CN115806057A - 落震试验台及载荷试飞中起落架载荷测量的动态标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及落震试验台及载荷试飞中起落架载荷测量的动态标定方法，属于飞行试验技术领域。落震试验台包括：框架、提升系统、起落架安装台、两对起落架安装底座、测力平台；框架内安装提升系统，提升系统下端固连起落架安装台；起落架安装台下端面通过一对起落架安装底座安装起落架的支柱,通过另一对起落架安装底座安装起落架的撑杆；测力平台用于测量起落架冲击载荷。

Description

落震试验台及载荷试飞中起落架载荷测量的动态标定方法

技术领域

本发明涉及落震试验台及载荷试飞中起落架载荷测量的动态标定方法，属于飞行试验技术领域。

背景技术

飞机起落架设计鉴定过程中，需要进行严重受载状态下的起落架载荷测量，大下沉速度着陆及舰载飞机着陆/舰是其中最严重的受载状态之一。大下沉速度着陆及舰载飞机着陆/舰时，飞机动态受载严重，准确的测量出动态受载情况下的起落架载荷，可为飞机起落架设计鉴定、结构更改和优化设计提供依据。

目前，飞机使用过程中起落架载荷测量主要采用静态标定法，通过不同行程下的缓慢加载标定试验获取载荷和应变之间数据，并基于静态标定数据进行建模以获取载荷方程。这种静态加载情况下获得的载荷方程，可准确测量起落架静态及准静态下的载荷，实测着陆等动态受载严重情况下的载荷，受惯性载荷和阻尼的影响，精度有限。实测动态受载情况下的载荷采用动态标定情况下建立的载荷方程更合适、精度更高。

发明内容

本发明的目的：本发明基于经过加装测载应变计的起落架和落震试验台，设计完备的动态建模工况、规划每种工况实现形式并改造落震试验设备，提供一种起落架载荷实测的动态标定方法，从而提高飞机着陆/舰等动态受载严重情况下的载荷测量精度，为起落架设计鉴定、结构更改和优化设计提供更好的数据。

本发明的技术方案：

一种落震试验台，包括：框架、提升系统、吊篮、起落架安装台、两对起落架安装底座、测力平台；

框架内安装提升系统，提升系统下端通过电磁阀连接吊篮；吊篮下端固连起落架安装台；起落架安装台下端面通过一对起落架安装底座安装起落架的支柱,通过另一对起落架安装底座安装起落架的撑杆；测力平台用于测量起落架冲击载荷；

每个起落架安装底座包括底座本体和增高座，增高座安装在底座本体上，可沿垂向调节起落架安装底座高度；

为了激励出起落架航向冲击载荷，起落架安装台的下表面与测力平台的冲击面平行，两对起落架安装底座通过增高座调整到不同高度，使得起落架航向安装角可沿正航向或负航向偏转；

为了激励出起落架侧向冲击载荷，起落架安装台调整到下表面与测力平台的冲击面沿侧向呈预设角度，起落架航向安装角为0度；

为了同时激励出起落架航向冲击载荷和侧向冲击载荷，两对起落架安装底座通过增高座调整到不同高度，使得起落架航向安装角可沿正航向或负航向偏转，同时，起落架安装台调整到下表面与测力平台的冲击面沿侧向呈预设角度。

一种载荷试飞中起落架载荷测量的动态标定方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：动态标定试验前，在起落架结构的主传力通道上加装多个测载应变计，多个测载应变计包括对起落架垂向敏感的应变计、对起落架航向敏感的应变计、对起落架侧向载荷敏感的应变计；主传力通道包括支柱和撑杆；

步骤2：根据起落架的着陆受载情况及载荷测量模型的解耦需求，设计完备的动态建模工况，具体包括：不同行程下的垂向载荷落震工况、航向载荷落震工况、侧向载荷落震工况；

步骤3：根据设计的建模工况和验模工况，规划每种工况的实现方法；其中：起落架的缓冲器行程和垂向载荷通过控制起落架的下落高度实现；航向载荷通过控制起落架的航向安装角及机轮带转速度实现；侧向载荷通过控制起落架侧向安装角实现；不同行程的垂向、航向和侧向载荷的组合落震工况，通过组合控制起落架的下落高度、航向安装角和侧向安装角、机轮带转速度实现；

步骤4：在起落架加装振动传感器、缓冲器上加装位移传感器，在试验现场加装高速摄影以测量轮胎压缩量，同时加装测试设备；

步骤5：通过权利要求1所述的落震台依次进行没有姿态角的落震试验、带航向安装角的落震试验、带侧向安装角的落震试验、同时带航向安装角和侧向安装角的落震试验，得到各工况的试验结果；试验结果包括每个时刻下载荷数据、应变数据、缓冲器行程数据；

步骤6：将上述试验结果中的载荷数据进行坐标转换：为了更好实现航向和侧向载荷的激励效果，将各工况落震平台的实测载荷，投影至以轮轴中心为原点的体轴坐标系，形成新的体轴坐标系下的载荷数据；其中，以轮轴中心为原点的体轴坐标系的Z轴平行于起落架的支柱轴线并指向向上为正，X轴垂直Z轴并指向正航向为正，Y轴垂直于X-Z轴并指向外侧为正；

步骤7：依据测量缓冲器行程数据的传感器精度，确定划分缓冲器总行程的步长；按照步长将缓冲器行程分成一个个连续的小行程区间，从试验结果中取出该小行程区间内的新的体轴坐标系下的载荷数据、应变数据；

步骤8：分区间开始建模：基于整理好的相同小行程区间载荷和应变数据，带入载荷方程进行线性回归，求解载荷方程的系数；载荷方程为：

其中，P_{载荷方向_支柱轴_(i-1,i)}为缓冲器行程为(i-1,i)mm区间内新体轴坐标系下的航向或侧向或垂向载荷；ε_{j_(i-1,i)}为与载荷P_{载荷方向_支柱轴_(i-1,i)}对应的同缓冲器行程区间的应变；k_{j_(i-1,i)}为缓冲器行程(i-1,i)mm区间，新体轴坐标系下载荷方程的系数。

步骤2还包括：

同时，设计载荷测量模型的验模工况，验模工况是不同行程的垂向、航向和侧向载荷的组合落震工况；

所述方法还包括：

步骤10：检验模型精度：将验模工况的落震试验实测应变数据带入相应行程的载荷方程，获得模型计算载荷，与落震台实测载荷进行对比获得模型的检验精度。

测载应变计的数量不少于3个，且对起落架垂向、航向和侧向载荷敏感的电桥至少都要有1个。

动态标定试验的建模工况不少3个，其至少有1个含航向载荷的工况，至少有1个含侧向载荷的工况，至少有1个含垂向载荷的工况。

动态标定试验的验模工况与飞机真实着陆过程类似，要同时激励出垂向、航向和侧向的3向载荷。

起落架的航向安装角不小于1°，以保证激励出足够大的航向载荷；起落架的侧向安装角不小于1°，以保证激励出足够大的侧向载荷；下落高度至少保证起落架接触落震台时的下沉速度不小于最大使用下沉速度的50％。

步长不大于1厘米。

所述方法用于对陆基飞机大下沉速度着陆和舰载飞机着陆/舰等起落架动态受载严重情况下的起落架载荷测量。

本发明的优点：

(1)相对于以往的方法，本方法采用的试验方法与飞机起落架的实际使用环境基本一致，通过动态的试验去建立测载模型，用于着陆等动态受载情况下的载荷测量，测量精度更高；

(2)本方法采用的试验方法，能通过类似飞机真实着陆的过程模拟工况，验证模型精度，测量结果更有说服力。

附图说明

图1为本发明所述方法流程图；

图2a为落震试验台的结构示意图。

图2b为起落架航向安装角实现方法的结构示意图。

图2c为起落架侧向安装角实现方法的结构示意图。

图2d为航向载荷实现方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细的说明。

实施例1

一种飞机载荷试飞中起落架载荷测量的动态标定方法，用于飞机着陆/舰等动态受载严重情况下的起落架载荷测量，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤1：动态标定试验前，在图2a和图2b的起落架结构的主传力通道上加装测载应变计，对起落架垂向、航向和侧向载荷敏感的电桥都要保证有；

步骤2：根据起落架的着陆受载情况及载荷测量模型的解耦需求，设计完备的动态建模工况如表1所示，具体包括：不同行程下的垂向载荷落震工况、航向载荷落震工况、侧向载荷落震工况。同时，设计载荷测量模型的验模工况，验模工况是不同行程的垂向、航向和侧向载荷的组合落震工况；

表1

步骤3：根据设计的建模工况和验模工况，规划每种工况的实现方法。其中：缓冲器行程和垂向载荷通过控制起落架的下落高度实现；航向载荷通过控制起落架的航向安装角及机轮带转速度实现；如图2c和2d所示，侧向载荷通过控制起落架侧向安装角实现；不同行程的垂向、航向和侧向载荷的组合落震工况，通过组合控制起落架的下落高度、航向安装角和侧向安装角、机轮带转速度实现；

步骤4：根据步骤3规划的每种工况实现方法，改造落震试验设备，重点是起落架带有航向安装角和侧向安装角的工况，这是为载荷测量而专门设计的工况；

步骤5：在起落架加装振动传感器、缓冲器上加装位移传感器，在试验现场加装速摄影以测量轮胎压缩量，同时加装测试设备；

步骤6：依次进行没有姿态角的落震试验、带俯仰角的落震试验、带滚转角的落震试验、同时带俯仰角和滚转角的落震试验，以获取不同载荷及其组合与行程的关系；

步骤7：载荷数据的坐标转换：为了更好实现航向和侧向载荷的激励效果，将各工况落震平台的实测载荷，投影至以轮轴中心为原点的体轴坐标系，形成新的体轴坐标系下的载荷数据。以轮轴中心为原点的体轴坐标系：Z轴平行于起落架的支柱轴线并指向向上为正、X轴垂直Z轴并指向正航向为正、Y轴垂直于X-Z轴并指向外侧为正的，。

步骤8：分段提取数据并重新组合。首先，将缓冲器行程按1mm的步长将缓冲器行程划分成一个个连续的小区间，如(i-1,i)mm，其中：i＝1,2,3,…,n、n为缓冲行程的最大值；然后，将落震工况的载荷和应变数据按行程进行划分，并将行程处于相同区间的载荷和应变数据，放在一个矩阵里，形成按缓冲器行程划分、重组的新载荷数据和应变数据；接着，重复挑选每个区间的数据，直到最后一个区间行程(n-1,n)mm行程。

步骤9：分区间开始建模。基于整理好的载荷和应变数据，带入式(1)进行线性回归、获得载荷方程的系数，从而获得载荷方程。

步骤10：检验模型精度。将验模工况的落震试验实测应变数据带入相应行程的载荷方程，获得模型计算载荷，与落震台实测载荷进行对比获得模型的检验精度。

动态标定试验前，起落架结构上加装测载应变计，应变计的数量不少于3个，且对起落架垂向、航向和侧向载荷敏感的电桥至少都要有1个。

动态标定试验的建模工况不少3个，其至少有1个含航向载荷的工况，至少有1个含侧向载荷的工况，至少有1个含垂向载荷的工况。

动态标定试验的验模工况，与飞机真实着陆过程类似，要同时激励出垂向、航向和侧向的3向载荷。

动态标定试验的航向载荷通过控制起落架的航向安装角和机轮带转转台实现，起落架的航向安装角不小于1°，以保证激励出足够大的航向载荷；侧向载荷通过控制起落架的侧向安装角实现，起落架的侧向安装角不小于1°，以保证激励出足够大的侧向载荷；缓冲器行程通过控制起落架下落高度实现，下落高度至少保证起落架接触落震台时的下沉速度不小于最大使用下沉速度的50％。

实施例2

本发明提供一种起落架载荷的动态标定试验通过落震试验台实现，具体采用以下步骤：

步骤1：按要求的姿态角，将起落架安装在吊篮上；

步骤2：控制提升作动筒将起落架及吊篮和配重提升到预定的投放高度；

步骤3：根据试验要求，将机轮带转至指定速度；

步骤4：打开吊篮上部的永磁吸吊，起落架自由下落，撞击测力平台，同时触发采集系统，获取各通道测试数据，测试人员采集试验数据。

所述方法能够用于对飞机着陆等动态受载严重过程中的载荷测量。

一种飞机载荷试飞中起落架载荷测量的动态标定方法，用于飞机着陆/舰等动态受载严重情况下的起落架载荷测量，所述方法包括以下步骤：

步骤1：动态标定试验前，在起落架结构的主传力通道上加装测载应变计，应变计的数量不少于3个，且对起落架垂向、航向和侧向载荷敏感的电桥至少都有1个；

步骤2：根据起落架的着陆受载情况及载荷测量模型的解耦需求，设计完备的动态建模工况和验模工况。动态标定试验的建模工况不少3个，其至少有1个含航向载荷的工况，至少有1个含侧向载荷的工况，至少有1个含垂向载荷的工况；动态标定试验的验模工况，与飞机真实着陆过程类似，要同时激励出垂向、航向和侧向的3向载荷。

步骤3：规划每种工况的实现方法，其中：垂向载荷的落震工况通过控制起落架下落高度实现；有航向载荷的落震工况通过控制起落架安装台的俯仰角及机轮带转速度实现；有侧向载荷的落震工况通过控制起落架安装台的滚转角实现；垂向、航向和侧向载荷的组合落震工况，通过控制起落架俯仰安装台和滚转安装台的组合及机轮带转速度实现。为保证激励出足够大的航向和侧向载荷，起落架安装台的俯仰角和滚转角不小于1°；缓冲器行程通过控制起落架下落高度实现，下落高度至少保证起落架接触落震台时的下沉速度不小于最大使用下沉速度的50％。

步骤4：根据步骤3规划的落震工况，改造落震试验设备，重点是起落架带有航向安装角和侧向安装角的工况时起落架的安装台，这是为载荷测量而专门设计的工况；

步骤5：在起落架轮轴上加装振动传感器、缓冲器上加装位移传感器，在试验现场加装速摄影以测量轮胎压缩量，同时加装测试设备；

步骤6：依次进行没有姿态角的落震试验、带俯仰角的落震试验、带滚转角的落震试验、同时带俯仰角和滚转角的落震试验，以获取不同载荷及其组合与行程的关系；

步骤7：将基于地面坐标系的落震平台实测载荷[Fx_落震台Fy_落震台Fz_落震台]^T带入坐标转换矩阵，获得沿着起落架局部体轴坐标系的载荷[Px_支柱轴Fx_支柱轴Fx_支柱轴]^T，详见式(2)，式中：θ为起落架的航向安装角、φ为起落架的侧向安装角。

步骤8：将经过坐标转换的实测载荷及应变数据按行程进行划分，并将行程处于相同区间的载荷和应变数据，放在一个矩阵里，形成按行程划分的新载荷数据和应变数据。如：将缓冲器行程按1mm的步长划分成一个个连续的小区间(i-1,i)mm，其中i＝1,2,3,…,n，形成如式(3)～式(5)载荷数据，应变数据类似。

将落震试验的不同建模工况数据按行程区间重组为新的载荷应变矩阵，如式(6)和式7，式中i＝1,2,3,…,n，直到最后一个行程。

步骤9：基于相同行程区间的载荷和应变数据，带入式(8)可获得载荷方程的系数，从而获得载荷方程。

步骤10：将验模工况的落震试验实测应变数据带入相应行程的载荷方程，获得模型计算载荷，与落震台实测载荷进行对比获得模型的检验精度。

Claims (9)

1.一种落震试验台，其特征在于，包括：框架、提升系统、吊篮、起落架安装台、两对起落架安装底座、测力平台；

框架内安装提升系统，提升系统下端通过电磁阀连接吊篮；吊篮下端固连起落架安装台；起落架安装台下端面通过一对起落架安装底座安装起落架的支柱,通过另一对起落架安装底座安装起落架的撑杆；测力平台用于测量起落架冲击载荷；

每个起落架安装底座包括底座本体和增高座，增高座安装在底座本体上，可沿垂向调节起落架安装底座高度；

为了激励出起落架航向冲击载荷，起落架安装台的下表面与测力平台的冲击面平行，两对起落架安装底座通过增高座调整到不同高度，使得起落架航向安装角可沿正航向或负航向偏转；

为了激励出起落架侧向冲击载荷，起落架安装台调整到下表面与测力平台的冲击面沿侧向呈预设角度，起落架航向安装角为0度；

为了同时激励出起落架航向冲击载荷和侧向冲击载荷，两对起落架安装底座通过增高座调整到不同高度，使得起落架航向安装角可沿正航向或负航向偏转，同时，起落架安装台调整到下表面与测力平台的冲击面沿侧向呈预设角度。

2.一种载荷试飞中起落架载荷测量的动态标定方法，其特征在于,所述方法包括以下步骤：

步骤1：动态标定试验前，在起落架结构的主传力通道上加装多个测载应变计，多个测载应变计包括对起落架垂向敏感的应变计、对起落架航向敏感的应变计、对起落架侧向载荷敏感的应变计；主传力通道包括支柱和撑杆；

步骤2：根据起落架的着陆受载情况及载荷测量模型的解耦需求，设计完备的动态建模工况，具体包括：不同行程下的垂向载荷落震工况、航向载荷落震工况、侧向载荷落震工况；

步骤3：根据设计的建模工况和验模工况，规划每种工况的实现方法；其中：起落架的缓冲器行程和垂向载荷通过控制起落架的下落高度实现；航向载荷通过控制起落架的航向安装角及机轮带转速度实现；侧向载荷通过控制起落架侧向安装角实现；不同行程的垂向、航向和侧向载荷的组合落震工况，通过组合控制起落架的下落高度、航向安装角和侧向安装角、机轮带转速度实现；

步骤4：在起落架加装振动传感器、缓冲器上加装位移传感器，在试验现场加装高速摄影以测量轮胎压缩量，同时加装测试设备；

步骤5：通过权利要求1所述的落震试验台依次进行没有姿态角的落震试验、带航向安装角的落震试验、带侧向安装角的落震试验、同时带航向安装角和侧向安装角的落震试验，得到各工况的试验结果；试验结果包括每个时刻下载荷数据、应变数据、缓冲器行程数据；

步骤6：将上述试验结果中的载荷数据进行坐标转换：为了更好实现航向和侧向载荷的激励效果，将各工况落震平台的实测载荷，投影至以轮轴中心为原点的体轴坐标系，形成新的体轴坐标系下的载荷数据；其中，以轮轴中心为原点的体轴坐标系的Z轴平行于起落架的支柱轴线并指向向上为正，X轴垂直Z轴并指向正航向为正，Y轴垂直于X-Z轴并指向外侧为正；

步骤7：依据测量缓冲器行程数据的传感器精度，确定划分缓冲器总行程的步长；按照步长将缓冲器行程分成一个个连续的小行程区间，从试验结果中取出该小行程区间内的新体轴坐标系下的载荷数据、应变数据；

步骤8：分区间开始建模：基于整理好的相同小行程区间载荷和应变数据，带入载荷方程进行线性回归，求解载荷方程的系数；载荷方程为：

其中，P_{载荷方向_支柱轴_(i-1,i)}为缓冲器行程为(i-1,i)mm区间内新体轴坐标系下的航向或侧向或垂向载荷；ε_{j_(i-1,i)}为与载荷P_{载荷方向_支柱轴_(i-1,i)}对应的同缓冲器行程区间的应变；k_{j_(i-1,i)}为缓冲器行程(i-1,i)mm区间，新体轴坐标系下载荷方程的系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2还包括：

同时，设计载荷测量模型的验模工况，验模工况是不同行程的垂向、航向和侧向载荷的组合落震工况；

所述方法还包括：

步骤10：检验模型精度：将验模工况的落震试验实测应变数据带入相应行程的载荷方程，获得模型计算载荷，与落震台实测载荷进行对比获得模型的检验精度。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，测载应变计的数量不少于3个，且对起落架垂向、航向和侧向载荷敏感的电桥至少都要有1个。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，动态标定试验的建模工况不少3个，其至少有1个含航向载荷的工况，至少有1个含侧向载荷的工况，至少有1个含垂向载荷的工况。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，动态标定试验的验模工况与飞机真实着陆过程类似，要同时激励出垂向、航向和侧向的3向载荷。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，起落架的航向安装角不小于1°，以保证激励出足够大的航向载荷；起落架的侧向安装角不小于1°，以保证激励出足够大的侧向载荷；下落高度至少保证起落架接触落震台时的下沉速度不小于最大使用下沉速度的50％。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步长不大于1厘米。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法用于对陆基飞机大下沉速度着陆和舰载飞机着陆/舰等起落架动态受载严重情况下的起落架载荷测量。

Images