用飛行載荷實(shí)測(cè)結(jié)果修正靜強(qiáng)度試驗(yàn)載荷技術(shù)探究

1、用飛行載荷實(shí)測(cè)結(jié)果修正靜強(qiáng)度試驗(yàn)載荷技術(shù)探究摘要：主要研究利用飛機(jī)的飛行載荷實(shí)測(cè)結(jié)果修正靜強(qiáng) 度試驗(yàn)載荷，但由于國內(nèi)尚不具備對(duì)機(jī)翼等部件施加60%以 上的限制載荷進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)，因此首先利用飛機(jī)進(jìn)行靜強(qiáng)度 試驗(yàn)的機(jī)會(huì)，獲得飛行載荷測(cè)量應(yīng)變計(jì)電橋響應(yīng)與載荷的關(guān) 系，確保飛行載荷實(shí)測(cè)結(jié)果可靠，進(jìn)而研究如何修正靜強(qiáng)度 試驗(yàn)載荷。關(guān)鍵詞：飛行載荷；風(fēng)洞；靜強(qiáng)度試驗(yàn)1概述任何新機(jī)都追求重量輕、性能好和壽命長的目標(biāo)。飛機(jī) 飛行載荷的預(yù)計(jì)與實(shí)測(cè)驗(yàn)證技術(shù)是減輕飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量，確保 飛行安全的根本措施。由于受風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果、飛行中結(jié)構(gòu)氣 動(dòng)彈性及復(fù)雜流場(chǎng)等的影響，準(zhǔn)確地預(yù)計(jì)嚴(yán)重受載情況下的 飛行載荷是困難的。隨著航空

2、事業(yè)的發(fā)展，盡管風(fēng)洞及風(fēng)洞 試驗(yàn)技術(shù)在不斷地發(fā)展，理論計(jì)算方法在不斷深入研究，然 而世界各航空發(fā)達(dá)國家無一不重視飛機(jī)飛行載荷的實(shí)測(cè)驗(yàn) 證，他們充分利用飛機(jī)的飛行載荷實(shí)測(cè)結(jié)果，來驗(yàn)證風(fēng)洞試 驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果，通過綜合分析，修正風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果, 改進(jìn)理論計(jì)算方法，并將飛行載荷實(shí)測(cè)結(jié)果用于修正靜強(qiáng)度 試驗(yàn)載荷。2國外研究情況國外航空發(fā)達(dá)國家從四十年代就開始了飛機(jī)飛行載荷 的測(cè)量技術(shù)研究，到六十年代以后，對(duì)飛行載荷的研究與應(yīng) 用更為重視。從那時(shí)起，所有新機(jī)均嚴(yán)格進(jìn)行飛行載荷實(shí)測(cè), 并驗(yàn)證原來的飛行載荷設(shè)計(jì)結(jié)果，從而不斷改進(jìn)飛行載荷預(yù) 計(jì)方法，改進(jìn)載荷計(jì)算軟件，并不斷改進(jìn)飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范中有 關(guān)飛行載荷的

3、條文規(guī)定。前蘇聯(lián)的m n23、mh25、 mhf29、mu r-31. c y 24. c y 27. c y 30. c y 37 飛機(jī)，美國的 f14、f15、f16、f18、bt、b-2、x31、f22 等飛機(jī)，歐洲的狂風(fēng)飛機(jī)等都進(jìn)行過嚴(yán)格的飛行載荷實(shí)測(cè)驗(yàn) 證。航空發(fā)達(dá)國家新機(jī)研制所使用的載荷預(yù)計(jì)技術(shù)及載荷軟 件，是在以往多架型號(hào)飛機(jī)上通過載荷實(shí)測(cè)驗(yàn)證并加以充分 改進(jìn)的，它們可以按照最小設(shè)計(jì)重量準(zhǔn)則設(shè)計(jì)飛機(jī)，研制出 像f-22那樣的第四代戰(zhàn)斗機(jī)。在國外各版本的飛機(jī)強(qiáng)度和剛度規(guī)范中，都將飛機(jī)飛行 載荷預(yù)計(jì)與實(shí)測(cè)驗(yàn)證放在非常重要的地位。在美國軍標(biāo)及前 蘇聯(lián)的有關(guān)強(qiáng)度規(guī)范中都明確要求“測(cè)量飛行

4、及地面操作 載荷，以便證實(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載荷的分析并在嚴(yán)重載荷狀態(tài)下驗(yàn) 證飛機(jī)結(jié)構(gòu)的完整性” 12； “要求在為研究飛行受載情 況而改裝好測(cè)試儀器，并經(jīng)校準(zhǔn)的試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行靜載荷和動(dòng) 載荷測(cè)量” 3；要求“測(cè)量飛機(jī)主要承載翼面上的彎矩、 剪力和扭矩的展向分布”，'測(cè)量外掛物與飛機(jī)掛架之間連 接處的載荷”，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果“表示出隨翼展、載荷系數(shù)、 馬赫數(shù)或速度以及高度而變化的飛行載荷數(shù)據(jù)，并將這些數(shù) 據(jù)修正至設(shè)計(jì)載荷系數(shù)” 2；要求對(duì)于各種對(duì)稱機(jī)動(dòng)和非 對(duì)稱機(jī)動(dòng)的載荷分析，“應(yīng)考慮諸如大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)誤差、控 制系統(tǒng)滯后、耗油順序、作動(dòng)器性能及裝配的容差，并經(jīng)飛 行載荷實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明” 3；要求“在80

5、%的飛行載荷測(cè)量階 段完成后2個(gè)月，100%的飛行載荷測(cè)量階段完成后1個(gè)半月 提供飛行載荷測(cè)量分析報(bào)告” 1;要求'將飛行試驗(yàn)測(cè)得 的載荷與飛機(jī)設(shè)計(jì)的載荷作對(duì)比”，“識(shí)別出新的嚴(yán)重受載 情況”。要求“考慮由分析、模型試驗(yàn)及全尺寸測(cè)試所能得 到的任何受載情況” ：3o3國內(nèi)目前研究情況我國飛機(jī)飛行載荷實(shí)測(cè)驗(yàn)證技術(shù)剛剛起步，在“十五”以前，飛機(jī)設(shè)計(jì)所用的載荷預(yù)計(jì)技術(shù)均未經(jīng)飛行載荷實(shí)測(cè)驗(yàn) 證，在這樣的情況下要想研制出結(jié)構(gòu)重量系數(shù)28%, 5000飛行小時(shí)使用壽命的四代機(jī)是非常困難的。只有開發(fā)好飛行載 荷預(yù)計(jì)與實(shí)測(cè)驗(yàn)證技術(shù)，通過載荷預(yù)計(jì)-實(shí)測(cè)驗(yàn)證-改進(jìn)預(yù)計(jì) -實(shí)測(cè)驗(yàn)證反復(fù)的良性循環(huán)，才能有效地

6、進(jìn)行飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。要使一架新機(jī)設(shè)計(jì)得重量輕、性能高、壽命長，其預(yù)計(jì)的飛行載荷和地面載荷必須準(zhǔn)確可靠。如果沒有可靠的飛行 載荷預(yù)計(jì)技術(shù)，往往使飛行載荷和地面載荷設(shè)計(jì)得過于保 守。過于保守的設(shè)計(jì)載荷，必然導(dǎo)致過剩的安全余量進(jìn)而導(dǎo) 致過份地增加飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量。即使飛機(jī)強(qiáng)度計(jì)算得再準(zhǔn)確， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得再合理，靜強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)符合得再好，仍 然解決不了飛機(jī)結(jié)構(gòu)增重的問題。飛機(jī)靜強(qiáng)度試驗(yàn)在新機(jī)研制中占有重要地位，飛機(jī)靜強(qiáng) 度試驗(yàn)的載荷準(zhǔn)確與否直接影響靜強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果。在國外 航空發(fā)達(dá)國家，新機(jī)的靜強(qiáng)度試驗(yàn)普遍利用飛行載荷實(shí)測(cè)結(jié) 果修正飛行載荷的預(yù)計(jì)結(jié)果，獲得了重大效益。在美國的軍 用飛機(jī)強(qiáng)度

7、和剛度規(guī)范即我國gjb67. 9-85中規(guī)定，靜強(qiáng)度 “試驗(yàn)載荷的大小與分布應(yīng)盡可能與真實(shí)的載荷與分布相 一致。初期靜強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)以分析和可用風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得的 載荷大小與分布進(jìn)行。如果飛行和地面載荷實(shí)測(cè)中測(cè)得的載 荷不同于初期的試驗(yàn)載荷，就應(yīng)適時(shí)地以飛行載荷實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 來修正初期試驗(yàn)載荷和設(shè)計(jì)載荷的大小和分布” 1h2。直到目前為止，我國飛機(jī)靜強(qiáng)度試驗(yàn)載荷一直使用飛行 載荷預(yù)計(jì)結(jié)果。在”十五”期間，開展了飛行載荷預(yù)計(jì)與實(shí) 測(cè)驗(yàn)證技術(shù)研究，并且在多種新研改進(jìn)型號(hào)飛機(jī)上進(jìn)行了飛 行載荷測(cè)量。在此基礎(chǔ)上，開展用飛行實(shí)測(cè)結(jié)果修正靜強(qiáng)度 試驗(yàn)載荷結(jié)果的研究成為可能。4靜力試驗(yàn)結(jié)果在飛行載荷測(cè)量中的應(yīng)用為了

8、驗(yàn)證飛行載荷預(yù)計(jì)結(jié)果及評(píng)定飛機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，必 須準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行飛行載荷測(cè)量。這里需要強(qiáng)調(diào)的是務(wù)必充 分重視飛行載荷測(cè)量與靜強(qiáng)度試驗(yàn)的密不可分的關(guān)系。據(jù)國外文獻(xiàn)報(bào)道：對(duì)于大多數(shù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)，其承受的載荷 與結(jié)構(gòu)應(yīng)變成線性關(guān)系，這時(shí)可用較小的校準(zhǔn)載荷：1020% 使用載荷。對(duì)于那些存在明顯非線性關(guān)系的結(jié)構(gòu)，校準(zhǔn)載荷 要大于限制載荷的60%,直到100%。值得指出的是：由于廠 房及試驗(yàn)設(shè)備等方面的原因，到目前為止，國內(nèi)沒有能力對(duì) 機(jī)翼施加60%以上的限制載荷進(jìn)行校準(zhǔn)，對(duì)尾翼的校準(zhǔn)，施 加60%以上的校準(zhǔn)載荷也非常困難。這就提出了一個(gè)問題： 如果能事先知道結(jié)構(gòu)應(yīng)變計(jì)電橋的響應(yīng)與載荷的關(guān)系就好 to飛機(jī)首飛前必須在飛機(jī)上進(jìn)行靜力加載試驗(yàn)，