新支线飞机全机静力试验实时监控系统的研制及应用

　　1　引　言

　　新型支线飞机ARJ21-700在首飞前,必须完成全机地面强度验证试验。根据适航条例规定,全机试验成功的基本标准是[1]:①结构必须能够承受极限载荷至少3 s不破坏;②结构必须能够承受限制载荷而无有害的永久变形。全机试验的根本目的是验证设计,且试验件的成本较高,试验中不允许出现与设计本身无关的意外。因此,试验中对结构变形以及部位安全裕度的监测是至关重要的。

　　在ARJ21-700全机静力试验过程中,由于试验工作较为繁杂,工况较多,试验的数采通道较多,单凭人工的判断无法实现有效的监测。同时,由于试验中加载系统自身配重等问题的存在,试验采集到的数据应当经过一定的修正才可以真实地反映飞机上各部位的受力情况[2]。再者,全机的实时受力情况需要与全机有限元模型的分析结果作比较[3, 4],借此判断试验结果是否与设计偏离,并验证全机有限元模型的准确性。因此,必须通过一套健全稳定的系统来实现非人工的实时监控[5, 6]。

　　全机静力试验监控作为一项系统性的工作,在国内外的飞机行业都备受重视[6-8]。因为它不仅关系着飞机设计数据的积累与验证,还对试验的成功与否起到一定的决定作用。全机应力应变数据与安全性的透明度,决定着现场试验人员对试验全局的掌控程度,对避免意外情况的发生至关重要[5, 6, 8]。

　　本文介绍与ARJ21-700飞机地面静力试验相配套的试验数据实时分析与破坏预警系统。该系统可以为结构强度专业的设计人员提供一个快捷、实用、智能化的专业软件环境,实现地面试验实时分析与试验监控的多专业联动,满足ARJ21-700飞机地面强度试验验证的有关要求,实现结构强度静力试验的实时监控目标。

　　2　系统监控要求及监控对象

　　2. 1　系统监控要求

　　按照规划,ARJ21-700全机静力试验单个工况最大测量通道数不多于5 500,而目前能提供满足本系统要求的数据采集系统共有3 800个通道。因此,由于测量设备的限制,在ARJ21-700飞机全机静力试验中,本系统最大监控通道为3 800个通道。全机协调加载试验中各个工况的监控通道数如表1所示

　　试验时,加载系统加载到规定载荷后,数采系统会在0. 5 s左右完成测量,然后加载系统继续加载。高载时, 1%级载荷的加载和测量会在1 s左右完成。因此,监控系统需要在1 s内完成数据解析、导入数据库和在客户端程序上显示结果的整个过程。

　　2. 2　系统监控对象

　　本监控系统的监控对象如表2所示。其中最主要的监控对象为部位应力、部位安全裕度和位移测量点处的位移协调性。

　　全机试验时,测量值均为应变或位移,所以一定要针对不同的结构形式将应变折算为应力,才能够计算得到结构的安全裕度,