浅谈飞机扰流板灵活性试验验证方法

陈昊龙，杜 娟，韩学礼

（中航飞机汉中飞机分公司，陕西 汉中 723000）

扰流板主要功能为辅助操纵系统提供起飞、着陆的增升动力和增加在地面或飞行中的气动阻力，改善飞机的操纵性能。为保证扰流板能够正常工作，需对扰流板的灵活性[1]进行验证。

飞机在起飞、滑跑、空中执行科目及着陆过程中，机翼、扰流板均承受气动载荷、惯性载荷，受载后机翼、扰流板结构发生变形。飞机在飞行过程中需操纵扰流板进行偏转，机翼在气动载荷作用下发生变形[2]，扰流板结构跟随机翼也发生变形。同时，扰流板在气动载荷作用下也发生变形，这两种变形对扰流板操纵的影响无法评估，也没有相关的飞行数据和使用经验，需对扰流板空中飞行时操纵品质进行研究。

传统的方法是先通过铁鸟试验台，对操纵系统的可靠性进行验证，但是未考虑机翼变形对舵面的影响；其次，通过科研试飞来验证舵面结构设计是否满足飞机指标要求。但是周期长，成本高，且一旦出现问题，需要对舵面结构重新设计，严重影响科研工作的进度，还会产生很大的损失。因此，迫切需要一种简便、实用的地面验证结合的方法，来验证结构变形对调整片操纵的影响，故需进行扰流板操纵灵活性设计与验证[3]。目前，国内开始研究舵面灵活性的设计及验证工作，对试验方法、试验合格判据等方面逐步摸索。

本文以扰流板为例，研究了扰流板灵活性试验，给出了试验方法，合格判据并对试验数据进行分析。

1  试验设计方法

1.1  试验件及支持方式

扰流板操纵灵活性验证试验采用前、后端盖悬空支持方式，共设置6个约束点：垂向3个（前端盖1个，后端盖2个），可提供垂向、俯仰和滚转约束；航向2个（后端盖左右各1个），提供航向、偏航约束；侧向1个（后端盖），以提供侧向约束。在此支持状态下，飞机呈静定约束。

1.2  试验载荷及载荷施加方法

扰流板操纵灵活性验证试验载荷包括机翼、扰流板载荷及机身载荷。机身载荷主要用来配平机翼和扰流板载荷。试验载荷按力的等效原则进行简化合并，转化为可实施载荷形式。试验载荷需要扣除飞机结构重量、加载设备重量。

试验机机身、机翼及扰流板载荷采用胶布带杠杆系统进行加载。垂向向下加载点采用承力地坪承载，机翼垂直向上载荷由龙门架进行承载，同时承载框架解决试验机工作平台、检查平台、试验设备和油路、线槽系统安装等问题。

试验加载设备主要为液压作动筒和测力传感器、倾角传感器，试验加载控制误差不大于1%。

试验前扰流板操纵控制盒连接电源，作动器充电供压。试验时，施加机身、机翼及扰流板载荷；通过作动器操纵扰流板，同步采集扰流板偏转角度数据。

1.3  试验测量

扰流板灵活性验证试验在扰流板结构安装应变片，采用BE系列应变片。通过应变测量，了解和监控在试验加载过程中扰流板安装结构的应力水平，验证理论计算的准确性为后续理论设计提供依据。此外，安装了电流型拉绳式位移传感器、偏角传感器，实时了解扰流板安装结构的变形、扰流板偏转角度变化情况，为分析扰流板操纵灵活性提供依据。

试验中应变和位移采用ST18采集系统自动、同步采集；角度数据采集使用协调加载控制系统，采样频率不低于20Hz；加载控制系统能对角度进行实时自动、同步采集，数据采集系统的测量误差不大于1%。

试验中，机身、机翼及扰流板载荷施加到目标值，通过作动器操纵扰流板，同步采集扰流板偏转角度数据。

1.4  试验顺序

扰流板操纵灵活性验证试验按照单点调试、扰流板空载操纵灵活性检查、预试、80%使用载荷试验、100%使用载荷试验的步骤进行。

试验各加载点安装完成后进行单点调试，确保各加载点安装正确，系统线路正确，加载点跟随性、稳定性符合要求；检查试验机在空载状态试验过程，确保加载无异常，扰流板在偏转过程中无卡滞现象；预试主要检查试验各系统运行情况。当各系统运行正常，加载控制系统参数合理，保护措施稳妥，加载卸载正常，进行80%使用载荷试验、100%使用载荷试验。

1.5  合格判据

机翼、扰流板施加规定的载荷，操纵扰流板偏转，应能达到规定的偏转角度，偏转过程中不应有明显的卡滞现象，扰流板偏角—时间曲线应光滑、连续。

在试验过程中，对应变、位移按照试验加载程序同步进行了测量，保证载荷与应变、位移试验数据的一致性。

2  试验过程

2.1  扰流板空载操纵灵活性检查

扰流板操纵控制盒连接电源，作动器充电供压，扰流板处于0°。试验前进行扰流板空载状态操纵灵活性检查，操纵1～4号扰流板作动器控制盒，使扰流板依次偏转至55°，然后按55°偏转至0°，共3次，观察记录有无卡滞等异常情况出现，同步采集偏转角度情况。

2.2  使用载荷 80% 情况试验

扰流板操纵控制盒连接电源，作动器充电供压，扰流板处于指定位置。例如扰流板初始位置为扰流板偏角40°，机身、机翼载荷以5%为步长，逐步加载至使用载荷的80%，扰流板载荷人工逐级加载至80%，保载，同步采集应变、位移情况。

操纵1号扰流板控制盒使扰流板依次偏转，观察记录有无卡滞等异常情况，同步采集偏转角度情况。

1号扰流板单独试验完成后，依次对2号、3号、4号扰流板进行相同步骤试验。试验完成后卸载，对试验件、试验设备进行检查。

2.3  使用载荷 100% 情况试验

扰流板操纵控制盒连接电源，作动器充电供压，扰流板处于指定位置。机身、机翼载荷以5%为步长，逐步加载至使用载荷的100%，扰流板载荷人工逐级加载至100%，保载，同步采集应变、位移情况。

操纵1号扰流板控制盒使扰流板依次偏转，观察记录有无卡滞等异常情况，同步采集偏转角度情况。以上步骤重复3遍，1号扰流板单独试验完成后，依次对2号、3号、4号扰流板进行相同步骤试验。试验完成后卸载，对试验件、试验设备进行检查。

3  扰流板灵活性验证结果分析

扰流板操纵灵活性验证试验各情况在扰流板偏转过程中，同步进行了扰流板偏转角度测量。绘制扰流板使用载荷试验扰流板偏转角度—时间曲线。根据扰流板偏转过程中，扰流板转动机构有无卡滞现象确定试验结果。某情况下扰流板偏转角度—时间曲线如图1～图3所示。

图1 空载操纵灵活性检查试验扰流板偏转角度—时间曲线

图2 80%使用载荷试验扰流板偏转角度—时间曲线

图3 100%使用载荷试验扰流板偏转角度—时间曲线

在试验过程中，对应变、位移按照试验加载程序同步进行了测量，保证了载荷与应变、位移试验数据的一致性，数据采集同时进行了实时显示和分析。试验加载到最终载荷时，试验位移—载荷曲线、应变—载荷曲线线性好，整个试验测量结果真实、可信。

若操纵扰流板偏转，应能达到规定的偏转角度，且偏转过程中无明显的卡滞现象，偏转角度—时间曲线光滑、连续，且试验结束后结构未发现可见有害永久变形，则扰流板灵活性复合要求。

4  结论

通过扰流板试验数据结果分析可知，试验试验方法合理性、试验过程准确，扰流板偏转角度—时间曲线光滑、连续，扰流板灵活性满足设计要求。同时，扰流板灵活性试验方法、过程及判据为后续的舵面设计及舵面灵活性试验设计提供了依据。