一种飞行器舵面静强度试验方法技术

本发明专利技术涉及飞行器试验技术领域，旨在解决现有技术中的飞行器舵面静强度试验方法较为复杂，舵面载荷模拟失真，试验精度欠佳，不能准确考核飞行器舵面静强度的问题，提供一种飞行器舵面静强度试验方法；包括以下步骤：S1：选择舵面静力试验工况及试验载荷；S2：等效简化舵面静力试验载荷；S3：舵面静力试验加载胶布带载荷分载；S4：设计舵面静力试验加载杠杆系统；S5：计算舵面静力试验扣重及加载载荷；S6：实施舵面静力试验；本发明专利技术能保证舵面静力试验加载的真实性，试验加载过程和精度易控制，能全面考核舵面及其安装结构的强度符合性，适用性强，操作步骤清楚，计算分析过程可程序化，试验证明本方法可行，能满足工程试验要求。能满足工程试验要求。能满足工程试验要求。

【技术实现步骤摘要】
一种飞行器舵面静强度试验方法


[0001]本专利技术涉及飞行器试验
，具体而言，涉及一种飞行器舵面静强度试验方法。

技术介绍

[0002]飞行器舵面是操纵飞行器的重要部件，用于飞行中保持飞行器的纵向和横向平衡，以及实现对飞行器机动飞行的操作和控制。舵面及其安装结构的静强度符合性直接关系到飞行器的飞行安全。在设计阶段，为验证飞行器舵面的静强度符合性，研究潜在的失效模式，并提供优化设计的依据，需进行飞行器舵面及其安装结构的静强度试验研究。飞行器结构静强度试验的关键技术在于试验工况的选择，试验载荷的转化，试验加载方案的设计，以及试验载荷加载精度的控制，在结构静强度试验中对上述关键技术的工程实现，是静强度试验结果可信性的基础。
[0003]在现有技术中，飞行器舵面静强度试验的试验载荷分载方法、试验加载方法、试验扣重方法等较为复杂；同时，在舵面静力试验加载中，往往只考虑舵面的气动力作用，而不考虑惯性力，虽降低了舵面载荷的复杂性，但会因此导致舵面载荷模拟失真，试验精度控制欠佳，不能准确地考核飞行器舵面的静强度。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种飞行器舵面静强度试验方法，以解决现有技术中的飞行器舵面静强度试验分载、加载及扣重方法复杂，舵面载荷模拟失真，试验精度控制欠佳，不能准确地考核飞行器舵面静强度的问题。
[0005]本专利技术是采用以下的技术方案实现的：本专利技术提供一种飞行器舵面静强度试验方法，包括以下步骤：S1：选择舵面静力试验工况及舵面静力试验载荷；S2：等效简化舵面静力试验载荷；S3：舵面静力试验加载胶布带载荷分载；S4：设计舵面静力试验加载杠杆系统；S5：计算舵面静力试验扣重及加载载荷；S6：实施舵面静力试验。
[0006]作为优选的技术方案：所述步骤S1具体包括：S101：建立飞行器全机坐标系OXYZ：坐标系原点O为飞行器机头顶点；X轴垂直于飞行器左右对称面并指向飞行器的左翼尖；Y轴与航向平行，并以逆航向为正；Z轴与X、Y轴满足右手坐标系，指向上方；S102：计算飞行载荷：以飞行器全机气动载荷数据库、全机质量分布及动力载荷为依据，对飞行器进行各个飞行工况下的全机运动仿真，得到飞行器舵面各仿真工况下的
飞行载荷，k=1、2
……
s，s为仿真飞行工况数量；飞行载荷包括气动载荷和惯性载荷，其中，i=1、2
……
m，m为气动载荷散点数量，j=1、2
……
n，n为惯性载荷散点数量，其中气动载荷的作用点为（，，），惯性载荷的作用点为（，，）；S103：选择舵面静力试验工况：在全机坐标系OXYZ下，将舵面各飞行工况下的飞行载荷向舵面铰链线上一点A简化，点A取为舵面接头交点，得到各飞行工况下飞行载荷的合力=(，，)，合力矩=(，，)，其中，合力矩分量以舵面铰链线为参考轴定义，为舵面铰链力矩；选取飞行载荷合力最大和铰链力矩绝对值最大的载荷工况作为舵面静力试验工况_，t=1、2，t为静力试验工况数量；S104：存储舵面静力试验工况及舵面静力试验载荷；步骤S103得到的舵面静力试验工况_的舵面静力试验载荷包括，气动载荷=（，，），i=1、2
……
m，其作用点为（，，），惯性载荷=（，，），j=1、2
……
n，其作用点为（，，）。
[0007]作为优选的技术方案：所述步骤S2具体包括：S201：在全机坐标系OXYZ下，设舵面静力试验工况_的舵面静力试验载荷的简化参考点为，其坐标为（，，），t=1、2；S202：将舵面静力试验工况_下的气动载荷和惯性载荷向点等效简化，其力系简化合力=（，，）的分量方程分别为：；；；其力系简化的合力矩=（，，）的分量方程分别为：；；；
S203：求解简化参考点的坐标（，，）使得所述步骤S202的合力矩的模取最小值，即求方程的最小值，以及此时点的坐标（，，）；S204：对所有舵面静力试验工况_执行所述步骤S201~步骤S203，并记录存储全部舵面静力试验工况_在步骤S203求得的力系等效简化点及其坐标（，，），以及向该点简化的舵面静力试验载荷合力=（）、合力矩=（）。
[0008]作为优选的技术方案：所述步骤S3具体包括：S301：建立舵面静力试验载荷合力坐标系；S302：选定舵面静力试验加载胶布带点位；S303：建立飞行器舵面总体有限元模型及进行响应分析；S304：采用有限元法分配舵面静力试验加载胶布带载荷；S305：检验舵面静力试验加载胶布带载荷加载误差。
[0009]作为优选的技术方案：所述步骤S301具体包括：针对舵面静力试验工况_，其舵面静力试验载荷合力坐标系的建立方法为：选择舵面上任意一点O
′
为坐标系原点，Z
′
轴平行于并指向舵面静力试验载荷合力的方向，即取Z
′
轴的方向向量为<，，>，X
′
轴平行于舵面铰链线并指向飞行器左侧，Y
′
轴与X
′
、Z
′
轴满足右手坐标系；所述步骤S302具体包括：S302a：选定舵面静力试验载荷加载线：在舵面的上翼面确定两条静力试验载荷加载线，两条加载线沿舵面弦长方向呈一前一后平行分布，两条加载线分别为前加载线和后加载线，两条加载线避开舵面的大曲率前缘和高度较低的薄弱后缘区域，布置在舵面的梁结构占位处；S302b：确定舵面静力试验加载胶布带粘贴点：根据舵面与飞行器机体连接交点的分布情况，以及舵面飞行载荷的分布特征，在两条加载线上选择若干基本胶布带粘贴点；若后续胶布带载荷分载结果表明存在单个胶布带加载载荷较大，舵面或胶布带粘贴强度无法承载时，再以基本胶布带粘贴点为上级加载点，在其周围的舵面区域内均匀布置多个子胶布带，且子胶布带载荷由基本胶布带载荷平均分配而得，以减小单个胶布带的试验载荷和更精细地模拟舵面飞行载荷的分布情况；满足强度要求以及数量要求的各个胶布带作为舵面静力试验加载胶布带，从而选定各个舵面静力试验加载胶布带的点位；所述步骤S303具体包括：S303a：根据飞行器舵面布局及几何参数建立舵面有限元网格，同时建立舵面安装
结构的有限元网格，舵面及其安装结构的部件之间的耳片螺栓连接及其自由度约束利用多点约束MPC进行模拟；S303b：将舵面静力试验工况_的飞行载荷按真实分布加载到有限元模型上，并对舵面安装结构的外边界进行固定约束，通过舵面网格化、部件连接模拟、建立边界条件和施加舵面真实飞行载荷，形成飞行器舵面总体有限元分析模型；S303c：对飞行器舵面总体有限元分析模型进行线性静力计算，得出飞行载荷作用下舵面的应力分布、安装交点载荷及舵机接头载荷结构响应量；所述步骤S304具体包括：S304a：建立胶布带载荷分载用有限元模型：在飞行器舵面总体有限元分析模型的基础上，针对舵面静力试验工况_，将舵面总体有限元模型中与基本胶布带占位相对应的有限元节点的分析坐标系分别设置为步骤S301所建立的舵面载荷合力坐标系，其中，p=1、2
……
l，l为基本胶布带数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器舵面静强度试验方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：选择舵面静力试验工况及舵面静力试验载荷；S2：等效简化舵面静力试验载荷；S3：舵面静力试验加载胶布带载荷分载；S4：设计舵面静力试验加载杠杆系统；S5：计算舵面静力试验扣重及加载载荷；S6：实施舵面静力试验。2.根据权利要求1所述的飞行器舵面静强度试验方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：S101：建立飞行器全机坐标系OXYZ：坐标系原点O为飞行器机头顶点；X轴垂直于飞行器左右对称面并指向飞行器的左翼尖；Y轴与航向平行，并以逆航向为正；Z轴与X、Y轴满足右手坐标系，指向上方；S102：计算飞行载荷：以飞行器全机气动载荷数据库、全机质量分布及动力载荷为依据，对飞行器进行各个飞行工况下的全机运动仿真，得到飞行器舵面各仿真工况下的飞行载荷，k=1、2
……
s，s为仿真飞行工况数量；飞行载荷包括气动载荷和惯性载荷，其中，i=1、2
……
m，m为气动载荷散点数量，j=1、2
……
n，n为惯性载荷散点数量，其中气动载荷的作用点为（，，），惯性载荷的作用点为（，，）；S103：选择舵面静力试验工况：在全机坐标系OXYZ下，将舵面各飞行工况下的飞行载荷向舵面铰链线上一点A简化，点A取为舵面接头交点，得到各飞行工况下飞行载荷的合力=(，，)，合力矩=(，，)，其中，合力矩分量以舵面铰链线为参考轴定义，为舵面铰链力矩；选取飞行载荷合力最大和铰链力矩绝对值最大的载荷工况作为舵面静力试验工况_，t=1、2，t为静力试验工况数量；S104：存储舵面静力试验工况及舵面静力试验载荷；步骤S103得到的舵面静力试验工况_的舵面静力试验载荷包括，气动载荷=（，，），i=1、2
……
m，其作用点为（，，），惯性载荷=（，，），j=1、2
……
n，其作用点为（，，）。3.根据权利要求2所述的飞行器舵面静强度试验方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：S201：在全机坐标系OXYZ下，设舵面静力试验工况_的舵面静力试验载荷的简化参考点为，其坐标为（，，），t=1、2；S202：将舵面静力试验工况_下的气动载荷和惯性载荷向点等效简化，其力系
简化合力=（，，）的分量方程分别为：；；；其力系简化的合力矩=（，，）的分量方程分别为：；；；S203：求解简化参考点的坐标（，，）使得所述步骤S202的合力矩的模取最小值，即求方程的最小值，以及此时点的坐标（，，）；S204：对所有舵面静力试验工况_执行所述步骤S201~步骤S203，并记录存储全部舵面静力试验工况_在步骤S203求得的力系等效简化点及其坐标（，，），以及向该点简化的舵面静力试验载荷合力=（）、合力矩=（）。4.根据权利要求3所述的飞行器舵面静强度试验方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：S301：建立舵面静力试验载荷合力坐标系；S302：选定舵面静力试验加载胶布带点位；S303：建立飞行器舵面总体有限元模型及进行响应分析；S304：采用有限元法分配舵面静力试验加载胶布带载荷；S305：检验舵面静力试验加载胶布带载荷加载误差。5.根据权利要求4所述的飞行器舵面静强度试验方法，其特征在于：所述步骤S301具体包括：针对舵面静力试验工况_，其舵面静力试验载荷合力坐标系的建立方法为：选择舵面上任意一点O
′
为坐标系原点，Z
′
轴平行于并指向舵面静力试验载荷合力的方向，即取Z
′
轴的方向向量为<，，>，X
′
轴平行于舵面铰链线并指向飞行器左侧，Y
′
轴与X
′
、Z
′
轴满足右手坐标系；
所述步骤S302具体包括：S302a：选定舵面静力试验载荷加载线：在舵面的上翼面确定两条静力试验载荷加载线，两条加载线沿舵面弦长方向呈一前一后平行分布，两条加载线分别为前加载线和后加载线，两条加载线避开舵面的大曲率前缘和高度较低的薄弱后缘区域，布置在舵面的梁结构占位处；S302b：确定舵面静力试验加载胶布带粘贴点：根据舵面与飞行器机体连接交点的分布情况，以及舵面飞行载荷的分布特征，在两条加载线上选择若干基本胶布带粘贴点；若后续胶布带载荷分载结果表明存在单个胶布带加载载荷较大，舵面或胶布带粘贴强度无法承载时，再以基本胶布带粘贴点为上级加载点，在其周围的舵面区域内均匀布置多个子胶布带，且子胶布带载荷由基本胶布带载荷平均分配而得，以减小单个胶布带的试验载荷和更精细地模拟舵面飞行载荷的分布情况；满足强度要求以及数量要求的各个胶布带作为舵面静力试验加载胶布带，从而选定各个舵面静力试验加载胶布带的点位；所述步骤S303具体包括：S303a：根据飞行器舵面布局及几何参数建立舵面有限元网格，同时建立舵面安装结构的有限元网格，舵面及其安装结构的部件之间的耳片螺栓连接及其自由度约束利用多点约束MPC进行模拟；S303b：将舵面静力试验工况_的飞行载荷按真实分布加载到有限元模型上，并对舵面安装结构的外边界进行固定约束，通过舵面网格化、部件连接模拟、建立边界条件和施加舵面真实飞行载荷，形成飞行器舵面总体有限元分析模型；S303c：对飞行器舵面总体有限元分析模型进行线性静力计算，得出飞行载荷作用下舵面的应力分布、安装交点载荷及舵机接头载荷结构响应量；所述步骤S304具体包括：S304a：建立胶布带载荷分载用有限元模型：在飞行器舵面总体有限元分析模型的基础上，针对舵面静力试验工况_，将舵面总体有限元模型中与基本胶布带占位相对应的有限元节点的分析坐标系分别设置为步骤S301所建立的舵面载荷合力坐标系，其中，p=1、2
……
l，l为基本胶布带数量对应的节点编号；S304b：在舵面总体有限元分析模型中，分别输入所述步骤S204所得的各个舵面静力试验工况的试验载荷简化参考点的坐标（，，），从而建立舵面静力试验工况_和_的舵面静力试验载荷的集中载荷加载点和；分别以集中载荷加载点和为从节点，以有限元模型中节点为主节点，建立多点约束RBE3单元，将舵面静力试验载荷加载到舵面上；S304c：建立舵面静力试验分析工况：将所述步骤S2所得的舵面静力试验工况_的舵面静力试验载荷的合力和合力矩施加在集中载荷加载点上，并与舵面总体模型边界约束条件组合，形成舵面静力试验工况_的分析工况；将所述步骤S2所得的静力试验工况_的舵面静力试验载荷的合力和合力矩
施加...

【专利技术属性】
技术研发人员：常庆春，李永彬，游进，吴博，徐浩，刘斯佳，
申请(专利权)人：四川腾凤科技有限公司，
类型：发明
国别省市：