前沿|C919大型客機(jī)完成2.5g極限載荷靜力試驗(yàn)
全機(jī)靜力試驗(yàn)技術(shù)即為完成全機(jī)靜力試驗(yàn)項(xiàng)目而采取的試驗(yàn)方法和技術(shù)措施，其伴隨飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證而發(fā)展。早期的全機(jī)靜力試驗(yàn)采用將飛機(jī)反吊，通過(guò)在機(jī)翼上施加重物的方法來(lái)測(cè)試飛機(jī)主結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。隨著飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，逐漸產(chǎn)生了在飛機(jī)表面粘貼傳載介質(zhì)作為承載節(jié)點(diǎn)，通過(guò)杠桿系統(tǒng)將多個(gè)節(jié)點(diǎn)按杠桿比例連接形成一個(gè)組合加載端點(diǎn)，而在加載端點(diǎn)后端通過(guò)液壓加載機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)加載的加載方法，使得加載載荷分布更準(zhǔn)確，可考核的目標(biāo)也更豐富。隨著數(shù)字同步協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)的誕生，通過(guò)閉環(huán)控制系統(tǒng)控制的多點(diǎn)協(xié)調(diào)同步加載方法使得全機(jī)靜力試驗(yàn)的精度、速度、可靠性和安全性均得到極大提高。與此同時(shí)，試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)、分析技術(shù)的進(jìn)步使得試驗(yàn)結(jié)果便于后期的分析和優(yōu)化，而不必都開(kāi)展代價(jià)高昂的破壞試驗(yàn)。
全機(jī)靜力試驗(yàn)最多將會(huì)采用１０７個(gè)液壓作動(dòng)器同時(shí)加載，而保證這些液壓作動(dòng)器同步協(xié)調(diào)加載的控制設(shè)備是 ＭＴＳ加載控制系統(tǒng)，其同步協(xié)調(diào)控制達(dá)１６０通道，控制系統(tǒng)誤差小于１％。在控制精度上，可控端點(diǎn)誤差小于１％ Ｐｍａｘ （Ｐｍａｘ為該點(diǎn)最大試驗(yàn)載荷）；同時(shí)，試驗(yàn)控制系統(tǒng)設(shè)有靜態(tài)超差限、動(dòng)態(tài)超差限和限制載荷限等多重保護(hù)限，不同的超差對(duì)應(yīng)不同的處理方式，多重保護(hù)既可以保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行，又最大限度地保證了試驗(yàn)安全。在故障診斷方面，控制系統(tǒng)具有故障數(shù)據(jù)回收功能，可回收故障前后各１０ｓ的數(shù)據(jù)。每一節(jié)點(diǎn)載荷用專用加載膠布帶或金屬加載塊來(lái)傳遞施加模擬氣動(dòng)載荷。見(jiàn)圖
這兩種節(jié)點(diǎn)加載方法的不同之處:專用加載膠布帶可以對(duì)試驗(yàn)件的法向和切向承受拉力載荷 ,但不能承受壓載荷 。而金屬加載塊可以對(duì)試驗(yàn)件的法向軸線旋轉(zhuǎn) 20°范圍承受拉壓力載荷,但不能承受切向拉壓力載荷。機(jī)身和尾翼布置節(jié)點(diǎn)載荷的方法與上述相同, 此外, 機(jī)身結(jié)構(gòu)及成件質(zhì)量過(guò)載力可直接加載到機(jī)身框上,也可通過(guò)機(jī)身框金屬卡板加載塊來(lái)施加 。
為保證試驗(yàn)的加載點(diǎn)協(xié)調(diào)和控制載荷精度, 首先將加載控制機(jī) 、力傳感器 、電液伺服系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、杠桿系統(tǒng)與飛機(jī)相連 ,進(jìn)行試驗(yàn)前的單點(diǎn) PID調(diào)試。調(diào)試過(guò)后,將得出 P、I、D三個(gè)參數(shù) ,自動(dòng)輸入加載控制機(jī)中, 使試驗(yàn)中加載控制的速度、穩(wěn)定度 、精度最優(yōu)化。
當(dāng)加載控制機(jī)、力傳感器、電液伺服系統(tǒng)、液壓系統(tǒng) 、杠桿系統(tǒng)與飛機(jī)相連, 逐點(diǎn)完成試驗(yàn)前的 PID參數(shù)調(diào)試。PID參數(shù)與輸入 FCS加載機(jī)的理論載荷參數(shù)、誤差控制參數(shù)、固定重量參數(shù)、傳感器系數(shù) 、加載步驟一起組成試驗(yàn)程序譜軟件, 中央主控計(jì)算機(jī)、FCS加載機(jī)、電液伺服系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、杠桿系統(tǒng)與飛機(jī)組成硬件,構(gòu)成了如圖 8所示的試驗(yàn)載荷控制原理圖。
為保證試驗(yàn)件滿足試驗(yàn)要求，需對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行損傷檢測(cè)。針對(duì)不同的材料需要采用不同的無(wú)損檢測(cè)方法，對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)，采用目視、滲透、著色等檢測(cè)方法，對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，采用多種類型的超聲檢測(cè)方法。在試驗(yàn)中和試驗(yàn)后也需要開(kāi)展無(wú)損檢測(cè)，以驗(yàn)證試驗(yàn)件在試驗(yàn)過(guò)程中和試驗(yàn)后狀態(tài)是否一致。同時(shí)，在試驗(yàn)過(guò)程中還將借助應(yīng)變／位移數(shù)據(jù)、力傳感器數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)為試驗(yàn)飛機(jī)狀態(tài)提供決策支持。
其實(shí)，飛機(jī)的載荷試驗(yàn)和萬(wàn)能拉力機(jī)系統(tǒng)類似，萬(wàn)能拉力機(jī)也是一個(gè)大的反饋系統(tǒng)，萬(wàn)能拉力機(jī)控制系統(tǒng)采集當(dāng)前試驗(yàn)的材料形變量和材料承受力，并根據(jù)用戶設(shè)定的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和讀取的反饋量，進(jìn)行材料試驗(yàn)閉環(huán)控制。本拉力試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)詳細(xì)的運(yùn)作過(guò)程如下：
（1）用戶在萬(wàn)能拉力機(jī)控制系統(tǒng)中設(shè)置好試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，整個(gè)材料試驗(yàn)便可以在控制系統(tǒng)監(jiān)控下自動(dòng)執(zhí)行；
（2）控制系統(tǒng)時(shí)刻采集拉力試驗(yàn)機(jī)的底層數(shù)據(jù)，即材料形變量和材料承受拉力值；
（3）控制系統(tǒng)根據(jù)此反饋量并結(jié)合用戶設(shè)定的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，給出反饋控制量，同時(shí)，根據(jù)采集的信息進(jìn)行試驗(yàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和力-形變、力-時(shí)間等曲線的繪制；
（4）控制系統(tǒng)給出的控制量為脈沖信號(hào)，此脈沖信號(hào)作為伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖；
（5）伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)輸入的脈沖來(lái)控制伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；
（6）伺服電機(jī)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)試驗(yàn)材料施加力，使得材料產(chǎn)生形變。
萬(wàn)能拉力機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
飛機(jī)力學(xué)試驗(yàn)是一項(xiàng)較復(fù)雜的系統(tǒng)工程, 從載荷計(jì)算 、全機(jī)平衡處理、試驗(yàn)安裝、傳感器標(biāo)定 、控制系統(tǒng)、液壓伺服 、機(jī)械裝置 、試驗(yàn)程序譜編制等, 每個(gè)環(huán)節(jié)都可決定試驗(yàn)的成功與否, 每個(gè)環(huán)節(jié)都可影響試驗(yàn)的質(zhì)量和誤差。隨著中國(guó)工程技術(shù)實(shí)力的不斷增強(qiáng)，越來(lái)越多的民營(yíng)企業(yè)研發(fā)出來(lái)的試驗(yàn)機(jī)設(shè)備將會(huì)應(yīng)用的大飛機(jī)的研發(fā)制造中。
