前沿|C919大型客機完成2.5g極限載荷靜力試驗
全(quan)(quan)(quan)(quan)機(ji)靜(jing)(jing)(jing)力(li)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)技(ji)術即為完成全(quan)(quan)(quan)(quan)機(ji)靜(jing)(jing)(jing)力(li)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)項(xiang)目(mu)而采取的(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)方法和技(ji)術措(cuo)施，其伴隨飛(fei)機(ji)結(jie)(jie)構設計和驗(yan)證而發展(zhan)。早期(qi)的(de)(de)(de)(de)全(quan)(quan)(quan)(quan)機(ji)靜(jing)(jing)(jing)力(li)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)采用將(jiang)飛(fei)機(ji)反吊，通過(guo)在機(ji)翼上施加(jia)(jia)重物的(de)(de)(de)(de)方法來測試(shi)(shi)(shi)飛(fei)機(ji)主結(jie)(jie)構的(de)(de)(de)(de)強度。隨著飛(fei)機(ji)結(jie)(jie)構強度試(shi)(shi)(shi)驗(yan)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)，逐漸產生(sheng)了在飛(fei)機(ji)表面粘貼(tie)傳載(zai)(zai)(zai)介質作為承載(zai)(zai)(zai)節點(dian)，通過(guo)杠(gang)桿系統將(jiang)多個(ge)節點(dian)按杠(gang)桿比例(li)連接形成一個(ge)組合加(jia)(jia)載(zai)(zai)(zai)端點(dian)，而在加(jia)(jia)載(zai)(zai)(zai)端點(dian)后端通過(guo)液(ye)壓加(jia)(jia)載(zai)(zai)(zai)機(ji)構實現主動加(jia)(jia)載(zai)(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)載(zai)(zai)(zai)方法，使(shi)(shi)得加(jia)(jia)載(zai)(zai)(zai)載(zai)(zai)(zai)荷分布更準確，可(ke)考核的(de)(de)(de)(de)目(mu)標也更豐富(fu)。隨著數字同步協調加(jia)(jia)載(zai)(zai)(zai)系統的(de)(de)(de)(de)誕生(sheng)，通過(guo)閉(bi)環(huan)控制(zhi)系統控制(zhi)的(de)(de)(de)(de)多點(dian)協調同步加(jia)(jia)載(zai)(zai)(zai)方法使(shi)(shi)得全(quan)(quan)(quan)(quan)機(ji)靜(jing)(jing)(jing)力(li)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)(de)精(jing)度、速度、可(ke)靠性和安全(quan)(quan)(quan)(quan)性均得到極大提高。與此同時，試(shi)(shi)(shi)驗(yan)測量技(ji)術、分析(xi)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)進(jin)步使(shi)(shi)得試(shi)(shi)(shi)驗(yan)結(jie)(jie)果便于(yu)后期(qi)的(de)(de)(de)(de)分析(xi)和優化，而不必都開展(zhan)代價高昂的(de)(de)(de)(de)破壞試(shi)(shi)(shi)驗(yan)。
全機(ji)靜力試驗最(zui)多將(jiang)會采用１０７個液壓(ya)作(zuo)動器(qi)同時加載(zai)，而保證這些液壓(ya)作(zuo)動器(qi)同步協調加載(zai)的控制設備(bei)是(shi) ＭＴＳ加載控制(zhi)系統(tong)，其同步協調控制(zhi)達１６０通道(dao)，控制(zhi)系統(tong)誤差小于１％。在控制(zhi)精度上，可控端點誤差小于１％ Ｐｍａｘ （Ｐｍａｘ為該點最(zui)大試(shi)驗(yan)載(zai)(zai)(zai)(zai)荷）；同(tong)時(shi)，試(shi)驗(yan)控制系統(tong)(tong)設有(you)靜態超(chao)差(cha)限(xian)(xian)(xian)、動態超(chao)差(cha)限(xian)(xian)(xian)和(he)限(xian)(xian)(xian)制載(zai)(zai)(zai)(zai)荷限(xian)(xian)(xian)等多重保護限(xian)(xian)(xian)，不同(tong)的超(chao)差(cha)對應不同(tong)的處理方式(shi)，多重保護既可以(yi)保證試(shi)驗(yan)的順利進行，又(you)最(zui)大限(xian)(xian)(xian)度地(di)保證了試(shi)驗(yan)安全(quan)。在(zai)故障(zhang)診斷方面，控制系統(tong)(tong)具有(you)故障(zhang)數據回收(shou)功能，可回收(shou)故障(zhang)前(qian)后各(ge)１０ｓ的數據。每一節點載(zai)(zai)(zai)(zai)荷用(yong)(yong)專用(yong)(yong)加載(zai)(zai)(zai)(zai)膠(jiao)布(bu)帶(dai)或金屬加載(zai)(zai)(zai)(zai)塊來傳遞施加模擬氣動載(zai)(zai)(zai)(zai)荷。見(jian)圖(tu)
這兩種節點加(jia)載(zai)方法的不同之處:專用加載(zai)膠(jiao)布(bu)帶(dai)可(ke)以(yi)(yi)對試(shi)驗(yan)件(jian)(jian)的(de)(de)法向(xiang)和切向(xiang)承受(shou)(shou)拉(la)(la)力(li)(li)載(zai)荷(he) ,但(dan)不能承受(shou)(shou)壓(ya)載(zai)荷(he) 。而金屬(shu)加載(zai)塊可(ke)以(yi)(yi)對試(shi)驗(yan)件(jian)(jian)的(de)(de)法向(xiang)軸(zhou)線旋轉 20°范圍(wei)承受(shou)(shou)拉(la)(la)壓(ya)力(li)(li)載(zai)荷(he),但(dan)不能承受(shou)(shou)切向(xiang)拉(la)(la)壓(ya)力(li)(li)載(zai)荷(he)。機(ji)(ji)身(shen)和尾翼布(bu)置節點(dian)載(zai)荷(he)的(de)(de)方法與(yu)上述相同, 此外, 機(ji)(ji)身(shen)結(jie)構及成件(jian)(jian)質量(liang)過載(zai)力(li)(li)可(ke)直(zhi)接加載(zai)到機(ji)(ji)身(shen)框上,也可(ke)通(tong)過機(ji)(ji)身(shen)框金屬(shu)卡板(ban)加載(zai)塊來施加 。
為保證試驗的加載點協調和控制載荷精度, 首先將加(jia)載(zai)控(kong)制機 、力傳感器(qi) 、電液伺服系(xi)統(tong)(tong)、液壓系(xi)統(tong)(tong)、杠桿系(xi)統(tong)(tong)與飛機相連 ,進(jin)行試(shi)驗前的單點(dian) PID調試(shi)。調試(shi)過后,將得(de)出(chu) P、I、D三個參數 ,自動輸入加(jia)載(zai)控(kong)制機中, 使試(shi)驗中加(jia)載(zai)控(kong)制的速(su)度(du)、穩定(ding)度(du) 、精度(du)最優化。
當加載控制機、力(li)傳感器、電液(ye)伺服系(xi)統(tong)、液(ye)壓系(xi)統(tong) 、杠桿系統與飛(fei)機相連, 逐(zhu)點完成試驗(yan)前的(de) PID參(can)數(shu)(shu)調(diao)試。PID參(can)數(shu)(shu)與輸入 FCS加載(zai)(zai)機(ji)(ji)的(de)理(li)論載(zai)(zai)荷參(can)數(shu)(shu)、誤(wu)差控制參(can)數(shu)(shu)、固定(ding)重量(liang)參(can)數(shu)(shu)、傳感器系(xi)(xi)數(shu)(shu) 、加載(zai)(zai)步(bu)驟一起組(zu)成試驗(yan)程序譜軟件, 中央主(zhu)控計算機(ji)(ji)、FCS加載(zai)(zai)機(ji)(ji)、電液伺(si)服系(xi)(xi)統(tong)(tong)、液壓系(xi)(xi)統(tong)(tong)、杠桿系(xi)(xi)統(tong)(tong)與飛機(ji)(ji)組(zu)成硬件,構成了如圖 8所示的(de)試驗(yan)載(zai)(zai)荷控制原(yuan)理(li)圖。
為(wei)(wei)保(bao)證(zheng)試驗(yan)(yan)(yan)件滿足(zu)試驗(yan)(yan)(yan)要求，需對試驗(yan)(yan)(yan)件進行損(sun)傷檢(jian)(jian)測。針(zhen)對不同的(de)材(cai)(cai)料(liao)需要采(cai)用不同的(de)無損(sun)檢(jian)(jian)測方法，對于(yu)金屬結構，采(cai)用目視(shi)、滲透、著色(se)等檢(jian)(jian)測方法，對于(yu)復合材(cai)(cai)料(liao)結構，采(cai)用多種類(lei)型的(de)超聲檢(jian)(jian)測方法。在試驗(yan)(yan)(yan)中和(he)試驗(yan)(yan)(yan)后(hou)也需要開展無損(sun)檢(jian)(jian)測，以驗(yan)(yan)(yan)證(zheng)試驗(yan)(yan)(yan)件在試驗(yan)(yan)(yan)過程中和(he)試驗(yan)(yan)(yan)后(hou)狀態是否(fou)一致(zhi)。同時，在試驗(yan)(yan)(yan)過程中還將借助應變／位移數(shu)據、力傳(chuan)感器(qi)數(shu)據等各類(lei)數(shu)據為(wei)(wei)試驗(yan)(yan)(yan)飛機狀態提供決策支持。
其實，飛(fei)機的(de)載(zai)荷試驗和(he)萬能拉(la)(la)力機系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)類(lei)似，萬能拉(la)(la)力機也是一個(ge)大(da)的(de)反(fan)饋系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)，萬能拉(la)(la)力機控制系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)采集當前試驗的(de)材料形(xing)變(bian)量(liang)和(he)材料承受(shou)力，并根據用戶設定的(de)試驗目標和(he)讀(du)取的(de)反(fan)饋量(liang)，進行材料試驗閉環控制。本拉(la)(la)力試驗機系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)詳(xiang)細的(de)運作過程如下：
（1）用戶在萬能拉力機控制系統中設(she)置好試驗目標，整個(ge)材料試驗便可以在控制系統監控下自動執(zhi)行(xing)；
（2）控制系統時刻采集拉(la)力試驗(yan)機的底(di)層數據，即材(cai)料形(xing)變(bian)量和材(cai)料承受拉(la)力值；
（3）控制系統(tong)根據(ju)此反饋量(liang)并結合用戶設定的(de)試(shi)驗目標，給出反饋控制量(liang)，同時(shi)，根據(ju)采集的(de)信息(xi)進行試(shi)驗實時(shi)數據(ju)顯示和力(li)-形變(bian)、力(li)-時(shi)間等(deng)曲線的(de)繪制；
（4）控(kong)制系(xi)統給出的控(kong)制量為脈沖(chong)信號，此脈沖(chong)信號作為伺服驅動(dong)器(qi)的輸入(ru)脈沖(chong)；
（5）伺服(fu)(fu)驅動器根據輸入的脈沖來控制(zhi)伺服(fu)(fu)電機的運轉；
（6）伺服(fu)電機(ji)通過機(ji)械(xie)傳(chuan)動結(jie)構對(dui)試驗材(cai)料(liao)施加力，使得(de)材(cai)料(liao)產生形變。
萬能(neng)拉力機結構示意圖
飛機力學試驗(yan)是一項較復雜的系統工程, 從載荷計(ji)算 、全機(ji)平衡處理、試(shi)驗安裝、傳感(gan)器標定(ding) 、控(kong)制系統、液壓伺(si)服 、機(ji)械裝置 、試(shi)驗程(cheng)序譜編制等, 每個環節(jie)都(dou)可決定(ding)試(shi)驗的成功(gong)與否, 每個環節(jie)都(dou)可影響試(shi)驗的質量和誤差。隨著(zhu)中(zhong)國工程(cheng)技術(shu)實(shi)力(li)的不斷增強，越來(lai)越多的民營(ying)企(qi)業研發(fa)出來(lai)的試(shi)驗機(ji)設備將會應用的大飛機(ji)的研發(fa)制造中(zhong)。
