CN105628267A - 一种支柱式起落架垂向载荷测量的应变计布局组桥方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种支柱式起落架垂向载荷测量的应变计布局组桥方法，包括：应变测量剖面的选取，选取支柱式起落架上不受机轮安装拆卸影响的轮轴外表面或内表面作为应变测量剖面；确定应变计粘贴部位，确定机轮垂向载荷作用下应变测量剖面的剪流分布，选取垂向载荷作用下应变测量剖面上的两个与轮轴轴心对称的最大剪流位置为应变计粘贴部位等步骤。

Description

一种支柱式起落架垂向载荷测量的应变计布局组桥方法

技术领域

本发明专利飞机试飞领域，涉及起落架进行垂向载荷飞行测量用的应变计布局组桥方法。

背景技术

飞机起落架外载荷测量通常采用结构应变电测、载荷地面校准和飞行实测等方法和关键步骤加以实现。基于薄壁圆管状结构设计的L或⊥型支柱式起落架因三向(轮心航向Px或接地点航向Fx、垂向Pz、侧向Fy)复合集中受力、传力路径唯一、垂向刚度大、受载随缓冲器行程非线性变化、结构紧凑、应力梯度变化大等，从而导致飞行实测垂向载荷精度不高、实测工作甚至无法实现。

传统方法有二：一是在支柱外筒、活塞杆或轮轴上选取距离垂向载荷作用点不同的两个应变测量剖面布置敏感垂向载荷和侧向载荷产生的不同弯矩电桥来实现对垂向载荷与侧向载荷的分离测量；二是在活塞杆下端布置敏感轴向力的拉压电桥来对垂向载荷直接测量。鉴于支柱式起落架结构特点，前一布局方法不可避免地会在剖面总弯矩中引入侧向载荷所致的弯矩成份，造成弯矩电桥同时响应垂向载荷和侧向载荷，这使得着陆冲击受载时因复杂且较大的起落架结构惯性力影响而难于准确线性分离着陆垂向载荷和侧向载荷；后一布局方法因外筒或活塞杆垂向刚度大而测量精度较低，并且光洁活塞杆上容许布置应变计的有限长度下端经垂直转折后至轮轴较近，此处三向耦合受载应力复杂且梯度较大，拉压电桥的载荷特性复杂且载荷敏感独立性较差，不利于测量垂向载荷的准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够精确独立测量支柱式起落架垂向载荷的应变计布局组桥方法。

本发明提供了一种支柱式起落架垂向载荷测量的应变计布局组桥方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)应变测量剖面的选取：选取支柱式起落架上不受机轮安装拆卸影响的轮轴外表面或内表面作为应变测量剖面。对于轮轴外表面，取在活塞杆侧面距机轮最厚处之间的外露的轮轴段中间；对于轮轴内径较大且易于贴片布线至轮轴活塞杆转折处的支柱式起落架，也可取每个机轮两个轴承支点中间的轮轴内表面。取在有限长度可布局区域的中间，以减小不利的结构局部效应影响。

2)确定应变计粘贴部位：确定机轮垂向载荷Pz作用下应变测量剖面的剪流分布，选取垂向载荷作用下应变测量剖面的两个与轮轴轴心对称的最大剪流位置为应变计粘贴部位。机轮受到地面垂向载荷作用后，垂向载荷Pz以轮轴承受垂向剪力Qz和纵向弯矩Mx1的形式继续沿活塞杆传递。其中，垂向剪力Qz不随轮轴轴向距离变化，而纵向弯矩Mx不仅与轮轴轴向距离变化有关，并且机轮所受的侧向载荷Fy也会在轮轴上形成纵向弯矩Mx2。在所选定应变测量剖面的圆环横截面上，垂向剪力Qz引起的剪流分布左右对称，在应变测量剖面的环形横截面上与垂向剪力方向平行的切向部位处剪流最大，与垂向剪力方向垂直的切向部位剪流为零。剖面位置确定后，影响最大剪流的圆环横截面特性是恒定的，最大剪流与垂向剪力呈正比。

3)确定应变计布置方向：在步骤2)确定的每个应变计粘贴部位上取与轮轴轴线呈±45°方向作为应变计布置方向，所述应变计为单轴应变计，每个应变计粘贴部位上布置两个应变计。圆环横截面上两个最大剪流处的剪流方向均与垂向剪力方向平行，最大剪流处的主应力在应变测量剖面处的轮轴内外表面上，且与轮轴轴线呈±45°。应变计敏感栅中心位于轮轴内或外表面上由xy平面和应变测量剖面所确定的与轴心对称的两个交叉点上(正面为A点、背面为C点)，在其中一个交叉点处呈±45°布置两个同批阻值为R的应变计R1和R2，在另一个交叉点处也呈±45°布置另外两个同批阻值为R的应变计R3和R4。应变计敏感栅的中心定位和方向定位，对垂向载荷校准与测量精度而言，至关重要。

根据步骤1确定的应变测量剖面、步骤2确定的应变计粘贴部位以及步骤3确定应变计布置方向进行应变计的粘贴。

将步骤4的四个应变计按照惠斯顿4桥臂测量原理组成全桥。每个桥臂中具有一定面积的敏感栅既感受垂向剪力引起的±45°方向的正应力，也感受纵向弯矩引起的中性层附近的小幅轴向正应力。按惠斯顿4桥臂测量原理，将两个交叉点处的4个等臂应变计组成全桥。全桥应变响应中电路自动消除纵向弯矩引起的中性层附近的小幅轴向应变，最终得到轮轴表面上仅由垂向剪力引起的与轴线呈±45°方向的应变。

本发明的优点是：与传统方法相比，本专利发明方法测量垂向载荷具有其他正交载荷分量耦合性小，垂向载荷的应变响应灵敏度高，应变电桥的载荷特性与缓冲器压缩行程变化无关等显著优点，可以大幅提高垂向载荷测量精度，有效简化应变电测支柱式起落架垂向载荷的校准工作。

本专利所涉及的应变计布局组桥方法可用于测量具有轴对称截面的杆件或构件受到集中力或分布外载的直接独立敏感测量，具有广泛的适用性和实用性。

附图说明

图1为单轮L型支柱式油气缓冲器起落架及其受载、应变测量剖面和坐标系定义示意图。

图2为垂向剪力Qz在轮轴应变测量剖面处圆环横截面上的剪流分布示意。

图3为单轴应变计在轮轴外表的定位和定向示意图。

具体实施方式

1)应变测量剖面的选取：选取支柱式起落架上不受机轮安装拆卸影响的轮轴外表面或内表面作为应变测量剖面。参见图1选取在完整起落架装机状态下活塞杆侧面距机轮最厚处之间的可见轮轴段中间，作为垂向载荷Pz测量用的应变测量剖面。机轮受三向载荷作用：轮心航向载荷Px或刹车时接地点航向载荷Fx、垂向载荷Pz和侧向载荷Fy，相对于起落架支柱和轮轴的坐标系定义为xyz轴系。应变测量剖面位于活塞杆和机轮之间的可见轮轴段。

2)确定应变计粘贴部位：确定机轮垂向载荷Pz作用下应变测量剖面的剪流分布，选取垂向载荷作用下应变测量剖面的两个与轮轴轴心对称的最大剪流位置为应变计粘贴部位。参见图2，垂向剪力Qz在轮轴应变测量剖面处圆环横截面上的剪流分布示意，交叉点A和C处的剪流与垂向剪力Qz方向平行，横截面内A和C处的剪流值最大，与过轴心O的AC连线相垂直的B和D两点处剪流为0。与垂向载荷Pz平行的两个相对的切线部位A和C处为选定的应变计粘贴部位。

3)确定应变计布置方向：在步骤2)确定的每个应变计粘贴部位上取与轮轴轴线呈±45°方向作为应变计布置方向，所述应变计为单轴应变计，每个应变计粘贴部位上布置两个应变计。参见图3，应变计敏感栅中心位于轮轴内或外表面上由xy平面和测量横截面所确定的与轴心对称的两个交叉点上(正面为A点、背面为C点)，在其中一个交叉点处呈±45°布置两个同批阻值为R的应变计R1和R2，在另一个交叉点处也呈±45°布置另外两个同批阻值为R的应变计R3和R4。

4)根据步骤1确定的应变测量剖面、步骤2确定的应变计粘贴部位以及步骤3确定应变计布置方向进行应变计的粘贴。

5)将步骤4的四个应变计按照惠斯顿4桥臂测量原理组成全桥。每个桥臂中具有一定面积的敏感栅臂既感受垂向剪力引起的±45°方向的正应力，也感受纵向弯矩引起的中性层附近的小幅轴向正应力。按惠斯顿4桥臂测量原理，将两个交叉点处的4个等臂应变计组成全桥。全桥应变响应中电路自动消除纵向弯矩引起的中性层附近的小幅轴向应变，最终得到轮轴表面上仅由垂向剪力引起的与轴线呈±45°方向的应变。

Claims (2)

1.一种支柱式起落架垂向载荷测量的应变计布局组桥方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)应变测量剖面的选取：选取支柱式起落架上不受机轮安装拆卸影响的轮轴外表面或内表面作为应变测量剖面；

2)确定应变计粘贴部位：确定机轮垂向载荷作用下应变测量剖面的剪流分布，选取垂向载荷作用下应变测量剖面的两个与轮轴轴心对称的最大剪流位置为应变计粘贴部位；

3)确定应变计布置方向：在步骤2)确定的每个应变计粘贴部位上取与轮轴轴线呈±45°方向作为应变计布置方向，所述应变计为单轴应变计，每个应变计粘贴部位上布置两个应变计；

4)应变计的粘贴：根据步骤1)确定的应变测量剖面、步骤2)确定的应变计粘贴部位以及步骤3)确定应变计布置方向进行应变计的粘贴；

5)将步骤4的四个应变计按照惠斯顿4桥臂测量原理组成应变全桥。

2.根据权利要求1所述的支柱式起落架垂向载荷测量的应变计布局组桥方法，其特征在于，步骤2确定的应变计粘贴部位具体为应变测量剖面的环形横截面上与垂向剪力方向平行的切向部位处。