CN110920930A - 一种直升机平尾载荷标定方法 - Google Patents

一种直升机平尾载荷标定方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于直升机载荷测试领域，公开了一种直升机平尾载荷标定方法，包括：S1，确定直升机平尾的载荷测试变量；S2，确定直升机平尾的贴片位置；S3，确定直升机平尾的载荷标定桥路构建方式；S4，根据S1‑S3确定的结果实施直升机平尾的载荷标定试验，获取载荷标定数据；S5，根据所述载荷标定数据，获得载荷测试变量和载荷标定桥路输出矩阵之间的标定矩阵；决了平尾载荷测试过程中复杂载荷标定的工程问题。

Description

一种直升机平尾载荷标定方法
技术领域
本发明属于直升机载荷测试领域，尤其涉及一种直升机平尾载荷标定方法，适用于双支点外伸梁式平尾结构载荷测试过程中的载荷标定部分。
背景技术
平尾作为直升机重要结构，在飞行过程中承受复杂载荷(包括气动载荷、振动载荷等)，必须通过载荷实测以获取其在飞行过程中的真实载荷。载荷实测包括标定、试飞、数据采集及处理等步骤，其中标定是整个载荷实测的基础，其精度直接决定了实测载荷的精度。
双支点外伸梁式平尾，其结构及受载复杂，美国西科斯基公司在开展平尾载荷标定时，采用对单侧平尾按悬臂式受载的标定方法，忽略了两侧外伸端载荷的相位关系。
发明内容
针对上述背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种直升机平尾载荷标定方法，解决了平尾载荷测试过程中复杂载荷标定的工程问题。采用本方法可以有效获得整个平尾特征载荷对应的标定矩阵，为获取平尾真实载荷提供基础。
为达到上述目的，本发明采用如下技术予以实现。
一种直升机平尾载荷标定方法，所述方法包括：
S1，确定直升机平尾的载荷测试变量；
S2，确定直升机平尾的贴片位置；
S3，确定直升机平尾的载荷标定桥路构建方式；
S4，根据S1-S3确定的结果实施直升机平尾的载荷标定试验，获取载荷标定数据；
S5，根据所述载荷标定数据，获得载荷测试变量和载荷标定桥路输出矩阵之间的标定矩阵。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(a)S1，确定直升机平尾的载荷测试变量，具体为：
将直升机平尾上的两个连接接头简化为简支点，两个简支点之间的距离为L，左侧载荷记为第一集中载荷F1、右侧载荷记为第二集中载荷F2，载荷作用线距离左侧耳片为L1、载荷作用线距离右侧耳片为L2；
右侧耳片支反力
Figure BDA0002302703450000021
左侧耳片支反力
Figure BDA0002302703450000022
当F1＝F2＝F时，
Figure BDA0002302703450000023
当F1＝-F2＝F时，
Figure BDA0002302703450000024
Figure BDA0002302703450000025
从而得到T1、T2均和M＝F(L1+L2+L)是单变量相关的，因此确定直升机平尾的载荷测试变量为两侧对称弯矩Ms、对称力Fs和反对称弯矩Ma、反对称力Fa。
(b)S2，确定直升机平尾的贴片位置，具体为：
(1)通过有限元计算，分别获得两侧对称弯矩Ms、对称力Fs、反对称弯矩Ma、反对称力Fa对应的直升机平尾结构应力场，分别得到四个单工况载荷应力输出结果；
(2)根据下列原则在直升机平尾上选取候选贴片位置：
单工况应力输出值排在前20％且直升机平尾上无应力集中的位置作为候选贴片位置。
(c)S3，确定直升机平尾的载荷标定桥路构建方式，具体为：
将四个单工况下候选贴片位置处的应力按照虚拟桥路构建方式进行组合输出，选取仅对某一种载荷测试变量敏感的组合方式作为桥路构建方式。
(d)记四个候选贴片位置分别位于两个连接接头的上下凸缘处，左侧连接接头下凸缘处的候选贴片位置编号为U1，右侧连接接头下凸缘处的候选贴片位置编号为U2，左侧连接接头上凸缘处的候选贴片位置编号为U3，右侧连接接头上凸缘处的候选贴片位置编号为U4；
记候选贴片位置Ui，i∈(1，2,3,4)在每个工况下的应力输出值为uij；其中j∈(1，2,3,4)，j表示载荷顺序编号,将对称弯矩Ms、对称力Fs、反对称弯矩Ma、反对称力Fa的编号分别定义为1、2、3、4号；
对每一个工况，求
Figure BDA0002302703450000031
其中n为计算轮次标记，j为载荷顺序编号，应力输出值uij前的正负在n固定的一轮计算中每个工况应保证应力输出值uij符号一致。
(e)记录上一轮计算的Xnj值，比较每一轮计算完成后Xnj的大小，若某一个载荷对应的计算值Xnj的绝对值远远大于其余三个载荷对应的计算值的绝对值，则该组合方式为该载荷的虚拟桥路组合方式；
选定的载荷标定桥路构建方式如下：
采用组桥方式：(u1+u2)-(u3+u4)测试两侧对称弯矩Ms；
采用组桥方式：(u1+u2)+(u3+u4)测试对称力Fs；
采用组桥方式：(u1-u2)+(u3-u4)测试反对称弯矩Ma；
采用组桥方式：(u1-u2)-(u3-u4)测试反对称力Fa。
(f)对每一种组桥方式，按照下列方式将测试位置处的应变片接入桥路：将正号对应的桥路位置的应变片接入相对的两个测试支臂上，将负号对应的桥路位置的应变片分别接入和正号相邻的测试支臂上。
(g)S4，根据S1-S3实施直升机平尾的载荷标定试验，获取载荷标定数据；具体为：
(1)在确定的候选贴片位置上粘贴应变片；
(2)按照桥路构建方式构建测试桥路；
(3)施加符合载荷测试变量特点的载荷；
(4)记录施加的载荷及桥路输出矩阵。
(h)S5，根据所述载荷标定数据，获得载荷测试变量和载荷标定桥路输出矩阵之间的标定矩阵，具体为：
定义标定载荷矩阵：F＝[Fa,Fs,Ma,Ms]-1，桥路输出矩阵：Q＝[Q1,Q2,Q3,Q41]-1，标定系数矩阵：
Figure BDA0002302703450000041
标定时，标定载荷矩阵F作为自变量，桥路输出矩阵Q作为应变量，有F＝AQ，通过多元线性回归求得标定系数矩阵A。
本发明设计了一种直升机平尾载荷标定方法，解决了平尾载荷测试过程中复杂载荷标定的工程问题，为直升机平尾载荷测试准备了必要条件。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一平尾标定流程示意图；
图2为本发明实施例提供的平尾载荷示意图；
图3为本发明实施例提供的平尾贴片位置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种直升机平尾载荷标定方法，通过分析平尾载荷特征，选取恰当测试变量及桥路构建方式，经过适当标定试验获得标定数据，通过对标定数据进行回归分析建立标定方程获得桥路输出和载荷之间的关系。其具体步骤见附图1，简述如下：
[1]确定载荷测试变量
根据平尾结构及受载情况，在强度分析基础上，确定平尾特征载荷，并以其作为载荷测试变量。
[2]确定贴片位置及桥路构建方式
根据载荷测试变量下平尾应力场分布情况，选取贴片位置及桥路构建方式，保证测试桥路输出值足以反应测试变量变化情况。
[3]确定并实施标定试验
根据测试变量特征、应变位置及桥路构建方式，确定标定方案并实施标定试验，获取足够充分可靠的标定数据。
[4]获得标定矩阵
根据标定试验结果，对标定数据采用回归处理，获得外载荷和标定桥路输出之间的标定矩阵，建立桥路输出值和载荷之间关系。
下面结合某型机平尾载荷标定的实施例，对本发明做进一步详细说明。其测试步骤如下：
[1]确定平尾载荷的测试变量
平尾主要承受气动载荷和振动载荷，二者均以航向和垂向载荷为主，且通过平尾和机身连接接头传至机身。将平尾简化为双支点梁，两个连接接头简化为简支点，两个简支点之间的距离为L，左右侧载荷记为集中载荷F1、F2，载荷作用线距离两侧耳片分别为L1、L2。如附图2所示为平尾载荷示意图。
则耳片支反力：
二号耳片支反力
Figure BDA0002302703450000051
一号耳片支反力
Figure BDA0002302703450000052
对称情况下F1＝F2＝F，
则：
Figure BDA0002302703450000053
考虑到两侧力臂差(L2-L1)相对L是小量，可近似认为：T2＝T1＝-F
反对称情况下F1＝-F2＝F，
则：
Figure BDA0002302703450000054
Figure BDA0002302703450000061
可见T和M是单变量相关的。
综上，在对称加载标定时，求解加载力—输出关系；在反对称加载时，求解加载弯矩—输出关系，二者都是单变量相关。因此测试变量确定为两侧对称弯矩Ms、对称力Fs和反对称弯矩Ma、反对称力Fa
[2]确定平尾的贴片位置及桥路构建方式
第一，通过有限元计算，获得单个载荷测试变量及其组合载荷下平尾结构应力场。
第二，根据下列原则选取候选贴片位置：1)无应力集中；2)单个工况应力输出值在前20％。如附图3所示为平尾贴片位置示意图。
第三，将各个加载工况下候选位置处应力按照虚拟桥路构建方式进行组合输出，添加选取仅对某一种测试载荷敏感的组合方式作为桥路构建方式。
记候选贴片位置为U1、U2、U3、U4，记每组载荷下候选位置输出值为Uij，其中i＝1～4，表示贴片位置编号；j＝1～4，表示载荷顺序编号(对称弯矩Ms、对称力Fs、反对称弯矩Ma、反对称力Fa分别定义为1、2、3、4号)。
对每一个工况，求
Figure BDA0002302703450000062
其中n为计算轮次标记，j为载荷顺序编号，应力输出值uij前的正负在n固定的一轮计算中每个工况应保证应力输出值uij符号一致。
n＝1时，
Figure BDA0002302703450000063
n＝2时，
Figure BDA0002302703450000064
其余可依此类推。
记录上一轮计算的Xnj值，比较每一轮计算完成后Xnj的大小，若某一个载荷对应的计算值Xnj的绝对值远远大于其余三个载荷对应的计算值的绝对值，则该组合方式为该载荷的虚拟桥路组合方式；
选定的载荷标定桥路构建方式如下：
Ms：(u1+u2)-(u3+u4)；
Fs：(u1+u2)+(u3+u4)；
Ma：(u1-u2)+(u3-u4)；
Fa：(u1-u2)-(u3-u4)。
[3]确定并实施标定试验
第一，在确定的贴片位置上粘贴应变片。
第二，按照组桥方式构建测试桥路。
第三，根据测试变量特点，施加符合其载荷规律的标定载荷。同时，为保证数据完备性，除施加单独载荷外还须施加组合载荷。
第四，记录施加载荷及对应的桥路输出情况。
[4]获得标定矩阵
定义载荷矩阵：F＝[Fa,Fs,Ma,Ms]-1，标定输出矩阵：Q＝[Q1,Q2,Q3,Q41]-1，标定系数矩阵：
Figure BDA0002302703450000071
标定时，标定载荷矩阵F作为自变量，桥路输出Q作为应变量。即有F＝AQ。通过多元线性回归可求得标定矩阵A。
本发明提供了一种直升机平尾载荷标定方法，解决了平尾载荷测试过程中复杂载荷标定的工程问题。采用本方法可以有效获得整个平尾特征载荷对应的标定矩阵，为获取平尾真实载荷提供基础。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种直升机平尾载荷标定方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，确定直升机平尾的载荷测试变量；
S2，确定直升机平尾的贴片位置；
S3，确定直升机平尾的载荷标定桥路构建方式；
S4，根据S1-S3确定的结果实施直升机平尾的载荷标定试验，获取载荷标定数据；
S5，根据所述载荷标定数据，获得载荷测试变量和载荷标定桥路输出矩阵之间的标定矩阵。
2.根据权利要求1所述的一种直升机平尾载荷标定方法，其特征在于，S1，确定直升机平尾的载荷测试变量，具体为：
将直升机平尾上的两个连接接头简化为简支点，两个简支点之间的距离为L，左侧载荷记为第一集中载荷F1、右侧载荷记为第二集中载荷F2，载荷作用线距离左侧耳片为L1、载荷作用线距离右侧耳片为L2；
右侧耳片支反力
Figure FDA0002302703440000011
左侧耳片支反力
Figure FDA0002302703440000012
当F1＝F2＝F时，
Figure FDA0002302703440000013
当F1＝-F2＝F时，
Figure FDA0002302703440000014
Figure FDA0002302703440000015
从而得到T1、T2均和M＝F(L1+L2+L)是单变量相关的，因此确定直升机平尾的载荷测试变量为两侧对称弯矩Ms、对称力Fs和反对称弯矩Ma、反对称力Fa。
3.根据权利要求1所述的一种直升机平尾载荷标定方法，其特征在于，S2，确定直升机平尾的贴片位置，具体为：
(1)通过有限元计算，分别获得两侧对称弯矩Ms、对称力Fs、反对称弯矩Ma、反对称力Fa对应的直升机平尾结构应力场，分别得到四个单工况载荷应力输出结果；
(2)根据下列原则在直升机平尾上选取候选贴片位置：
单工况应力输出值排在前20％且直升机平尾上无应力集中的位置作为候选贴片位置。
4.根据权利要求3所述的一种直升机平尾载荷标定方法，其特征在于，S3，确定直升机平尾的载荷标定桥路构建方式，具体为：
将四个单工况下候选贴片位置处的应力按照虚拟桥路构建方式进行组合输出，选取仅对某一种载荷测试变量敏感的组合方式作为桥路构建方式。
5.根据权利要求4所述的一种直升机平尾载荷标定方法，其特征在于，
记四个候选贴片位置分别位于两个连接接头的上下凸缘处，左侧连接接头下凸缘处的候选贴片位置编号为U1，右侧连接接头下凸缘处的候选贴片位置编号为U2，左侧连接接头上凸缘处的候选贴片位置编号为U3，右侧连接接头上凸缘处的候选贴片位置编号为U4；
记候选贴片位置Ui，i∈(1，2,3,4)在每个工况下的应力输出值为uij；其中j∈(1，2,3,4)，j表示载荷顺序编号,将对称弯矩Ms、对称力Fs、反对称弯矩Ma、反对称力Fa的编号分别定义为1、2、3、4号；
对每一个工况，求
Figure FDA0002302703440000021
其中n为计算轮次标记，j为载荷顺序编号，应力输出值uij前的正负在n固定的一轮计算中每个工况应保证应力输出值uij符号一致。
6.根据权利要求5所述的一种直升机平尾载荷标定方法，其特征在于，记录上一轮计算的Xnj值，比较每一轮计算完成后Xnj的大小，若某一个载荷对应的计算值Xnj的绝对值远远大于其余三个载荷对应的计算值的绝对值，则该组合方式为该载荷的虚拟桥路组合方式；
选定的载荷标定桥路构建方式如下：
采用组桥方式：(u1+u2)-(u3+u4)测试两侧对称弯矩Ms；
采用组桥方式：(u1+u2)+(u3+u4)测试对称力Fs；
采用组桥方式：(u1-u2)+(u3-u4)测试反对称弯矩Ma；
采用组桥方式：(u1-u2)-(u3-u4)测试反对称力Fa。
7.根据权利要求6所述的一种直升机平尾载荷标定方法，其特征在于，
对每一种组桥方式，按照下列方式将测试位置处的应变片接入桥路：将正号对应的桥路位置的应变片接入相对的两个测试支臂上，将负号对应的桥路位置的应变片分别接入和正号相邻的测试支臂上。
8.根据权利要求1所述的一种直升机平尾载荷标定方法，其特征在于，S4，根据S1-S3实施直升机平尾的载荷标定试验，获取载荷标定数据；具体为：
(1)在确定的候选贴片位置上粘贴应变片；
(2)按照桥路构建方式构建测试桥路；
(3)施加符合载荷测试变量特点的载荷；
(4)记录施加的载荷及桥路输出矩阵。
9.根据权利要求1所述的一种直升机平尾载荷标定方法，其特征在于，S5，根据所述载荷标定数据，获得载荷测试变量和载荷标定桥路输出矩阵之间的标定矩阵，具体为：
定义标定载荷矩阵：F＝[Fa,Fs,Ma,Ms]-1，桥路输出矩阵：Q＝[Q1,Q2,Q3,Q41]-1，标定系数矩阵：
Figure FDA0002302703440000031
标定时，标定载荷矩阵F作为自变量，桥路输出矩阵Q作为应变量，有F＝AQ，通过多元线性回归求得标定系数矩阵A。
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