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1、洪都科技HONGDUSCIENCEANDTECHNOLOGY2009试验研究飞机全机悬空静力试验技术彭刚(洪都航空工业集团)摘要新飞机研制必须经全机悬空静力试验验证其结构的强度是否满足强度规范和CCAR23适航条例要求。本文针对飞机全机悬空静力试验的技术方法和试验误差分析进行了简要介绍。关键词结构重量全机平衡误差分析SuspendedStaticTestofAircraftPengGang(HongduAviationIndustryGroup)AbstractDuringthedesignofanewaircraf,tthesuspendedstatictestmus
2、tbecarriedouttotestwhetheritsstructurecansatisfytheneedofstrengthspecificationandCCAR23airworthinesstes.tIshallgiveabriefintroductionofaircraftsuspendedstatictestmethodanddeviationanalysisinthispaper.KeywordsStructuralweightBalanceofentireaircraftDeviationanalysis1引言军用飞机、民用飞机根据其使用范围和飞行功能的不同,其战术
3、、技术指标各不相同。但是,要求军用、民用飞机结构轻、有效载重大、经济效费比高、机动性敏感性好、续航行程远和作战半径大是共性。现代飞机大量采用新材料、新工艺以降低结构重量,强度设计依靠高速度计算机和先进的有限元数值分析软件,使飞机设计的静强度准确度越来越高,设计目标之余的富裕强度系数越来越少。飞机全机悬空静力试验是验证新研制飞机强度满足与否的首选试验之一。我国飞机军用强度和刚度规范!GJB67.3-85和正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定!CCAR23部规定、CCAR29部规定:A.飞机结构必须能够承受使用载荷(限制载荷)而无永久变形。在使用载荷(限制载荷)内任何载荷作用下,变形不得妨碍
4、安全运行。34第4期彭刚:飞机全机悬空静力试验技术B.结构必须能够承受设计载荷(极限载荷)至少3秒钟而不破坏。但是如果结构能够承受要求的设计载荷(极限载荷)至少3秒钟,则在使用载荷(限制载荷)和设计载荷(极限载荷)之间产生局部失效或结构失隐是可接受的。从国外先进战斗机研制来看,追求等应力水平设计(除特殊满足刚度要求结构部件之外)及低富裕度强度剩余系数,是降低结构重量的主要方式之一。例如,某国一先进战斗机为提高综合性能而多次消减结构重量,先后进行过5架次不同结构设计的全机静力试验。早期试飞时,该型号飞机在大过载机动飞行中,曾出现过空中飞机解体现象。它在研制中以90%的设计载荷(极限载荷)
5、目标来设计飞机结构,以满足飞行中最大工况100%设计载荷(极限载荷)的使用要求,先后通过5次全机静力试验的验证、局部薄弱强度设计改进增强。最后,该型号飞机成为世界上最先进且设计比较经典的飞机,也是后续型号飞机研制的优秀平台。由此可见,全机悬空静力试验在飞机研制过程中的重要性。2全机载荷的构成及试验载荷处理飞机飞行过程中,机体上承受空气动力载荷、发动机推力载荷、结构及设备成件质量惯性载荷、结构及设备成件重力载荷。飞机相对空气流动在机翼、襟翼、副翼、垂尾、方向舵、平尾、升降舵、机身、风挡座舱盖、机翼身边条等部件上产生气动升力、气动阻力等,构成飞机空气动力载荷。发动机油气燃烧高速喷出产生发动机推力
6、载荷。飞机各结构件分布质量、起飞着陆系统、雷达导航火控系统、航电系统、液压系统、燃油系统、飞控系统、环控救生系统等图1飞机空中载荷状况各成附件由于地球引力而产生Yi∀机翼机身气动升力载荷;重力,在各种机动飞行中由质量Yj∀尾翼气动升力载荷;过载加速度而产生相应方向的P推∀发动机推力;惯性载荷。P阻∀飞行气动阻力;上述载荷都要靠飞机部件G重+W惯∀飞机重力和质量惯性力和结构来承受,这些载荷在空中是平衡的,分布形式见图1。35洪都科技20093试验的设计方法首先分析全机悬空静力试验任务书,确定全机载荷总吨位大小,初步估算全机悬空静力加载点的数量,选定试验加载方法。然后,对试验布
7、局和规模,加载设备加以选择,如:对液压系统、测控系统、位移和拉压力传感器数量、加载通用设备、专用设备、飞机专用假件的定制及组成、试验场地大小等有一个总体规划安排。试验的设计一般分为以下几个步骤。3.1节点载荷设计将飞机气动分布载荷通过局部范围的积分,变成机翼、尾翼的桁与肋相交的节点集中载荷。例如机翼大梁长桁数为N,肋数为M。则机翼表面某一节点载荷为Pij,总节点载荷数N#M。Pij=∃∃ds式
