CN106802205B - 一种消除剖面内载荷影响的飞行载荷测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞行载荷测量技术，具体涉及一种消除剖面内载荷影响的飞行载荷测量方法，工程试验中发现剖面内载荷可引起应变计有较大响应，与剖面外载荷引起的应变计响应混淆在一起，不能测量到单纯的剖面外载荷。传统载荷测量方法没有考虑该问题，本发明给出了一种可消除剖面内载荷影响的飞行载荷测量方法，具体包括步骤1：加装应变计；步骤2：执行地面校准试验；步骤3：建立可消除剖面内载荷影响的载荷方程；步骤4：执行飞行试验进行飞行试验。本发明理论上可保证消除剖面内载荷影响，实际工程应用中本发明建立的载荷方程比传统方法建立的载荷方程精度高。

Description

一种消除剖面内载荷影响的飞行载荷测量方法

技术领域：

本发明属于飞行载荷测量技术，涉及消除剖面内载荷的影响。

背景技术：

使用应变法进行飞行载荷测量时,对于非翼面根部的应变剖面，目前的测量方法只考虑应变剖面外的加载，没有考虑应变剖面内的加载，但在应变剖面内进行地面校准加载时，该剖面的部分应变计响应较大，说明其不只感受该剖面外侧的载荷，还感受了较大的内部载荷，将导致剖面内外载荷混淆在一起，不能测量到单纯的剖面外载荷，降低载荷测量精度。

发明内容：

本发明创造的目的是提供一种可消除应变剖面内加载影响的飞行载荷测量方法，提高载荷测量才精度。

本发明创造的是通过下述步骤实现的：

步骤1：加装应变计

在飞机翼面结构上加装应变计，弯矩应变计加装在梁的缘条，剪力应变计加装在梁的腹板，扭矩应变计安装在翼盒对应的蒙皮上；

步骤2：执行地面校准试验

使用液压作动器，在改装的应变剖面外部和内部加载已知的校准力，记录下其对应的应变计响应，形成地面校准载荷和应变数据；

步骤3：建立可消除剖面内载荷影响的载荷方程

通常使用式(1)建立载荷方程，L为弯矩、剪力或扭矩的一种，k₁,k₂,…,k_n为待求解的载荷方程系数，μ₁,μ₂,…μ_n为步骤2获得的剖面应变计响应数据，n为应变计序号；

L＝k₁μ₁+k₂μ₂+…+k_nμ_n (1)

同时考虑剖面内外加载时，依据线性叠加原理，载荷L为应变剖面内外的载荷总和，应变计响应值为剖面内外载荷引起的应变总和，即

L＝L_外+L_内 (2)

式(2)和(3)中L_外、L_内分别为应变剖面外侧和内侧载荷；μ_1,外,μ_2,外,…μ_n，外为L_外引起的应变响应；μ_1,内,μ_2,内,…μ_n，内为L_内引起的应变响应；

将式(2)和(3)代入式(1)，则(4)式成立；

L_外+L_内＝k₁(μ_1，外+μ_1，内)+k₂(μ_2，外+μ_2，内)+…+k_n(μ_n，外+μ_2，内) (4)

将(4)式右端改写，则有(5)式成立；

L_外+L_内＝(k₁μ_1，外+k₂μ_2，外+…+k_nμ_n，外)+(k₁μ_1，内+k₂μ_2，内+…+k_nμ_n，内) (5)

(5)式左端L_外为目标载荷，L_内为引入的误差，希望其为0，(5)式右端第一项为目标应变线性组合，第二项为引入的误差，希望其为0，因此可得到满足式(5)成立的一个充分条件，即(6)式；

若公式(6)成立，式(6.1)和式(6.2)相加，则有

L_外＝k₁(μ_1，外+μ_1，内)+k₂(μ_2，外+μ_2，内)+…+k_n(μ_n，外+μ_2，内) (7)

虽然应变计感受到了剖面内侧载荷，μ_1，内≠0,μ_2，内≠0,…,μ_n，内≠0，但由于(6.2)式成立，仍然可以测量到准确的应变剖面外部载荷，即(7)式成立；式(6.2)为消除应变剖面内加载影响的公式；式(6)为本发明建立载荷方程的模型；式(6.1)为传统载荷方程建立模型；

使用最小二乘法求解公式(6)，得到方程系数；

步骤4：执行飞行试验

进行飞行试验，记录下机动过程中应变计的响应，将其代入载荷方程，得到飞行载荷。

本发明创造的优点是理论上可消除剖面内加载的影响，实际工程应用中可得到更加精确的载荷方程，见图2，本发明建立的载荷方程比传统方法的建立的载荷方程的检验误差均小。

附图说明

图1是地面校准加载点分布示意

图2是本发明方法与传统方法的检验误差

图3是某对称拉起机动下测量的飞行剪力

具体实施方式：

(1)加装应变计

在某三梁机翼的非根部剖面加装6个应变计。

(2)地面校准试验

如图1所示，在该剖面外侧进行9个单点加载，剖面内侧进行2个单点加载，记录上述加载下的应变响应。组合加载为上述11个点的组合，依据单点加载，使用叠加原理得到其校准数据，以供载荷方程检验使用。

9个剖面外校准载荷为L_1,外，L_2,外，…，L_9,外，9个加载下对应的6个应变计响应分别为：μ_外1,,₁μ_外1,_,…₂,_外μ、_1,6μ_外2,1,μ_外2,2,…μ_外2,6、…、μ_外9,1,μ_外9,2,…μ_外9,6；剖面内2个载荷为L_1,内,L_2,内，2个加载下对应的6个应变计响应分别为：μ_内1,1,μ_内1,2,…μ_内1,6、μ_内2,1,μ_内2,2,…μ_内2,6，2个内部加载点既不能离剖面太近也不能太远。

(3)建立可消除剖面内载荷影响的载荷方程

依据式(6)，建立求解载荷方程的表达式如下:

在列出方程组(7)时，需要事先确定建立方程使用的应变计组合，(7)式以6个应变计全用为例进行说明。记

使用最小二乘法求线性方程组式(7)，即可得到方程系数

K＝(A^TA)^-1A^TL (11)

分别使用传统法(6.1)与本发明方法(6)建立剪力方程，方程见表1，其对应的检验误差见图2，本发明方法建立的载荷方程均比传统方法建立载荷方程的检验误差小。5个方程是互为备份的关系。

表1本发明方法与传统方法建立载荷方程对比

(4)执行飞行试验

在空中某高度、某马赫数下执行对称拉起机动，记录下应变计响应，将应变计响应代入表1的方程，即可得到飞行剪力，表1中方程号为3的方程测量的飞行剪力如图3所示。

Claims (1)

1.一种消除剖面内载荷影响的飞行载荷测量方法，其特征在于：本发明是通过下述的步骤实现的：

步骤1：加装应变计

在飞机翼面结构上加装应变计，弯矩应变计加装在梁的缘条，剪力应变计加装在梁的腹板，扭矩应变计安装在翼盒对应的蒙皮上；

步骤2：执行地面校准试验

使用液压作动器，在改装的应变剖面外部和内部加载已知的校准力，记录下其对应的应变计响应，形成地面校准载荷和应变数据；

步骤3：建立可消除剖面内载荷影响的载荷方程

通常使用式(1)建立载荷方程，L为弯矩、剪力或扭矩的一种，k₁,k₂,…,k_n为待求解的载荷方程系数，μ₁,μ₂,…μ_n为步骤2获得的剖面应变计响应数据，n为应变计序号；

L＝k₁μ₁+k₂μ₂+…+k_nμ_n (1)

同时考虑剖面内外加载时，依据线性叠加原理，载荷L为应变剖面内外的载荷总和，应变计响应值为剖面内外载荷引起的应变总和，即

L＝L_外+L_内 (2)

式(2)和(3)中L_外、L_内分别为应变剖面外侧和内侧载荷；μ_1,外,μ_2，外,…μ_n，外为L_外引起的应变响应；μ_1,内,μ_2，内,…μ_n，内为L_内引起的应变响应；

将式(2)和(3)代入式(1)，则(4)式成立；

L_外+L_内＝k₁(μ_1，外+μ_1，内)+k₂(μ_2，外+μ_2，内)+…+k_n(μ_n，外+μ_2，内) (4)

将(4)式右端改写，则有(5)式成立；

L_外+L_内＝(k₁μ_1，外+k₂μ_2，外+…+k_nμ_n，外)+(k₁μ_1，内+k₂μ_2，内+…+k_nμ_n，内) (5)(5)式左端L_外为目标载荷，L_内为引入的误差，希望其为0，(5)式右端第一项为目标应变线性组合，第二项为引入的误差，希望其为0，因此可得到满足式(5)成立的一个充分条件，即(6)式；

若公式(6)成立，式(6.1)和式(6.2)相加，则有

L_外＝k₁(μ_1，外+μ_1，内)+k₂(μ_2，外+μ_2，内)+…+k_n(μ_n，外+μ_n，内) (7)

虽然应变计感受到了剖面内侧载荷，μ_1，内≠0,μ_2，内≠0,…,μ_n，内≠0，但由于(6.2)式成立，仍然可以测量到准确的应变剖面外部载荷，即(7)式成立；式(6.2)为消除应变剖面内加载影响的公式；式(6)为本发明建立载荷方程的模型；式(6.1)为传统载荷方程建立模型；

使用最小二乘法求解公式(6)，得到方程系数；

步骤4：执行飞行试验

进行飞行试验，记录下机动过程中应变计的响应，将其代入载荷方程，得到飞行载荷。