机翼变形测量分析

徐兵

摘  要：针对具体的模型开展相关的水平点的空间分布及其附近点的对齐结果分析，而后在实现多点作用的工况情形下对某支线客机的机翼变形测量开展相关的形变研究，通过实际的仿真有效实现其测量与仿真的对应性，验证了其整体机翼的各部分结果可靠性，为后续相关机型的机翼测量与分析提供实践性案例。

关键词：支线客机;机翼变形;测量分析

中图分类号：V214 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）17-0040-03

Abstract： According to the specific model， the spatial distribution of horizontal points and the alignment results of nearby points are analyzed， and then the deformation measurement of the wing of a regional airliner is studied under the condition of multi-point action. Through the actual simulation， the correspondence between the measurement and simulation is effectively realized， and the reliability of the results of each part of the whole wing is verified， which provides a practical case for the wing measurement and analysis of the subsequent related aircraft.

Keywords： regional airliner; wing deformation; measurement and analysis

前言

航空工业作为国家重要的重大的科学项目越来越受到人们的关注，而实现好相关航空工业飞机整机以及部件的研发对于社会发展与国家的影响力都具有重要的指标性意义。在此以某支线飞机的单翼开展形变测量分析也具有重要意义，为后相关飞机机翼设计制造测试等过程提供可靠的理论基础，故而需要对其机翼进行大量的计算机模拟和仿真分析，不仅可以有效地加快相关产品的研发过程，同时也可以较大的减少相关研发试验的费用，为后续的飞行过程的机翼变形提供实时有效的理论分析前提，也为后续相关实际的生产打下坚实的基础。在此国内[1-5]目前虽然已经开展了相关飞机部件的设计与测试工作，但因为飞机的复杂性与繁琐性，在目前的相关研究中对于飞机的单翼变形测试手段仍然存在着一定的局限，尤其是关于飞机的机翼在运行过程中对其本体的形变过程的相关检测手段较为局限。在此以某支线客机的机翼变形测量为研究背景开展相关的机翼形变研究，为后期相关的机型研究与开发验证奠定基础。

1 项目背景分析

本实践项目是对于某型飞机机翼进行其相关的变形测量及分析。在此项目之中的某支线客机是我国自主设计、自主研发，以全新机制、全新管理模式、全面应用数字化设计-制造技术研制的具有自主知识产权的支线喷气飞机。在具体的实践建设中需要根据其飞机的实际性能和情况对于各部件进行分类化的设计与测试，其整个过程不仅要结合国内的研发力量，更要开展广泛的国际合作的模式，负责总体设计、系统集成、总装。在实际的分析过程中因为其所包含的内容较为繁杂，在此中尤以某支线客机的机翼变形量测试为研究的重点与难点，其机翼测量的有效性与稳定性不仅事关与整机飞行的稳定与安全，更为后续相关机型的机翼测量与分析提供实践性案例。

2 工业形变测试分析

在关于某支线某架机的众多的检测内容中，其因为受力与结构的载荷分布不同，故而其各处的测试与检测分析也会有着较大的差异。设计人员需要了解在极端情况下机翼的形变及对安全飞行的影响，以而确保其飞机在飞行过程的安全。该机型的测试区域为其飞机的左右机翼对称位置，在整机的分析过程中其背景为飞机的机翼上下表面有其相对应的蒙皮及铆钉，其具体尺寸为长约10米，最宽处约3米，整个的有效面积为其总面积超过50平方米，在实际的测试中对于其具体的测试要求为其相关的3D扫描精度为其优于0.05mm，对于其相互间的点间距小于10mm。在实践的航空制造领域中，其相关的常用的激光跟踪仪测量系统虽然精度和测距范围往往都能满足其相关的测试要求，但在测试过程中却无法有效地避免相关工况下的震动的影响，在此课题的研究中主要采取的手段是结合对大型柔性曲面测量的经验以及摄影测量技术和3D扫描技术的应用经验来实现相关的测量过程，继而进一步制定了机翼变形测量实施方案。其具体针对该方案所使用的高精度工业摄影测量系统（其相对的测试精度为4μm+4μm/m）和移动式3D扫描仪系统（0.03mm/m），在测试中对于其相关的点云采集密度为1mm，继而可以使得其相关的整体结构精度可以被有效地控制在0.05mm以内。在实践项目的测试中由于摄影测量技术对震动免疫，故而在实际中首先应该使用相关的摄影测量对其对应的左右机翼进行全局有效的高精度定位，并在测试中应该不断地矫正相关的测量水平基准点，然后使用移动式3D扫描仪进行局部扫描，自动拼接到全局控制网络，最终得到机身坐标系下的左右机翼指定区域的表面三维数据。使用3D点云及网格分析软件，与机翼设计模型比对，提交变形分析报告，帮助设计师发现问题并进一步优化机翼的设计及保养措施，提高了飞机的整体安全性和稳定性。

3 机翼外形检测分析

3.1 機翼外形检测过程

在实际的分析中需要针对其具体的机型进行实践性的案例分析。在机翼外形检测分析中首先明确其对象为右翼盒表面，在修理工作完成后保持维修时的顶升状态而进行相关的额外形测量作业。其所使用的设备为V-STARS INCA4系统和与之相结合的三维外形扫描设备。其所测量的范围包括有：右翼盒上、下表面、且前以及后梁之间，其下图1为右外翼理论曲面俯视图，其还包括了前后梁轴线以及肋平面位置的示意图。

经过测试之后可得其相关的数字化外形信息的空间精度不低于0.05mm。如果以点云或点集等离散形式采样和记录，其相关的点距不应该大于10mm。在测量中基于维修时的顶升状态默契保持相关测试点的水平性的前提下符合其相关的测量高差要求，在此过程中可以对其相关的测量点的水平性定位基準，同时参阅相关的手册镜像位置的确定。在测量之后需要将其扫描结果与其理论上的外形进行相互对比，继而可以有效地判读翼盒表面的外形偏离。在进行分析外形偏离的状况，如果发现其相关机翼自重影响会导致飞机顶升姿态和理论外形上存在外形上的偏移，在实际的处理中可以将相关的测量数据与理论上的外形分段进行拟合，其具体的操作方法为将其两条或者三条肋的展向范围为一段，进而可以逼近理论外形定位后进行局部对比，以而减小自重变形所带来的误差。

3.2 工业测试手段与过程分析

在此次中需要进行工业化的测试分析，其首先是对于机翼的三个水平的测试点进行理论坐标值的坐标对齐，通过相关专业的三维空间分析软件进行拟合，其主要的参数结果包括有：最大误差、RMS误差、标准偏差误差等。其具体的基准点对齐拟合过程如图2所示。

通过上述三维空间分析软件精确计算，有效地实现了对于多点测量数据的精确对齐，为后续的相关结果分析奠定了相关分析基础，其拟合结果主要是以空间坐标系的坐标数值参量为基础的数值显示，得到了其三个水平点的理论坐标值、实测坐标值、理论与实测的三维空间上的各方向的方向差值以及理论与实测的三维空间上的综合差值等。

3.3 形变结果分析

结合三维空间分析软件的应用，针对具体模型水平点的空间分布及其附近点的对齐结果进行其多点作用的工况情形分析，这样可以有效地实现其关于机翼的受力情况分解，最终对于整个飞机机翼的受力作用分析，为后续设计提供基础性的理论受力情况图解。

通过分析得知在该飞机机翼的三个测试点相对于其支撑点其受力的情况虽然会有所不同，但是其各部分载荷相对于支撑点都数值较小，这也符合实际情况说明了仿真的正确性。其对于三个水平点的对其结果可知其水平点2的紧密性是最强的，其次是水平点3，最后是水平点1。连续曲面对比云图如图3所示。

根据其相关的工况的作用，相关的机翼变化对比云图结果如上图3所示，发现形变较大部位位于其飞机机翼的翼尾部分，通过以上图3的云图颜色分布可知其相关的变形范围与其部位很清楚的实现了显示，对比其上图3（a）同步也可以得到相关机翼的安全或者可靠部位正如上图3（b）。通过实际的仿真有效实现其测量与仿真的对应性，验证了其整体机翼的各部分结果可靠性。

4 结束语

随着科学技术的不断发展，相关的新技术与新方法不断地应用于各个行业的各项建设中，尤其航空工业作为一个国家的重要科技指标，实现其相关飞机部件的建设与测试对其整个科技行业的发展具有重要意义，在此以某支线客机的机翼变形测量展开分析，通过具体的实践案例并结合计算机的有效仿真继而最终实现了其相关飞机机翼部位的测量与仿真的对应的可靠性，通过实践性的案例验证了该方法下相关部位结果，其为后期相关的机型研究与开发验证奠定基础。

参考文献：

[1]潘兴琳.基于光纤光栅的结构变形测量系统研究[D].西安电子科技大学，2018.

[2]魏斌，梁晋，李洁，等.大型上单翼飞机机翼三维全场变形测量方案[J].航空学报，2017，38（07）：172-181.

[3]陈晨.基于三维散斑相关法的机翼变形测试方法研究[D].中国民航大学，2016.

[4]封思远，保宏，张旭东.基于模糊网络的机翼天线变形测量方法[J].现代雷达，2015，37（11）：59-63+72.

[5]张兴国.大型飞机机翼动态变形的摄影测量[J].中国科技信息，2015（17）：49-52+41.