偏差，如圖2所示。以左右機翼翼根各兩個垂向位移測量點作為位移修正點，采用本文提出的方法對左右機翼位移測量值進行了修正。結果表明，測量值的對稱性明顯改善，如圖3所示，提高了位移測量數據的準確性。

圖2　修正前左右機翼翼尖垂向位移測量　

圖3　修正后左右機翼翼尖垂向位移測量

3　結語

針對全尺寸飛機結構強度試驗中，由于飛機平移、俯仰、滾轉和偏航等原因產生的位移測量值不準確的問題，進行了位移修正方法研究，提出了一種適用于全尺寸飛機結構強度試驗位移修正方法并進行了工程應用。結果表明，該方法明顯提高了位移測量數據的準確性，是可行和有效的。

［1］GJB67.9A-2008軍用飛機強度和剛度規范 地面試驗，2008.

［2］王鳳山.飛機結構強度試驗實用指南.中國飛機強度研究所，2007.

［3］滕申科.全尺寸飛機結構靜強度破壞試驗實時分析處理.中國飛機強度研究所，1994.

Deformation Revise；Full Scale Aircraft；Static and Fatigue Test

Structure Deformation Revise for Full Scale Aircraft Structure Static and Fatigue Test

HE Qian
（AVIC Aircraft Strength Research Institute，Aviation Technology Key Laboratory of Full Scale Aircraft Structure Static and Fatigue Test，Xi'an 710065）

Presents a structure deformation revise for full scale aircraft structure static and fatigue test，considering structural locomotion，pitching，rolling and yawing.The result shows that the structure deformation is more reasonable after revise，the method is viable and efficient.

1007-1423（2016）29-0011-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.29.002

賀謙（1980-），男，高級工程師，研究方向為全尺寸飛機結構靜力、疲勞試驗技術

2016-07-19

2016-10-12