全尺寸飞机结构强度试验位移修正方法研究

贺谦

（中国飞机强度研究所，全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室，西安　710065）

全尺寸飞机结构强度试验位移修正方法研究

贺谦

（中国飞机强度研究所，全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室，西安710065）

综合考虑飞机结构的平移、俯仰、滚转和偏航等因素，进行位移修正方法研究，提出一种适用于全尺寸飞机结构强度试验位移修正方法并进行工程应用。结果表明，该方法明显提高位移测量数据的准确性，是可行和有效的。

位移修正；全尺寸飞机；强度试验

0　引言

在全尺寸飞机结构强度试验中，飞机结构的变形量是检验结构刚度和试验加载准确性的重要依据。由于支持方式、扣重方式等原因，在试验过程中会出现飞机的平移、俯仰、滚转和偏航，使飞机结构的位移测量值出现偏差，从而影响对飞机结构刚度的检验以及对整体加载准确性的判定［1-2］。

对于全尺寸飞机结构静强度试验，目前还没有形成一套完整的位移修正方法。同时，相关的研究报道也不多见。因此，进行全尺寸飞机结构静强度试验位移修正方法研究，在提高位移测量数据的准确性，更加真实地反映载荷对结构的总体效应，为检验结构刚度提供可靠依据等方面具有重要意义。

本文针对全尺寸飞机结构，综合考虑平移、俯仰、滚转和偏航等因素，进行位移修正方法研究，提出了一种适用于全尺寸飞机结构静强度试验位移修正方法，并为后续试验位移数据自动化修正软件的开发提供理论基础。

1　位移修正方法

在全尺寸飞机结构强度试验中，飞机在全机浮空状态下，需要修正的位移量由垂向、侧向、航向三个方向组成，是飞机结构平移、滚转、俯仰、偏航综合作用的结果。其中，垂向位移修正主要考虑垂向平移、滚转、俯仰的作用；侧向位移修正主要由侧向平移、偏航、和滚转产生；航向位移修正主要受航向平移、俯仰和偏航三个因素影响［3］。

设定全机坐标系X方向飞机逆航向为正，Y方向向上为正，Z方向指向左翼尖为正。取飞机实际重心附近一个区域为基准，选择四个点为修正点，如图1所示。

1.1垂向位移修正

（1）平移修正

取四个修正点垂向位移数据的平均值作为平移修正量：

式中：

Δym：垂向平移修正量

图1　全机试验位移修正点选取

y1、y2、y3、y4：修正点垂向位移

（2）俯仰修正

俯仰角计算公式如下：

式中：

θ：飞机俯仰

x1、x2、x3、x4：修正点航向坐标

y1、y2、y3、y4：修正点垂向位移

根据俯仰角θ值分别计算出各测量点垂向位移的俯仰修正量：

式中：

Δyei：各测量点垂向位移俯仰修正量（i=1，2，3，…，n）

xi：各测量点航向坐标（i=1，2，3，…，n）

xg：飞机实际重心处航向坐标

（3）滚转修正

滚转角计算公式如下：

式中：

Ø：飞机滚转角

y1、y2、y3、y4：修正点垂向位移

z1、z2、z3、z4：修正点的侧向坐标

根据滚转角值分别计算各测量点的滚转修正量：

式中：

Δyri：各测量点滚转修正量

zi：各测量点侧向坐标（i=1，2，3，…，n）

zg：飞机实际重心处侧向坐标（i=1，2，3，…，n）

（4）垂向位移修正计算

设试验测得的垂向位移为yi，实际的垂向位移为yi'，则垂向位移修正公式如下：

1.2侧向位移修正

（1）平移修正

取四个修正点侧向位移数据的平均值作为平移修正量：

式中：

Δzm：侧向平移修正量

z1、z2、z3、z4：修正点垂向位移

（2）滚转修正

根据公式（4）计算得到滚转角Ø，侧向位移滚转修正计算公式如下：

式中：

Δzri：各测量点侧向滚转修正量（i=1，2，3，…，n）

Δyri：各测量点垂向滚转修正量（i=1，2，3，…，n）

（3）偏航修正

偏航角计算公式如下：

式中：

α：飞机俯仰角

z1、z2、z3、z4：修正点侧向坐标

x1、x2、x3、x4：修正点航向位移

侧向位移偏航修正计算公式如下：

式中：

Δzdi：各测量点侧向偏航修正量（i=1，2，3，…，n）

xi：各测量点航向坐标（i=1，2，3，…，n）

xg：飞机实际重心处航向坐标

（4）机身侧向位移修正

设试验测得的侧向位移为zi，实际的侧向位移为zi'，则侧向位移修正公式如下：

1.3航向位移修正

（1）平移修正

取四个修正点航向位移数据的平均值作为平移修正量：

式中：

Δxm：航向平移修正量

x1、x2、x3、x4：修正点航向位移

（2）俯仰修正

根据公式（2）计算得到俯仰角θ，航向位移俯仰修正计算公式如下：

式中：

Δxei：各测量点航向位移俯仰修正量（i=1，2，3，…，n）

Δyei：各测量点垂向位移俯仰修正量（i=1，2，3，…，n）

（3）偏航修正

根据公式（9）计算得到偏航角α，机身航向位移偏航修正公式如下：

式中：

Δxdi：各机身测量点航向偏航修正量（i=1，2，3，…，n）

Δzdi：各机身测量点侧向偏航修正量（i=1，2，3，…，n）

各翼面航向位移修正公式如下：

式中：

Δxdi：各翼面测量点航向偏航修正量（i=1，2，3，…，n）

zi：各翼面测量点侧向坐标（i=1，2，3，…，n）

zg：飞机实际重心处侧向坐标

（4）航向位移修正计算

设试验测得的机身和翼面航向位移分别为xft和xi，实际的垂向位移分别为xft，和xi，则机身和翼面航向位移修正公式分别为：

2　工程应用

在某型飞机对称情况全机静力试验中，由于飞机出现滚转，导致左右机翼垂向位移测量值出现明显偏差，如图2所示。以左右机翼翼根各两个垂向位移测量点作为位移修正点，采用本文提出的方法对左右机翼位移测量值进行了修正。结果表明，测量值的对称性明显改善，如图3所示，提高了位移测量数据的准确性。

图2　修正前左右机翼翼尖垂向位移测量　

图3　修正后左右机翼翼尖垂向位移测量

3　结语

针对全尺寸飞机结构强度试验中，由于飞机平移、俯仰、滚转和偏航等原因产生的位移测量值不准确的问题，进行了位移修正方法研究，提出了一种适用于全尺寸飞机结构强度试验位移修正方法并进行了工程应用。结果表明，该方法明显提高了位移测量数据的准确性，是可行和有效的。

［1］GJB67.9A-2008军用飞机强度和刚度规范 地面试验，2008.

［2］王凤山.飞机结构强度试验实用指南.中国飞机强度研究所，2007.

［3］滕申科.全尺寸飞机结构静强度破坏试验实时分析处理.中国飞机强度研究所，1994.

Deformation Revise；Full Scale Aircraft；Static and Fatigue Test

Structure Deformation Revise for Full Scale Aircraft Structure Static and Fatigue Test

HE Qian
（AVIC Aircraft Strength Research Institute，Aviation Technology Key Laboratory of Full Scale Aircraft Structure Static and Fatigue Test，Xi'an 710065）

Presents a structure deformation revise for full scale aircraft structure static and fatigue test，considering structural locomotion，pitching，rolling and yawing.The result shows that the structure deformation is more reasonable after revise，the method is viable and efficient.

1007-1423（2016）29-0011-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.29.002

贺谦（1980-），男，高级工程师，研究方向为全尺寸飞机结构静力、疲劳试验技术

2016-07-19

2016-10-12