飛機飛行載荷實測技術分析

陸晨遜 常亮

摘? ?要：飛機飛行過程中需要進行外栽荷測量，以此判斷結果的可靠性，判斷飛機飛機過程中的受載情況，并分析結果的正確性，以此優化飛機的飛行結構。本文分析了應變法與壓力法兩種測量技術的運用原理、適用范圍、適用范疇等，應變測量法主要校準地面加載方式下的飛機機身、機翼、起落架、尾翼等部件，壓力分布測量法使用壓力帶在襟翼、機翼、縫翼等翼面上按照氣流方向設置靜壓孔。應變法主要運用于飛機各部件載荷研究，壓力法主要運用于飛機外表面氣動力載荷分布情況的測量。應變法實施較易，測量精度較高，壓力法運用較為復雜，處理難度較大，經濟性不足。進而研究地面載荷標定試驗與試飛數據處理兩種載荷數值處理方式，為飛機的安全飛行提供數據依據。

關鍵詞：飛機飛行? 載荷實測技術? 應變法? 壓力法

中圖分類號：V217+.32? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0002-02

1? 飛機飛行載荷實測技術

飛行載荷實測的進行是在飛機整個飛行包線范圍下對飛機的各種受載情況進行研究的技術，包括應變法與壓力法兩種測量技術。

1.1 應變測量法

應變測量技術運用中主要采取地面加載方式對飛機機身、機翼、起落架、尾翼等部件進行校準，研究應變計電橋響應與測量部件載荷之間的關系。機翼剪力、彎矩、扭矩，機身扭矩、彎矩，活動面較鏈力矩、垂直與水平方向上尾翼剪力、彎矩、扭矩等數值均可通過應變計電橋響應以及飛機實際飛行過程中的參數等數值而得到[1]。

1.2 壓力法測量法

壓力分布測量法運用過程中使用壓力帶在襟翼、機翼、縫翼等翼面上按照氣流方向設置靜壓孔。在飛機飛行時，運用測壓設備測量絕對靜壓基準與壓力孔壓力之間的差值。壓力帶安裝過程中要求沿多個展向剖面進行，要求其中翼面靜壓能夠較為均勻地分布。

積分壓力分布數據可通過氣動載荷測算得到。這一測量方式具有一定的適用性，難以將其用于襟翼等結構，壓力分布測量法則對此進行了一定補充。

飛機各部件載荷可采用應變法進行測量，飛機外表面氣動力載荷分布情況則運用壓力法進行測量[2]。從實施情況上判斷，應變法實施較易，具有較高的測量精度，壓力法運用中由于測壓改裝施工情況較為復雜，具有大量的數據，處理難度較大，經濟性較為有限。因此在飛機各部件載荷測量過程中更多地運用應變法。在實際測量過程中要求對飛機機翼等測量對象進行載荷標定試驗，以此在應變電橋輸出碼與輸人載荷之間建立數值關系。將得到的分析結果運用到飛機機翼等測量對象之中，并將這一結果轉換成載荷結果。

2? 載荷測量電橋

目前在飛機載荷測量中大量運用的方式為電阻式應變片，具有較廣的測量范圍，精度與靈敏度較高，具有較好的頻率響應效果。運用過程中首先要求將應變片貼在關鍵部位與截面的正確位置之中，使其構成惠斯頓電橋，在測試過程中一般具有以下幾種表現。第一，四個橋臂均具有效應變片的全橋。第二，相對與相鄰橋臂中的半橋應變片均有效。第三，一個橋臂中屬于具有與效應變片的單臂橋。

若采用全橋4個應變片均參與工作的方式，能夠達到較為良好的溫度補償效果，能夠提升測量電橋的抗干擾能力與穩定性，靈敏度較高。在運用過程中一般扭矩橋與剪力橋設置+45°/—45°片，拉壓橋與彎矩橋則使用0°/90°片。

3? 地面載荷標定試驗

部件在飛行中主要受載狀態的測量即為地面載荷標定試驗，要求地面加載試驗飛機，記錄應變電橋與施加載荷，對數據進行回歸分析，在應變電橋輸出與結構載荷數值之間建立回歸關系，即為測量得到的剖面載荷方程。運用應變法測量飛機結構載荷，以此判斷測量剖面的剪、彎、扭等載荷數值，完成載荷地面標定試驗之后再進行載荷試飛[3]。

4? 載荷數值處理

載荷數值處理過程中要求同時進行地面載荷標定試驗數據處理與試飛數據處理兩種處理方式。

4.1 地面載荷標定試驗數據處理

要求分析加裝的應變計電橋橋響應特性，并完成載荷標定試驗，選擇載荷方程的應變計電橋，要求分析電橋的數據重復性、敏感性、有效性、線性。加載載荷在達到一定強度數值之后，應變電橋逐漸改變為無效電橋，不敏感電橋中值變化不大，非線性區指的是不是線性變化區域，在三次重復測驗之后均不重復的曲線則重復性不好。

研究中測量剖面的剪力、彎矩、扭矩，得出載荷方程。測量之后得到應變數據樣本，回歸分析之后建立載荷方程，采用多線線性回歸分析方式，首先建立回歸方程，并估計方程中的各項參數數值，對回歸方程中的各項回歸系數進行假設檢驗并進行預測分析，包括顯著性檢驗與方差分析等。

4.2 試飛數據處理

對收集到的相關數據進行試飛數據處理，采用預處理與二次處理。要求將收集到的參數碼值轉化為物理量，據此得出飛行起落中不同參數所需要的時間，以此進行有效性檢查，針對其中不合格的數據堅決予以報廢。同時組織補飛或重飛，對其進行有效的誤碼檢測，并對其進行進一步的處理分析。

二次處理中需要運用到計算關鍵部位應力、應變凈變化量、應變初值、各剖面載荷、關鍵部位應力等，并判斷應力水平與載荷數值。實際嚴重受載工況條件下，得到的實際試飛數據一般比理論上最大值要小，不同研究數值具有足夠的安全余量。

載荷工況特征主要包括多點加載、單點加載、分布加載等形式，分別具有不同的運用作用，在校驗載荷方程方面主要運用分布加載工況，電橋特性分析層面主要是通過單點加載工況實現，載荷方程的建立層面主要是由多點加載工況實現。

5? 結語

飛機在真實的飛行條件下受載情況可以通過載荷試飛得到，應變法運用中結合地面載荷標定試驗對各個數據建立載荷方程，將各項數值代入之后得出剖面載荷與關鍵部位，以此計算極限狀態下過載、極限動壓、過載等數值，據此判斷飛機結構安全性。據此判斷飛機結構振動特性、承載特性等，建立載荷數學模型并驗證，分析并修訂地面試驗數據以及強度理論計算，對飛行試驗結果進行進一步驗證分析，關注飛機飛行過程中可能出現的負荷情況，并對其采取及時有效的應對措施。

參考文獻

[1] 張海濤，張鵬程，李亞南.基于應變法飛機起落架艙門載荷實測研究[J].現代機械，2018（1）：83-86.

[2] 曹準，張青華，張俊國，等.飛機水載荷測試中的承力地板施工技術[J].建筑施工，2019，41（1）：106-109.

[3] 王澤峰，謝強.某涵道式尾槳直升機垂尾載荷實測研究[J].工程與試驗，2018，58（1）：24-26.