机翼载荷脱机校准技术研究与应用

针对某型飞机机翼载荷校准试验中遇到的起落架距测载剖面较近影响测载精度,及机翼高度较低影响载荷施加的难题,结合飞机可拆卸的特点,首次提出机翼脱机校准方案,分析机翼受载,设计合理的试验台架,模拟原机约束方式,顺利完成机翼载荷校准试验。结果表明,采用脱机校准方案,提升机翼高度,解决了现有加载设备实施困难的问题,更真实地模拟机翼实际受载规律,建立的载荷模型满足机翼载荷实测要求,对其他类似飞机载荷校准试验具有一定借鉴作用。     

水陆两栖飞机静力试验优化机翼变形的载荷配平

水陆两栖飞机全机静力试验的浮筒着水工况试验中，在试验允许的常规载荷配平方案下，压向大量级水载荷作用于浮筒结构引起机翼较大变形，影响试验精度，因此进行以减少机翼变形为目标的载荷配平研究。将机翼近似为悬臂梁结构，在构建的机翼力学模型基础上应用Green函数建立机翼的挠度曲线方程。首次以考核区域边界肋的挠度和转角为优化目标并建立多目标函数，通过层次分析法和极差变换标准化处理方法将其转化为单目标函数后，采用引入交叉和变异因子的改进蚁群算法进行载荷配平方案优化运算。有限元分析及试验结果显示，优化得到的载荷配平方案可以显著地减少机翼变形，配平载荷不影响考核区域的真实变形，证明了该优化方案的正确性和可行性。     

神经网络解耦控制方法在协调加载中的应用研究

在飞行器结构强度试验中，电液协调加载系统能否准确模拟实际结构上的载荷历程对于试验数据的可靠性及飞行器结构的安全设计有着重要的意义。本文针对电液协调加载系统各通道间具有强耦合、非线性、时变等特点，应用神经网络解耦控制技术实现载荷解耦，并进行了两通道的协调加载试验。系统运行结果表明，该方法动态控制效果良好，能够准确地实现各通道间的协调加载控制。     

基于气液加载方式的机匣热内压试验方法

提出了一种基于气液加载方式的航空发动机机匣热内压试验方法，用于模拟机匣件在典型工况下的温度和内压联合加载考核。采用气液加压装置实现温度和压力加载介质的解耦，以高温耐压油作为温度加载介质，利用仿形电加热器实现热载荷施加，以高压稳定气源作为压力载荷源对气液压控制腔体加压，通过对加压模型的理论分析指导压力载荷的定量控制。验证表明试验方法能够有效实现温度和压力载荷的精确控制，解决了液压系统难以实现高温控制和气压系统温度控制均匀性差的问题，同时也有效避免了气压加载方式开展破坏试验时的爆破现象。基于气液加压方式的试验方法能够有效应用于机匣件的热内压考核，实现温度控制精度优于±3 K和压力加载过程定量控制。     

A320飞机方向舵载荷计算软件开发*

飞机静力试验是验证其结构静强度的重要手段。本文在国内相关飞机机身和机翼静力试验设计的基础上，选取空客A320飞机方向舵，基于有限元思想模型简化，确定加载点及加载方式，并使用MATLAB软件对方向舵的结构静强度和飞行过程中舵面上的载荷进行初步数据分析，开发了计算载荷分布软件。该软件可用于民航专业教学，有助于学生了解方向舵受力的特点，同时为A320方向舵静力试验实验室的建造提供理论依据。     

大型民用飞机缝翼全尺寸静力试验载荷设计

研究了大型民用飞机前缘缝翼全尺寸静力试验载荷设计技术，以实现对缝翼结构安全性的考核和强度分析方法的验证。针对前缘缝翼尺寸小、曲率大、受载工况复杂的特点，提出了试验基准载荷筛选、试验实施载荷转换和试验加载方案优化的方法，形成了一套符合适航要求的试验载荷设计流程。基于最小安全裕度原则进行试验基准载荷的筛选，建立试验加载局部坐标系将气动分布载荷转换成试验集中载荷，为了准确模拟机翼大变形状态下缝翼的受载状态，对试验载荷进行斜加载。与理论载荷的对比分析结果表明了试验载荷设计的有效性，试验结果表明了所形成的载荷设计技术可以实现对前缘缝翼结构静强度的适航验证。     

小鹰-500全机静力试验技术

根据轻小型薄壁结构飞机重量轻、蒙皮薄、框架少的特点，在LE-500飞机全机静力试验中先后采用两种不同的试验机支持方案完成了全部试验。在后机身处支持进行前机身、机翼、襟翼、起落架和发动机架等试验；在起落架接地点处支持进行6框以后的机身和垂尾等试验。试验中对飞机分布点载荷的施加，对配平载荷的施加，对试验件支持夹具的设计及加载控制等方面都采取了新的尝试，为今后轻小型薄壁结构飞机的全机静力试验打下了良好的基础。     

一种针对局部结构的有限元模型修正方法

针对实际结构有限元模型（FEM）的建模误差通常仅存在于局部区域，提出了一种对局部结构单独进行模型修正的方法。首先，根据频响函数（FRF）解耦理论得到由残余结构频响函数与包含待修正参数的局部结构动刚度所重构的整体结构频响函数的拟合值，然后通过迭代优化使其与测量值的残差最小化，从而得到参数的极大似然估计。在此基础上，将残差关于参数的灵敏度以局部结构动力学矩阵表示，建立了模型修正的基本方程，利用整体结构的测试数据即可直接对分离出来的局部结构进行模型修正。最后，对喷气式飞机和三角机翼飞机分别进行了数值模拟和实验研究，验证了所提方法的可行性和有效性。结果表明，所提方法可以成功地用于仅局部区域含有建模误差的实际结构有限元模型的修正，修正后的有限元模型的动态特性与实际结构有较好的一致性。     

典型盒段结构静强度试验与分析的相关性研究

基于一模拟直机翼的悬臂盒段梁翼尖处加载的试验，考虑大变形对试验精度的影响，建立了相应的计算模型，并利用abaqus软件进行了数值计算。对试验结果进行了分析，并给出了盒段各部位的应变、挠度试验值以及计算值随载荷的变化曲线，进行了试验和分析的相关性研究。对试件考虑几何非线性响应的影响和加载方向的影响进行了详细的讨论。     

基于响应面法的机翼气动/结构一体化优化设计研究

基于响应面法进行了机翼气动/结构一体化优化设计研究,流动控制方程为三维欧拉方程,采用有限体积法进行数值求解,应力和结构变形采用有限元方法计算,静气动弹性分析采用强耦合迭代方式,响应面模型采用二次多项式来构造。以跨音速M6机翼为初始机翼,进行了多目标、多约束情形下的气动/结构综合优化设计,优化后所得到的新机翼具有更佳的气动/结构综合性能,升阻比增加了9.25%,而重量减轻了4.84%;响应面模型精度满足设计要求,拟合误差均不超过1%;这说明本文所发展气动/结构综合优化设计方法是成功且有效的,具有广泛的应用前景。     

民用飞机后机身结构静力试验方案设计

针对某民用飞机后机身结构特点和受载形式,设计了相应的静力试验方案。该方案合理模拟了后机身结构的支持和边界条件,同时对后机身严重载荷情况进行分析处理,实现了飞行载荷和惯性载荷在后机身结构上的施加,顺利完成了大部段复杂结构的静强度试验。试验结果表明,后机身结构能够承受极限载荷,其刚度和强度满足设计要求。     

民用飞机后机身结构静力试验方案设计

针对某民用飞机后机身结构特点和受载形式,设计了相应的静力试验方案。该方案合理模拟了后机身结构的支持和边界条件,同时对后机身严重载荷情况进行分析处理,实现了飞行载荷和惯性载荷在后机身结构上的施加,顺利完成了大部段复杂结构的静强度试验。试验结果表明,后机身结构能够承受极限载荷,其刚度和强度满足设计要求。     

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。     

大型机身壁板复杂应力场试验技术

机身壁板在拉伸、压缩、剪切、气压等多种载荷形式下的静强度及耐久性/损伤容限是飞机强度研究中的重要课题，以往的试验技术仅能模拟机身壁板在以上几种载荷单独或联合作用下的均匀应力/应变场。然而飞机机身在舱门或舷窗等大开口结构周围的应力分布十分复杂，单一载荷或少数几种载荷的叠加无法准确模拟复杂的应力场。为了实现对机身壁板大开口结构周围应力分布的准确模拟，开展了大型机身壁板复杂应力场试验技术研究，研发了一套多载荷联合施加试验装置，具有单独或联合施加轴向(拉伸/压缩)、弯曲、面内剪切、端部剪切、地板梁(轴力和弯曲)及气压载荷的能力，各载荷施加系统相互解耦无干涉，通过优化计算各类载荷比例，并按比例联合施加各载荷可使考核区的应力/应变分布与全机有限元解保持一致。经静力和疲劳试验验证，本试验技术和装置能够实现对机身壁板复杂应力/应变状态的准确模拟。     

结构静力数学模型的精化

用有限元方法获得的结构初始数学模型受多种因素影响,同真实结构相比存在着误差,直接用初始模型进行破坏载荷与破坏部位预计往往难于准确。重要结构尤其是飞机结构的静力破坏试验需要预估破坏载荷与破坏部位,以便合理安排试验大纲。本文建议从静力平衡方程出发,利用非破坏静力试验结果精化结构有限元初始理论模型,提高应力—应变分析结果的精度,进而提高破坏载荷和破坏部位的预估精度。模拟试验结果证明了本文方法的可靠性和可行性。     

发动机吊挂与机翼连接接头强度分析与试验

飞机吊挂与机翼连接接头主要用于传递来自动力装置的载荷,是飞机结构强度设计的关键件。为了精确分析吊挂与机翼连接接头强度及应力应变分布规律,设计了一套接头强度静力试验系统,研究了接头强度有限元建模方法。以总体有限元分析得到吊挂与机翼连接接头载荷为基础,建立了接头的细节有限元模型,分析了对接头强度影响较为严重的两种工况。有限元分析结果与试验结果对比,验证了接头强度有限元建模方法合理,对民机发动机吊挂与机翼接头设计具有应用参考价值。     

响应面拟合法在机翼结构优化中的应用研究

在飞机结构优化设计中,针对循环利用有限元软件寻优耗时大、收敛比较慢的状况,本文采用了一种基于响应面多项式拟合方法对机翼结构进行优化。以某平直机翼为例,该方法从建立机翼结构的有限元模型出发,结合正交试验设计方法,经过对比,采用比较新颖的最大差值极小化法,建立机翼的二次响应面近似模型;在此基础上,以整个机翼结构质量最小化为目标,最大位移和最大应力为约束,把机翼划分为多个区域,选取各区域蒙皮厚度和全部肋腹板厚度为设计参数,建立数学优化模型,用ISIGHT集成MATLAB的方法,采用序列二次规划法进行优化。优化的结果表明,采用该方法对该平直机翼进行优化,在满足机翼刚度和强度的情况下,能有效降低机翼质量,并且避免了多次重复调用有限元软件进行计算,迭代次数仅为34次,优化效率明显提高。     

机身壁板内压载荷试验研究

内压载荷是一种非常重要的重复性载荷,对机身结构疲劳和损伤容限特性产生很大影响。承受内压载荷机身壁板边界模拟困难,边界模拟的优劣决定试验件过渡区范围的大小,甚至影响试验区的应力分布和大小。为了获得承受内压载荷机身壁板更加真实的应力响应,给出一种机身壁板内压载荷试验新方法,该方法采用"D"型夹具模拟机身筒段直边结构,采用"弓"型夹具模拟机身筒段曲边结构,采用气密端板模拟机身筒段的端部结构;按照边界模拟要求,设计制造试验装置和试验件,并完成内压载荷试验。结果表明:试验件试验区蒙皮的周向应力、纵向应力明显高于过渡区蒙皮周向应力、纵向应力;试验区蒙皮周向应力、纵向应力和法向位移与理论计算结果吻合,该试验方法满足工程精度要求;该研究可为民机机身壁板内压载荷结构选型试验提供参考。     

C919飞机全机静力试验技术

介绍了C919大型客机全机静力试验的目的及任务需求，分析了试验特点和难点。从试验飞机支持、试验加载及控制、试验测量及监控、损伤检测及状态监测等方面制定了总体技术实现方案，验证结果表明试验系统可靠，技术实现方案满足任务要求。试验中采用了多项创新技术：试验综合加载平台设计技术优化了多系统集成，加快了试验准备速度，降低了试验准备风险；约束点误差转移控制技术将约束部位误差转移至非重点考核部位，提高了关键考核区域试验精度；机身双层地板双向加载技术优化了机身加载及扣重设计，改善了局部载荷的加载精度。技术成果为后续型号试验提供了较高参考价值。     

基于响应面法的跨声速机翼气动优化设计

响应面法由于其高效、实用的特点,近年来在优化设计领域受到越来越多的重视。本文将响应面法引入到气动数值优化设计中,完成了跨声速机翼单、多目标多约束气动优化设计。该方法采用D优化准则在设计空间内选择一系列样本点,通过求解三维Euler方程进行气动数值试验,来建立二次多项式响应面模型,并在此基础上得到优化的气动外形。以M6机翼为原始机翼的单、多目标多约束优化设计算例表明:采用的响应面法能够较好的捕捉在跨声速流动中目标函数的非线性特征和消除流动中的高频噪声;响应面模型精度满足设计要求,计算误差均小于3%,因而保证了设计方法的实用有效。对于单目标机翼阻力优化设计,阻力系数减少了19%左右。