安装框架地面标定方法研究

霍文辉，王勇彬

安装框架地面标定方法研究

霍文辉1，王勇彬2

（1.中航飞机股份有限公司，陕西 西安 710089；2.空装西安局某军事代表室，陕西 西安 710089）

为了满足外挂物的挂载要求，重新设计了安装框架及连接结构。对安装框架标定方法进行研究，根据统计学理论，通过施加集中载荷，依据迭加原理获取分布载荷，并对试验数据进行多元线性优化回归，建立最优的载荷-应变方程，以提高飞机载荷实测的精度。

载荷实测；地面标定；载荷方程；标定试验

1 引言

为了保障飞机结构的安全性与可靠性，需开展疲劳定寿工作，科学确定飞机使用寿命，优化飞机检修期，避免过度维修，优化维护所需的人力、物力成本。载荷谱飞行实测是其中一项重要内容。通过对飞机典型使用任务剖面的飞行实测，给出实际使用条件下的飞机载荷谱。飞机的载荷实测，目前主要采用应变法，即在飞机主要传力结构粘贴应变片组成测量电桥，根据应变电桥输出和所施加的载荷的对应关系求出飞机的真实载荷。用这种方法测量载荷，应先进行载荷地面标定。地面标定的目的是要建立载荷-应变方程。

2 地面载荷标定原理

地面标定试验的目的是通过在地面加载，记录所施加载荷及对应应变电桥的输出，通过回归分析，建立结构载荷和应变电桥输出的回归关系，即各测量剖面的载荷方程。测量剖面的剪力、弯矩、扭矩通过应变计电桥输出表示如下：

式（1）中：11～33为回归系数，即单位载荷引起的应变电桥输出应变的大小。

式（1）也可用矩阵表示，如下所示：

[]=[]·[] （2）

如果|[]|≠0，则每个电桥的值不和其他电桥的值线性相关，则有：

[]=[]－1·[] （3）

式（3）为载荷实测标定方程，在实际飞行中，只要确定了应变桥路的应变值，可由式（3）计算出各飞行状态下飞机承受的载荷。

地面标定的目的就是求出系数矩阵[]，根据应变桥路的应变值，用最小二乘法进行多元线性回归即可求出[]。

令为M，Q，T中的，i（=1，2，3）分别为，，，则有随机变量和确定量i的线性关系：

=11+22+33（4）

由极值原理可知，要使（5）式成立，则i应满足以下方程组：

由式（6）可得3个联立的线性方程组，可求得i。依次类推即可求得Q，T所对应的系数i，进而得到系数矩阵[]，得到载荷方程。

原始数据的检验主要是线性好坏的检验。为了检查原始数据的线性，对每个电桥的输出和相应的载荷输入作一元线性回归分析，每次加载，载荷输入和应变输出都应符合=+。以各级加载的输入输出进行=+直线拟合，在进行标定数据拟合之前，要进行相关性的检验，根据以下公式判断两个变量之间线性关系的密切程度。

式（7）中：YY，XX，YX是与个数据点坐标（i，i）有关的量。

的绝对值越接近于1，说明两个变量之间的线性相关程度越好。=+中，为待定常数，按照最小二乘法可由以下公式求出：

3 安装框架载荷标定

安装框架通过接头与飞机连接，通过螺栓与挂架连接，外挂物与挂架连接。

为了获取安装框架及螺栓承受的载荷，地面标定分为三个阶段：第一阶段完成安装框架的单独标定，获取安装框架接头的载荷分配；第二阶段完成螺栓的载荷标定，获取螺栓的载荷分配；第三阶段完成安装框架的整体标定，获取安装框架承受的总载荷。

3.1 标定载荷确定

通过有限元计算分析，确定合理的标定载荷，在保证结构处于弹性状态下，施加较大的标定载荷，以保证获得的载荷方程对实测飞行中的高载荷有较高的外推精度。地面标定前，对加载点位置局部结构、约束点位置局部结构及标定载荷进行强度分析，保证飞机安全。

3.2 标定试验数据采集

地面标定试验时，为消除不同板卡、不同通道间的微小差异，需要固定参数在特定板卡及通道上，保证标定参数的设置与飞行实测参数的设置在相同板卡上的相同通道中，并且具有相同的电源激励及增益。地面载荷标定时，不仅记录应变参数信号，而且将加载点的拉压传感器信号接入数据采集系统中，实现载荷与应变同步瞬时采集记录。

3.3 标定试验数据处理

为了实现标定输入载荷和输出应变信号同步瞬时采集并图形化实时显示，采用C++编制数据采集系统，对采集实测数据进行实时处理，给出标定试验数据处理拟合结果，直接判断试验数据的重复性、可靠性和线性规律，能够保证加载试验数据的真实性和可靠性。

3.4 标定试验数据有效性判断

通过数据采集系统实时显示标定载荷及应变，得出载荷-应变曲线并实时显示，对标定试验数据进行误差分析，通过判别加载标定的线性度及重复性，可以在一组标定工况完成后，直接判断出标定数据是否合理有效。

3.5 地面标定要求

地面标定使用的测试设备、应变计、导线等均应严格按照相应的进货检验规程进行检验，测试传感器均应进行精度校准，确认质量合格后才可使用。

地面标定各岗位人员均应经过培训合格，确保熟悉试验流程。试验过程应严格按照研究所相应的检验规程进行过程检验。地面标定应实行必要的保护措施，确保飞机安全无损，试验资料准确可靠。

加载前应对试验数据采集系统、加载工装夹具状态检查。多点协调加载试验前，各加载点均应单独试加载，以验证加载设备、记录设备是否正常。

载荷标定试验记录前，均预试加载，消除结构间隙，卸载后正式标定；约束载荷应预先施加，以稳定飞机状态，平衡载荷与标定载荷同时施加，协调一致，载荷稳定后进行记录采集。各加载工况应分级缓慢进行加载。

3.6 安装框架单独标定

通过螺栓，将安装框架固定在试验夹具上，在安装框架与飞机连接接头处选择一个测试切面进行应变计粘贴，对接头施加航向载荷、侧向载荷和垂向载荷。

3.7 安装框架螺栓标定

通过螺栓假件，制作一个工艺螺栓穿过螺栓孔，在工艺螺栓下端引出加载点，施加向下的拉力。分别标定螺栓。

3.8 安装框架整体标定

在安装框架上布置应变桥路，设计外挂物假件，通过在外挂物假件施加标定载荷，对安装框架整体标定，通过整体标定，获取安装框架承受的总载荷。

4 结论

通过安装框架单独标定和整体标定，完成载荷谱飞行实测后能够获取安装框架接头和螺栓的载荷分配和承受的总载荷；系统可视化同步加载载荷监控功能，通过载荷与应变的同步瞬时采集的工作模式保证了载荷与应变之间的同步，确保输入和输出的对应关系；采用C++编制数据采集系统，实现了标定输入载荷和输出应变信号同步瞬时采集及图形化实时显示，直接判断试验数据的重复性、可靠性和线性规律，保证加载试验数据真实性和可靠性。

［1］闫楚良，张书明，桌宁生.飞机机翼结构载荷测量试验力学模型与数据处理［J］.航空学报，2000，21（1）：56-59.

［2］段垚奇，刘克格，赵丽楠.飞机载荷标定试验数据的多元回归选元方法［J］.振动、测试与诊断，2015，35（1）：178-182.

［3］蒋祖国，田丁栓.飞机结构载荷/环境谱［M］.北京：电子工业出版社，2012.

V216

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.028

2095－6835（2020）01－0082－02

霍文辉（1983—），男，高级工程师，主要从事飞机疲劳强度设计工作。王勇彬（1979—），男，高级工程师，主要从事航空机械专业工作。

〔编辑：严丽琴〕