CN105716886B - 一种飞机起落架载荷标定方法及试验假轮结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞机起落架载荷标定方法及试验假轮结构，载荷标定方法包括试验假轮替换真机轮，传递包括航向力矩在内的标定载荷；建立试验假轮载荷转换的力学模型，将试验假轮所受外力等效为参考于试验假轮轮心的集中载荷，包含由所有自由度决定的全部分量；进行数据处理等步骤；试验假轮结构包括中心的圆筒状结构(1)、沿中心的圆筒状结构(1)径向伸出、周向均布的四个伸臂结构(2)，以及从中心的圆筒状结构(1)一端伸出用于与起落架连接的法兰结构(3)。

Description

一种飞机起落架载荷标定方法及试验假轮结构

技术领域

本方法用于飞机飞行试验领域，涉及一种载荷标定方法和装置。

背景技术

飞机起落架主要用于飞机起飞、着陆、地面滑行和停放，是一个极其重要的飞机结构部件。结构安全、性能先进和经济耐久的多方位要求，使飞机起落架既要有足够的结构强度和刚度又要尽可能的轻，而载荷是其中的核心考虑因素。在飞机飞行试验中，起落架载荷实测是一项重要任务，关系着试验飞机的安全、使用包线的验证、设计方法的检验，以及飞机的改进、改型。常用的飞机起落架载荷测量方法是应变法，即通过在起落架受载结构上粘贴应变计，并通过对其进行载荷标定，确定起落架载荷和结构响应的数学关系，进而根据使用中实测的结构响应获取实际受到的载荷，其中，载荷标定起着举足轻重的作用。

通常的飞机起落架载荷标定方法采用飞机设计阶段所用的载荷定义，近似认为轮胎压缩量在起落架受载过程中保持不变，在装机状态下，通过约束飞机或在脱机状态下通过约束起落架安装点，施加所谓的机轮接地点载荷和轮心载荷。数据处理的目标是获取最能反映试验数据的数学模型—载荷方程。由于要求在某确定轮胎接地点施加载荷，从而限制了试验假轮及相关试验夹具的设计，增加了其布置空间的协调难度，试验的便利性大打折扣；又由于对轮胎压缩量变化的忽视，导致测量结果失真。数据处理目标则忽略了试验数据必定包含的测量误差和所选载荷方程抗的干扰能力，使最终载荷结果可能严重偏离真值。

发明内容

本方法的目的是保证飞机起落架载荷测量的质量，提高载荷标定工作效率。

一.本发明提供了一种飞机起落架载荷标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)试验假轮替换真机轮，传递标定载荷；试验假轮在起落架上的安装方式及向轮轴传力的方式与真机轮完全相同，所述试验假轮包括位于中心的圆筒状结构和沿中心的圆筒状结构径向伸出、周向均布的四个伸臂结构，采用四个伸臂结构可以实现包括航向力矩在内的标定载荷的传递。

2)建立试验假轮载荷转换的力学模型，将试验假轮所受外力等效为作用于试验假轮轮心的集中载荷，包含由所有自由度决定的全部分量。力学模型考虑了轮胎压缩量随飞机起落架受载，尤其是垂向载荷的变化而改变，导致地面载荷作用点在起落架受载过程中相对起落架不断变化的现实情况，将机轮所受外载荷静力等效为作用于轮心的集中载荷，包含由所有自由度决定的全部分量。

3)进行数据处理，

a)将标定试验施于试验假轮的外力，按照对应空间坐标关系，通过静力等效计算为参考于试验假轮轮心的标定载荷分量；

b)利用多元线性回归分析获得各电桥应变响应与各标定载荷分量的响应系数和对所有标定载荷分量的复相关系数，并将其由大到小排序；

c)计算由排位靠前的、数量不少于标定载荷分量个数的电桥对各载荷分量的响应系数所构成矩阵的条件数；

d)依次放宽相关性要求，增加待选电桥个数，计算所有组合的最小条件数及对应的检验误差，检验误差最小者所对应的电桥组合和响应系数矩阵即为最终选定的载荷方程。

采用以上数据处理方法从而优选出既能较好忠实于标定试验数据反映的载荷输入和应变响应的关系，又对标定试验数据误差具有较好抗干扰能力的载荷方程，使最终载荷结果尽可能接近真值。

二.一种飞机起落架载荷标定试验假轮结构，其特征在于，包括中心的圆筒状结构(1)、沿中心的圆筒状结构(1)径向伸出、周向均布的四个伸臂结构(2)，以及从中心的圆筒状结构(1)一端伸出用于与起落架连接的法兰结构(3)。

其中结构1内部有模拟轮轴轴承的支撑结构，可以准确模拟机轮与轮轴间的传力；在结构2远离结构1的一端设计有方便连接加载装置的接口，通过伸臂接口单独、并联同向、并联反向等使用方式，实现参考于轮心的力、力矩的施加，且该加载点的位置不受实际轮胎几何尺寸和压缩量的束缚，从而可以视与周围其它相关结构的空间干涉情况，灵活设计，大大方便了试验件支持和加载方案的制定及试验夹具的研制。

附图说明

图1(a)和图1(b)是试验假轮结构示意图。

图2(a)～图2(f)是典型标定载荷工况在假轮上的实现示意图，图中虚线表示欲标定载荷矢量，实线表示试验实施所施加的力矢量。

图3为载荷静力等效示意图。

具体实施方式

下面对本方法的具体实施方式进行详细说明：

参阅附图1(a)和图1(b)，试验假轮结构由中心的圆筒状结构1，沿中心的圆筒状结构1径向伸出、周向均布的四个伸臂结构2，以及从中心的圆筒状结构1一端伸出用于与起落架连接的法兰结构3组成。其中结构1内部有模拟轮轴轴承的支撑结构，可以准确模拟机轮与轮轴间的传力；在结构2远离结构1的一端设计有方便连接加载装置的接口，通过伸臂接口单独、并联同向、并联反向等使用方式，实现参考于轮心的力、力矩的施加，且该加载点的位置不受实际轮胎几何尺寸和压缩量的束缚，从而可以视与周围其它相关结构的空间干涉情况，灵活设计，大大方便了试验件支持和加载方案的制定及试验夹具的研制。

建立试验假轮载荷转换的力学模型，将试验假轮所受外力等效为作用于试验假轮轮心的集中载荷，包含由所有自由度决定的全部分量Px、Py、Pz、Mx、My、Mz，其中Px的实现参见图2(a)，Py的实现参见图2(b)，Pz的实现参见图2(c)，Mx的实现参见图2(d)，My的实现参见图2(e)、Mz的实现参见图2(f)。力学模型考虑了轮胎压缩量随飞机起落架受载，尤其是垂向载荷的变化而改变，导致地面载荷作用点在起落架受载过程中相对起落架不断变化的现实情况，将机轮所受外载荷静力等效为作用于轮心的集中载荷，包含由所有自由度决定的全部分量。特别注意的是，与以往的力学模型相比，该力学模型通过改进的试验假轮结构实现了航向力矩Mx。

1载荷静力等效处理计算

如图3，作用于坐标系内某点i(x_i,y_i,z_i)处的三个力(F_xi F_yi F_zi)转换为本坐标系原点处的载荷[P_xi P_yi P_zi M_xi M_yi M_zi]的公式为：

整理得到参考轮心的标定载荷分量数据。

2响应系数计算和复相关系数计算

以电桥响应为因变量、各校准载荷为自变量进行多元线性回归，可得各电桥对个载荷分量的响应系数。

相关系数按多元线性回归计算得到。复相关系数计算时，将应变响应视为因变量y，各载荷分量视为自变量x_i，计算应变响应与载荷分量线性组合的简单相关系数，即为所求复相关系数。

步骤一：用y对x₁、x₂、…、x_k做回归，得：

步骤二：计算简单相关系数即为y与x₁、x₂、…、x_k之间的复相关系数：

所得R即为所求复相关系数。

将各应变电桥按其复相关系数由大到小排序。

例：表1和表2分别是某型飞机前起落架载荷校准是复相关系数计算结果和排列结果。

表1 电桥对载荷的复相关系数

电桥编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											复相关系数	0.99966	0.98625	0.99802	0.99508	0.99382	0.99558	0.99986	0.99991	0.99760	0.99857

表2 按复相关系数排序结果

电桥编号	2	5	4	6	9	3	10	1	7	8
											复相关系数	0.99991	0.99986	0.99966	0.99857	0.99802	0.99760	0.99558	0.99508	0.99382	0.98625

3条件数计算。

可逆矩阵B的条件数按下式计算:

Cond(B)＝||B||||B^-1|| (4)

式中||·||为一种从属矩阵范数。

计算由排位靠前的、数量不少于载荷分量个数的电桥对各载荷分量的响应系数构成的矩阵的条件数和检验误差的基础上，依次放宽相关性要求，增加待选电桥个数，计算所有组合的最小条件数及对应的检验误差，检验误差最小者所对应的电桥组合和响应系数矩阵即为最终选定的载荷方程。检验误差取绝对百分误差中值，按下式计算：

式中：L_i为校准试验的第i个载荷样本，为对应于L_i的计算载荷，n为样本总数。

例：表3是按此计算的某型飞机前起落架载荷校准的条件数和对应检验误差结果，由表可见，随着待选电桥的增加，选定电桥组合对应的矩阵条件数逐步减小，但由于新补充的电桥的相关性越来越差，检验误差呈现先减小后增大的变化趋势，显然，检验误差最小的条件数最小电桥组合——“2、6、9、3、10”即为选定的载荷方程电桥组合。

表3 条件数计算结果

Claims (1)

1.一种飞机起落架载荷标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)试验假轮替换真机轮，传递包括航向力矩在内的标定载荷；试验假轮在起落架上的安装方式及向轮轴传力的方式与真机轮完全相同，所述试验假轮包括位于中心的圆筒状结构和沿中心的圆筒状结构径向伸出、周向均布的四个伸臂结构；

2)建立试验假轮载荷转换的力学模型，将试验假轮所受外力等效为参考于试验假轮轮心的集中载荷，包含由所有自由度决定的全部分量；

3)进行数据处理

a)将标定试验施于试验假轮的外力，按照对应空间坐标关系，通过静力等效计算为参考于试验假轮轮心的标定载荷分量；

b)利用多元线性回归分析获得各电桥应变响应与各标定载荷分量的响应系数和对所有标定载荷分量的复相关系数，并将其由大到小排序；

c)计算由排位靠前的、数量不少于标定载荷分量个数的电桥对各载荷分量的响应系数所构成矩阵的条件数；

d)依次放宽相关性要求，增加待选电桥个数，计算所有组合的最小条件数及对应的检验误差，检验误差最小者所对应的电桥组合和响应系数矩阵即为最终选定的载荷方程。