起落架载荷脱机校准试验技术研究

时间：2024-07-28

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(中国飞行试验研究院，陕西西安 710089)

0 引言

起落架载荷试飞是新机定型试飞的重要项目，是民机合格审定试飞的重要项目[1-2]。目前，国内外普遍采用的起落架载荷实测方法为应变法[3]。用应变法进行载荷实测必须进行载荷地面校准试验，它是载荷实测的前提和关键，是关系到载荷实测结果正确与否的重要环节[4]。载荷地面校准试验，是模拟起落架在实际使用中的受载情况，对加装了应变电桥的起落架施加已知载荷，建立外载荷与电桥输出之间的定量关系[5]。在进行起落架载荷校准时，为提高校准精度，需要加大载荷量级，增加载荷工况，使校准载荷能够尽可能真实模拟飞机实际使用情况[6]。

国内进行的起落架地面校准试验主要采用联机校准[7]的方法，该方法是对装配在飞机上的起落架直接进行加载校准。从试验安全性考虑，其加载工况受限严重，加载量级较小，全机平衡、约束、固定风险较高，人机安全隐患较大。随着各种复杂航空器的不断发展，起落架的结构愈加复杂、限制载荷不断加大、受载工况愈加复杂，常规的联机校准方法无法进一步满足校准试验的需要。

本文针对起落架载荷校准实际需求，研究了一套起落架脱机载荷校准试验方法，并将该方法用于某型民机起落架载荷校准试验。

1 受载分析

起落架是航空器下部用于起飞降落或者地面滑行时支撑航空器并用于地面移动以及在地面上为飞机提供稳定支撑的装置，(起落架设计手册)常见的起落架结构如图1所示。起落架承担了飞机起飞着陆、滑行、转弯、停机等状态下地面对飞机的所有作用力。因此，在实际使用过程中，起落架受载状态为空间混合力，为了方便载荷分析计算，通用的方法是将该力进行正交分解，分解为垂直载荷、航向载荷及侧向载荷，这三向载荷在不同的使用情况下比例不同。

图1 典型起落架结构示意图

地面载荷校准试验时必须模拟起落架真实受载状态，因此在进行试验校准方案和校准工况设计时需要充分考虑到起落架真实受载状态。

2 试验方法

起落架脱机校准试验，通过将起落架从飞机上拆下，固定在专门研制的地面台架上，对起落架利用液压自动控制系统实施加载。起落架在台架上的安装必需与在真实飞机上的安装情况完全相同，包括连接方式、姿态等。

图2 起落架假机轮结构示意图

起落架机轮用专门研制的假机轮代替以便于加载连接。假机轮上设有航向、侧向和垂向加载点，其中，航向、垂向加载点通过起落架轮轴中心，刹车和侧向加载点则位于机轮半径加载点处。图2即为某典型起落架假机轮结构示意图。

图3 起落架脱机校准试验加载示意图

航向、刹车和侧向实施加载时通过假机轮对应连接点铰接加载单元进行加载。加载单元将载荷通过加载立柱传递到试验地轨上面实现载荷加载。垂向加载实施则是通过加载杠杆两端的垂向加载丝杠和垂向液压作动器实现垂向加载。具体起落架脱机校准加载参见图3。

3 试验优势

利用该方法可有效提升起落架校准试验能力，提升了试验安全性和加载精度，更加符合起落架真实受载状态。具体体现在以下几个方面。

3.1 加载量级

图4 起落架联机校准试验加载

校准载荷量级是影响校准结果精度的重要指标。基于加载平台的联机加载方法，垂向校准载荷借助飞机自身重力进行加载，而航向和侧向载荷是通过平台表面与轮胎之间的摩擦作用施加给起落架结构的，载荷较大时，机轮与平台表面产生滑动，载荷难以施加。因此校准载荷加载量级受到极大限制，图4为某型飞机起落架联机加载。

图5 起落架脱机校准试验加载

起落架脱机校准试验方法完全是借助液压自动加载系统对起落架固定平台上的起落架进行校准工况模拟加载，其加载量级可达限制载荷的100%。图5即为我国某型飞机起落架脱机校准试验加载。

表1为某型飞机联机试验校准加载和脱机校准试验各向载荷加载量级对比，从中可以明显看出脱机校准载荷量级远远大于联机校准。因此，在加载量级方面，脱机校准方法明显优于联机校准。

表1 联机校准和脱机校准载荷量级对比

3.2 载荷工况模拟

常规的联机加载校准中，由于试验对象为整个飞机，为确保飞机安全，往往是先施加垂直载荷，再逐步施加其它方向的载荷，其加载效果如图6所示。另外受到试验现场条件所限，部分起落架的真实受载工况无法实施。以上因素均限制了联机校准试验精度的进一步提升。

图6 联机载荷校准试验加载曲线

脱机校准时，起落架单独进行试验，各向校准载荷可相互独立进行施加，可以完全模拟起落架各种实际受载状态，在组合加载时也可依据实际不同比例同时施加，可有效提高校准试验的加载精度，图7即为脱机载荷校准试验工况。

3.3 安全性和试验效率

起落架脱机校准方法同联机校准相比，在安全性和试验效率方面有着明显优势：

1)将起落架从飞机支持结构功能中脱离出来，固定在地面台架上，避免了联机加载时需考虑全机约束、固定、平衡的技术难题，试验过程安全、可控；

图7 脱机载荷校准试验加载曲线

2)所有加载设备一次安装到位，加载精度更高，采用液压自动控制协调加载系统进行加载，提高试验效率。

4 试验应用

目前，该方法已成功应用于我国多型飞机起落架载荷校准，并将试验结果成功应用于起落架地面载荷试飞中，完成了型号合格审定任务。本文以某型民机起落架载荷试飞为例，对其脱机校准试验及后续飞行试验进行分析说明。

图8 脱机校准试验垂向载荷曲线

该型飞机起落架在进行脱机校准时包括前起落架和两个主起起落架共计三个试验件，每个起落架分为5个行程进行校准，共设计试验工况255个，其最大载荷达170 kN。这与联机校准时校准工况数量和加载量级有着显著提高，因此能够全状态模拟起落架受载，提升试验精度。整个试验周期为18个工作日，同联机校准周期相比也有着显著提升。使用脱机校准，其校准载荷误差均在3%以内，能够充分满足起落架载荷飞行实测的需要。图8为某型起落架垂向载荷方程计算结果和试验结果对比图，其方程误差为1.2%。

将脱机校准得到的载荷方程带入飞行数据中即可得到起落架真实载荷。图9以某型飞机右主起落架为例介绍了地面着陆科目试飞试验结果。图中所示着陆时飞机状态为：飞机重量36328 kg，着陆下沉速度为2.01 m/s。从图中可知，当缓冲器支柱行程发生变化时刻即飞机着陆时右主起落架垂向载荷出现急剧上升，最高达236985 N，而航向载荷出现了明显的起转回弹载荷，其最大载荷为-83853 N，而侧向受载较小，最大为27751 N。

图9 右主起落架着陆载荷