飞机机翼结构载荷测量试验力学模型与数据处理

 以运七飞机为例,探讨了大型飞机机翼结构部件载荷测量试验力学模型,应变桥路设计和标定加载试验过程,通过对试验数据多元回归分析,建立了飞机机翼、尾翼结构部件载荷输入与应变输出关系方程,以此来获得飞机机翼、尾翼测量截面在实际飞行过程中的载荷-时间历程。     

有起落架布置的翼身整体结构机翼载荷测量技术

针对传统的载荷校准约束方法影响有起落架布置的翼身整体结构机翼根剖面载荷测量的问题,提出了一种适用于该结构形式的机翼载荷实测方法。首先,分析地面载荷校准时主起落架载荷变化对机翼根部测载剖面应变电桥响应的影响,提出了一种主动约束方法来模拟空中飞机机翼真实受载状态。其次,采用主动约束和传统的起落架约束方法进行机翼载荷校准对比试验,通过对试验数据进行分析,分别建立了2种约束方法的飞行载荷方程,表面上2种方法的地面检验误差均在3%以内,满足一般的工程误差要求。最后,选取对称拉起机动试飞状态,对2种约束方法的机翼飞行载荷测量结果进行分析研究,验证了有起落架布置的翼身整体结构机翼载荷测量方法的有效性,并给出了传统的起落架约束方法载荷测量误差大的原因。     

电桥逐步筛选飞行载荷建模方法及其应用

通过载荷地面校准试验建立载荷模型是应变法飞行载荷准确测量的基础,为高效准确地建立载荷模型,在对应变法飞行载荷测量原理分析的基础上提出了一种基于电桥应变响应特性综合指标的电桥逐步筛选飞行载荷建模方法,在建模过程中对参与建模的电桥进行逐步筛选并得到一组备选载荷模型,结合叠加原理验证及电桥物理特性分析等方法可确定飞行实测中所选用载荷模型。应用该方法对机翼测载剖面飞行载荷进行测量,结果表明该方法准确可靠,并可将测载结果应用于飞机飞行载荷安全监控。     

液压多点协调加载技术在机翼载荷校准试验中的应用

载荷校准试验是飞机飞行载荷测量的关键技术环节,而校准试验载荷的加载方式、载荷量级的大小直接影响着载荷建模及飞行实测载荷精准度。本文提出的液压多点协调加载技术,可实现飞机机翼多点、自动控制、协调加卸载,与以往人工单点加载试验相比,载荷量级提高到了机翼限制载荷的40%以上,并可模拟机翼在飞行时气动载荷的压心分布情况进行试验加卸载,提高了试验载荷模拟飞行载荷的真实程度。采用多点协调加载数据建立机翼的载荷方程,较以往单点数据,方程精度提高了4%以上,为提高实测载荷精度奠定了坚实的基础技术。     

基于遗传算法与评估模型的飞行载荷实测研究

为了得到飞行载荷实测所需的最优载荷方程,建立了可表征载荷方程数学意义和物理意义的评估模型,与遗传算法(GA)结合,以载荷方程评估驱动载荷方程建立,形成一种新的载荷方程建立方法——EMGA。通过建立某机翼根部剪力方程,比较了穷尽搜索(ES)法、传统GA和EMGA所建载荷方程的评估模型参数。最后将3种方法建立的方程用于飞行载荷实测。结果发现:和其他两种方法比较,本文提出的EMGA可得到最优的载荷方程;EMGA测得的飞行载荷分散性小,最优载荷方程的测量结果可作为最终的飞行载荷。     

机翼飞行载荷测量的不确定度评定

在飞行载荷测量中,非常重要的一点是测量结果的误差分析。目前,通用的飞行载荷测量误差分析模型存在只考虑地面校准试验误差及误差分析结果缺乏可比性的问题。文章通过分析机翼载荷测量试验各环节可能影响测量结果的因素,将不确定度评定理论引入到载荷测量结果的分析中,建立了载荷测量试验不确定度评定的数学模型,并结合某型机机翼载荷测量数据进行了计算。计算结果表明,载荷测量试验的百分比不确定度相对较小,测量较为准确;绝大部分不确定度来自于校准试验中,而方程非线性的影响几乎可以忽略;误差修正因子的取值会对评定结果产生比较大的影响。     

基于ANSYS的机翼动力学分析

针对无人机在挂载导弹飞行和发射导弹时,无人机机翼由于受到多种载荷影响所产生的应力应变,应用ANSYS软件动力学分析,计算模拟了机翼在受到多种载荷影响时所产生的应力分布和应变量。分析结果表明,由于外挂物重量和机翼周围气动流场的影响,机翼会产生不同程度的颤振和扭转,其研究结果对合理设计机翼结构具有一定的参考意义。     

基于CFD的静气动弹性优化设计方法

以三维Navier-Stokes方程为控制方程,数值计算弹性机翼跨音速气动力,耦合结构静平衡方程,研究弹性机翼的静气动弹性变形和真实载荷分布,并在此基础上,对机翼的型架外形进行基于静气动弹性的多学科的优化设计(MDO),以及对机翼进行基于总升力不变的飞行姿态确定,以满足弹性机翼在飞行时的品质设计要求.以某后掠机翼为例,设计结果达到预期目标.     

基于逆向有限元法的变形机翼鱼骨的变形重构

变形监测技术能够为自适应变形机翼的变形控制系统提供参考信息，是保证结构安全性以及优化结构的运行性能的重要手段。传统的基于光学成像的变形测量方法已经不能满足自适应智能结构的实时变形监测的要求。由于变形机翼表面受气动载荷影响，不便于直接在变形机翼蒙皮表面布置应变传感系统，目前还没有针对鱼骨结构这种真实复杂机翼结构的变形重构研究，大多针对机翼翼型的变形重构研究是将整个机翼简化成简单的翼形板、梁结构。针对上述问题，本文首次以真实复杂变形机翼主承力结构——鱼骨为研究对象，提出了一种基于逆向有限元（iFEM）算法与位移分段叠加思想结合的变形监测方法，根据Mindlin板变形理论建立四节点逆向壳单元，采用应变传感系统测得鱼骨结构表面应变分布作为算法输入，然后基于最小二乘变分方程求解结构应变场和位移场之间的传递函数，重构鱼骨结构的变形形状，为反演机翼翼型的变形形状提供方法。针对真实自适应变形机翼的主要承力构件开展了变形实验，实验结果表明，机翼鱼骨在分别偏转5°、10°、15°的情况下，逆向有限元法能准确重构鱼骨变形形状，验证了基于逆向有限元法的变形重构方法在真实自适应变形机翼结构变形重构研究中的有效性和准确性。     

复杂结构飞行器的飞行载荷建模方法研究

复杂结构飞行器的传统飞行载荷建模方法存在误差大、效率低的问题。考虑电桥指标及载荷方程指标对载荷模型的综合影响,提出一种飞行载荷改进建模方法,以多梁多墙结构为例,基于某型机机翼地面载荷校准试验数据建立载荷模型,将改进方法与传统方法计算的弯矩及剪力进行对比,结合试飞数据对改进方法所得模型进行验证。结果表明：该飞行载荷改进建...     

从测量应变确定“幻影”主起落架机轮载荷的校准方法

“幻影”ⅢＯ左右侧主起落架试验时，改装了六组独立的应变计，为测量缓冲支柱位移，改装了一个电位计，在校准试验中，地面对机轮载荷的分力对每个起落架单独和组合作用，根据测量应变，获得校准参数，为了由测得的应变确定机载荷分力，利用一种迭代法求解由校准参数形成的非线性方程，由于任何应变计对垂直载荷分力的响应均不灵敏，计算载荷分力对测量的应变变化又非常灵敏，因而该方程是病态方程。     

某中央翼盒对飞行载荷实测的影响

使用应变法测量某具有中央翼盒平尾的飞行载荷时,在地面校准试验中发现：左翼面载荷可使右翼面根部应变计有较大的响应,反之亦然。该现象可使根部载荷测量精度下降。分析了中央翼盒对根部载荷测量影响的机理,给出了一种考虑异侧载荷影响的载荷方程建立方法,讨论了不同类型剪力载荷方程对异侧载荷影响的敏感性,并将修正前后的方程应用于飞行载荷实测。结果发现：本文方法一定程度上可提高根部载荷方程的精度;对上述平尾结构,由两个剪力一个弯矩组建的载荷方程对异侧载荷影响不敏感,修正前后实测的飞行载荷差异在5.7%之内,由两个剪力和两个弯矩组建的载荷方程对异侧载荷影响敏感,修正前后实测的飞行载荷差异达到78.6%。     

基于位移测量的机翼载荷分布反演方法

机翼载荷的准确获取是决定机翼结构设计的关键,提出了一种基于位移测量的载荷分布反演方法。针对典型机翼结构建立了COMSOL有限元模型并获取了载荷与位移响应的关系,利用MATLAB调用了位移数据,采用Levenberg-Marquardt梯度算法实现了机翼载荷的高效反演。在此基础上,开展了不同载荷初值和位移测量误差对载荷反演结构的影响分析。分析结果表明：不同初值对载荷反演的影响可以忽略,证明方法具有良好的稳定性;位移测量误差对载荷反演结果影响较小,证明本方法具有较好鲁棒性。提出的载荷反演方法在机翼结构强度分析、优化设计和定寿延寿方面具有广阔的应用前景。     

航空发动机推力直接测量飞行试验

建立了基于推力直接测量原理的发动机总推力计算模型,合理忽略了某些次要力简化了计算模型。在推力销上加装剪力应变桥路,建立载荷标定方程和温度修正方程获取发动机安装节推力;利用进气道测量耙测试参数,计算飞行中进气道冲压阻力和压差阻力。在某型飞机上开展了推力直接测量飞行试验,获得了某小涵道比涡扇发动机飞行总推力,并分析了空中平飞加速过程总推力和各推(阻)变化规律。结果表明:飞行马赫数处在约0.98~1.02时,总推力随飞行马赫数增大而急剧增大;高度为8km、飞行马赫数为1.42时发动机最大状态总推力相对值为123.78%,高度为11km、飞行马赫数为1.69时总推力相对值为119.70%,均高于相同状态地面台架推力值。通过分析进气道压差阻力百分比,验证了发动机空中总推力测量结果具有较高的准确性以及推力直接测量技术的可行性。     

航空发动机安装节推力测量技术与试验

为了实现发动机飞行总推力的直接测量,开展了安装节推力测量技术研究。在发动机推力销上布置剪力应变全桥和热电阻,通过开展推力销推力载荷标定试验、应变计温度修正试验,建立安装节推力测量方法,通过相关性分析和F分布显著性分析,表明了推力载荷标定方程具有高的精度。开展了安装节推力测量地面台架试验和飞行试验。地面台架试验表明:安装节推力测量最大误差为2.41%,验证了安装节推力测量方法的准确性和可靠性。分析了安装节推力与高度、速度、发动机状态之间的特性规律,飞行试验表明:安装节推力随着飞行马赫数增大而增大,特别是飞行马赫数约在0.98~1.02之间的跨声速范围内,安装节推力随马赫数增大而急剧增大。     

基于CFD／CSD的大展弦比机翼气动弹性分析

大展弦比飞机在飞行过程中受气动载荷影响,其大展弦比机翼产生弯曲和扭转变形,这种弹性变形严重影响飞机的飞行性能和飞行安全,不能将此种飞机机翼当作传统的刚性机翼进行气动分析。针对一大展弦比机翼,采用气动／结构耦合分析方法,利用计算流体动力学（CFD）软件CFX和计算结构动力学（CSD）软件ANSYS联合求解,研究了在不同载荷情况下大展弦比机翼静气动弹性变形对机翼气动特性的影响。结果表明,大展弦比无人机机翼受载变形后升阻比降低,升力下降明显,阻力略有上升,机翼翼尖容易失速。     

基于本征方程的柔性机翼非线性颤振分析

柔性机翼在气动载荷作用下常常会产生较大的变形,颤振特性会随之发生变化,针对此问题线性理论常常难以进行合理的预测。以几何精确本征梁模型建立了机翼的运动方程,耦合ONERA-EDlin非线性气动模型,建立了柔性机翼的非线性气动弹性分析模型。利用Newton-Raphson和Backward-Differentiation-Formula(BDF)分别求解机翼的静态变形和动态响应,基于机翼平衡位置附近的线性化方程来判断系统的稳定性,进而确定颤振临界速度。通过算例验证了模型的准确性,并分析了不同刚度、后掠角、机翼安装角等参数对颤振速度的影响。     

基于安装结构实测发动机推力的载荷标定方法

针对某型航空发动机,在其安装结构的主要承力构件上进行应变计布置和桥路设计.分别对发动机安装结构部件和结构整体进行载荷标定试验,以此建立结构应变输出与载荷输入关系方程.并在此过程中对推力的标定方程进行相关性和显著性分析,相关系数和F值分别达到0.999和22000以上.推力计算值与加载载荷比较,单向和两向加载的工况下误差均在2%以内.结果表明：标定方程具有较高的精度.将标定方程代入实测飞行数据,得到发动机推力-时间历程曲线,与发动机燃油流量-时间历程曲线进行对比,两者变化趋势相吻合,进一步验证了发动机推力载荷测试方法的有效性和可行性,为飞机实际飞行时航空发动机推力的测量提供了一种可实施的技术途径.     

基于虚拟载荷校准试验的襟翼曲柄测载方法

飞行载荷测量是验证飞机结构完整性，完成飞机定型必需的试验项目。基于应变法的飞行载荷测量方法通过地面校准试验构建应变与加载载荷之间的对应关系，然后将飞行实测应变代入载荷模型求得飞行载荷。某型飞机襟翼驱动曲柄几何外形不规则，具有轴向弯折、截面非对称等特点，载荷测量存在困难。基于该襟翼驱动曲柄的运动机理及襟翼操纵机构的传力路径研究，对曲柄进行受力分析，提出曲柄载荷测量方法，并利用虚拟载荷校准试验的手段对本方法进行验证。结果表明，本文方法是正确、有效的。     

一种计及静气动弹性变形影响的跨声速机翼气动优化设计方法研究

耦合流场控制方程和结构静平衡方程求解得到大展弦比跨声速弹性机翼气动性能,分析研究了结构静弹性变形对气动载荷的影响.在此基础上以机翼典型剖面外形和机翼型架外形为设计变量进行了基于控制理论的跨声速弹性机翼气动优化设计方法研究,实现了在真实飞行条件下考虑静气动弹性变形影响的大展弦比跨声速弹性机翼一体化优化设计.优化设计算例结果表明所发展的方法是成功的,优化得到的弹性机翼在满足升力系数约束条件下提高了升阻比.