機翼變形測量分析

徐兵

摘? 要：針對具體的模型開展相關的水平點的空間分布及其附近點的對齊結果分析，而后在實現(xiàn)多點作用的工況情形下對某支線客機的機翼變形測量開展相關的形變研究，通過實際的仿真有效實現(xiàn)其測量與仿真的對應性，驗證了其整體機翼的各部分結果可靠性，為后續(xù)相關機型的機翼測量與分析提供實踐性案例。

關鍵詞：支線客機;機翼變形;測量分析

中圖分類號：V214 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）17-0040-03

Abstract： According to the specific model， the spatial distribution of horizontal points and the alignment results of nearby points are analyzed， and then the deformation measurement of the wing of a regional airliner is studied under the condition of multi-point action. Through the actual simulation， the correspondence between the measurement and simulation is effectively realized， and the reliability of the results of each part of the whole wing is verified， which provides a practical case for the wing measurement and analysis of the subsequent related aircraft.

Keywords： regional airliner; wing deformation; measurement and analysis

前言

航空工業(yè)作為國家重要的重大的科學項目越來越受到人們的關注，而實現(xiàn)好相關航空工業(yè)飛機整機以及部件的研發(fā)對于社會發(fā)展與國家的影響力都具有重要的指標性意義。在此以某支線飛機的單翼開展形變測量分析也具有重要意義，為后相關飛機機翼設計制造測試等過程提供可靠的理論基礎，故而需要對其機翼進行大量的計算機模擬和仿真分析，不僅可以有效地加快相關產(chǎn)品的研發(fā)過程，同時也可以較大的減少相關研發(fā)試驗的費用，為后續(xù)的飛行過程的機翼變形提供實時有效的理論分析前提，也為后續(xù)相關實際的生產(chǎn)打下堅實的基礎。在此國內(nèi)[1-5]目前雖然已經(jīng)開展了相關飛機部件的設計與測試工作，但因為飛機的復雜性與繁瑣性，在目前的相關研究中對于飛機的單翼變形測試手段仍然存在著一定的局限，尤其是關于飛機的機翼在運行過程中對其本體的形變過程的相關檢測手段較為局限。在此以某支線客機的機翼變形測量為研究背景開展相關的機翼形變研究，為后期相關的機型研究與開發(fā)驗證奠定基礎。

1 項目背景分析

本實踐項目是對于某型飛機機翼進行其相關的變形測量及分析。在此項目之中的某支線客機是我國自主設計、自主研發(fā)，以全新機制、全新管理模式、全面應用數(shù)字化設計-制造技術研制的具有自主知識產(chǎn)權的支線噴氣飛機。在具體的實踐建設中需要根據(jù)其飛機的實際性能和情況對于各部件進行分類化的設計與測試，其整個過程不僅要結合國內(nèi)的研發(fā)力量，更要開展廣泛的國際合作的模式，負責總體設計、系統(tǒng)集成、總裝。在實際的分析過程中因為其所包含的內(nèi)容較為繁雜，在此中尤以某支線客機的機翼變形量測試為研究的重點與難點，其機翼測量的有效性與穩(wěn)定性不僅事關與整機飛行的穩(wěn)定與安全，更為后續(xù)相關機型的機翼測量與分析提供實踐性案例。

2 工業(yè)形變測試分析

在關于某支線某架機的眾多的檢測內(nèi)容中，其因為受力與結構的載荷分布不同，故而其各處的測試與檢測分析也會有著較大的差異。設計人員需要了解在極端情況下機翼的形變及對安全飛行的影響，以而確保其飛機在飛行過程的安全。該機型的測試區(qū)域為其飛機的左右機翼對稱位置，在整機的分析過程中其背景為飛機的機翼上下表面有其相對應的蒙皮及鉚釘，其具體尺寸為長約10米，最寬處約3米，整個的有效面積為其總面積超過50平方米，在實際的測試中對于其具體的測試要求為其相關的3D掃描精度為其優(yōu)于0.05mm，對于其相互間的點間距小于10mm。在實踐的航空制造領域中，其相關的常用的激光跟蹤儀測量系統(tǒng)雖然精度和測距范圍往往都能滿足其相關的測試要求，但在測試過程中卻無法有效地避免相關工況下的震動的影響，在此課題的研究中主要采取的手段是結合對大型柔性曲面測量的經(jīng)驗以及攝影測量技術和3D掃描技術的應用經(jīng)驗來實現(xiàn)相關的測量過程，繼而進一步制定了機翼變形測量實施方案。其具體針對該方案所使用的高精度工業(yè)攝影測量系統(tǒng)（其相對的測試精度為4μm+4μm/m）和移動式3D掃描儀系統(tǒng)（0.03mm/m），在測試中對于其相關的點云采集密度為1mm，繼而可以使得其相關的整體結構精度可以被有效地控制在0.05mm以內(nèi)。在實踐項目的測試中由于攝影測量技術對震動免疫，故而在實際中首先應該使用相關的攝影測量對其對應的左右機翼進行全局有效的高精度定位，并在測試中應該不斷地矯正相關的測量水平基準點，然后使用移動式3D掃描儀進行局部掃描，自動拼接到全局控制網(wǎng)絡，最終得到機身坐標系下的左右機翼指定區(qū)域的表面三維數(shù)據(jù)。使用3D點云及網(wǎng)格分析軟件，與機翼設計模型比對，提交變形分析報告，幫助設計師發(fā)現(xiàn)問題并進一步優(yōu)化機翼的設計及保養(yǎng)措施，提高了飛機的整體安全性和穩(wěn)定性。

3 機翼外形檢測分析

3.1 機翼外形檢測過程

在實際的分析中需要針對其具體的機型進行實踐性的案例分析。在機翼外形檢測分析中首先明確其對象為右翼盒表面，在修理工作完成后保持維修時的頂升狀態(tài)而進行相關的額外形測量作業(yè)。其所使用的設備為V-STARS INCA4系統(tǒng)和與之相結合的三維外形掃描設備。其所測量的范圍包括有：右翼盒上、下表面、且前以及后梁之間，其下圖1為右外翼理論曲面俯視圖，其還包括了前后梁軸線以及肋平面位置的示意圖。

經(jīng)過測試之后可得其相關的數(shù)字化外形信息的空間精度不低于0.05mm。如果以點云或點集等離散形式采樣和記錄，其相關的點距不應該大于10mm。在測量中基于維修時的頂升狀態(tài)默契保持相關測試點的水平性的前提下符合其相關的測量高差要求，在此過程中可以對其相關的測量點的水平性定位基準，同時參閱相關的手冊鏡像位置的確定。在測量之后需要將其掃描結果與其理論上的外形進行相互對比，繼而可以有效地判讀翼盒表面的外形偏離。在進行分析外形偏離的狀況，如果發(fā)現(xiàn)其相關機翼自重影響會導致飛機頂升姿態(tài)和理論外形上存在外形上的偏移，在實際的處理中可以將相關的測量數(shù)據(jù)與理論上的外形分段進行擬合，其具體的操作方法為將其兩條或者三條肋的展向范圍為一段，進而可以逼近理論外形定位后進行局部對比，以而減小自重變形所帶來的誤差。

3.2 工業(yè)測試手段與過程分析

在此次中需要進行工業(yè)化的測試分析，其首先是對于機翼的三個水平的測試點進行理論坐標值的坐標對齊，通過相關專業(yè)的三維空間分析軟件進行擬合，其主要的參數(shù)結果包括有：最大誤差、RMS誤差、標準偏差誤差等。其具體的基準點對齊擬合過程如圖2所示。

通過上述三維空間分析軟件精確計算，有效地實現(xiàn)了對于多點測量數(shù)據(jù)的精確對齊，為后續(xù)的相關結果分析奠定了相關分析基礎，其擬合結果主要是以空間坐標系的坐標數(shù)值參量為基礎的數(shù)值顯示，得到了其三個水平點的理論坐標值、實測坐標值、理論與實測的三維空間上的各方向的方向差值以及理論與實測的三維空間上的綜合差值等。

3.3 形變結果分析

結合三維空間分析軟件的應用，針對具體模型水平點的空間分布及其附近點的對齊結果進行其多點作用的工況情形分析，這樣可以有效地實現(xiàn)其關于機翼的受力情況分解，最終對于整個飛機機翼的受力作用分析，為后續(xù)設計提供基礎性的理論受力情況圖解。

通過分析得知在該飛機機翼的三個測試點相對于其支撐點其受力的情況雖然會有所不同，但是其各部分載荷相對于支撐點都數(shù)值較小，這也符合實際情況說明了仿真的正確性。其對于三個水平點的對其結果可知其水平點2的緊密性是最強的，其次是水平點3，最后是水平點1。連續(xù)曲面對比云圖如圖3所示。

根據(jù)其相關的工況的作用，相關的機翼變化對比云圖結果如上圖3所示，發(fā)現(xiàn)形變較大部位位于其飛機機翼的翼尾部分，通過以上圖3的云圖顏色分布可知其相關的變形范圍與其部位很清楚的實現(xiàn)了顯示，對比其上圖3（a）同步也可以得到相關機翼的安全或者可靠部位正如上圖3（b）。通過實際的仿真有效實現(xiàn)其測量與仿真的對應性，驗證了其整體機翼的各部分結果可靠性。

4 結束語

隨著科學技術的不斷發(fā)展，相關的新技術與新方法不斷地應用于各個行業(yè)的各項建設中，尤其航空工業(yè)作為一個國家的重要科技指標，實現(xiàn)其相關飛機部件的建設與測試對其整個科技行業(yè)的發(fā)展具有重要意義，在此以某支線客機的機翼變形測量展開分析，通過具體的實踐案例并結合計算機的有效仿真繼而最終實現(xiàn)了其相關飛機機翼部位的測量與仿真的對應的可靠性，通過實踐性的案例驗證了該方法下相關部位結果，其為后期相關的機型研究與開發(fā)驗證奠定基礎。

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