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[摘 要]全机静力/疲劳试验是考核和验证飞机结构设计、静强度和刚度是否可靠，疲劳寿命是否满足设计要求的重要手段，全机静力/疲劳试验室是该类试验的基础设施。本文重点介绍该类试验室设备配置情况、试验基础能力设计分析，总结了其工艺设计的方法和要点，以供同类试验室设计参考。
[关键词]全机强度；静力/疲劳；试验室设计；工艺设计
中图分类号：V216.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0344-01
飞机结构强度试验是保证飞机结构完整性的重要手段之一。在新机研制过程中，为了验证设计分析方法、检验制造工艺、保证试飞和使用安全，我国现行的军机强度规范及民用航空规章均对飞机结构（含结构部件）的强度试验作了明确的要求。在飞机研制过程中，普遍采用“积木式”验证策略[1]。即从材料和元件的性能测试开始，逐级对典型细节、组件、部件结构和全尺寸结构的设计和分析进行充分的试验验证。全机静力/疲劳试验位于飞机“积木式”验证的顶端，其布局及设计参数直接影响着整个试验室的试验能力。
1 全机静力/疲劳试验设备配置
飞机结构强度试验流程主要包括试验策划、试验设计、试验安装、调试与试验、试验总结等。对于全机级静力/疲劳试验来说，具体到试验实施过程，可总结为载荷施加、试验件支持与约束、试驗控制、试验测量、试验监控等。
全机级静力/疲劳试验所使用的主要设备有协调加载控制系统、数据采集系统、油泵及油路管网系统、气泵及气路管网系统、加载执行机构、测量传感器、综合承载框架、试验指挥系统及试验现场监视系统等[2]。
2 试验室设计
全机静力/疲劳试验室不仅需要满足试验的硬性需求（如地面资源的有效性和空间的需求），更应该充分考虑试验所必须的柔性需求（如试验室的可扩展性、兼容性等）。试验室实际上提供的是一种试验的平台，因此如何合理的对试验室进行布局并确定合适的试验室设计参数将成为整个试验室成功的关键。
2.1 试验室工艺布局
试验设备决定了试验室的工艺布局，因此，根据全机静力/疲劳试验的设备配置，可将全机静力/疲劳试验室主要分为试验大厅、动力站、测控间三大部分。其中，加载执行机构、测量传感器、综合承载框架与被试飞机相连，是试验的主体，位于试验大厅；油泵及气泵布置于动力站，油路管网及气路管网沿着大厅内的地沟输送至加载系统；测控机房及测控间布置试验所需的协调加载控制系统、数据采集系统等测控设备，通过地沟传送试验测控数据；同时，试验指挥系统及试验现场监视系统也布置于试验大厅内，信号终端引入测控间。
此外，与试验相配套的液压维护房间及试验后为被试机型进行强度评估的无损检测房间也通常位于试验室的附楼内。
2.2 试验大厅尺寸设计分析
由于加载执行机构、测量传感器直接固定在综合支持夹具上，液压管路、气压管路通过专用支架或管道引入、引出，夹具尺寸一般为对应被试机型外廓外延4～5m；夹具与地轨连接一般采用跨轨固定形式，以分散单轨承载，因此地轨外沿需在夹具的宽度和长度方向预留2～3m；同时考虑到试验大厅地沟的布置及安全距离，试验大厅轴线距离需在地轨铺设距离上外扩5.5～6.5m之间，以满足承力地板基础、厂房柱子基础以及地沟的安置。若试验室要考虑多架飞机并行试验的需求，则飞机之间还需留有5m左右间隙以满足试验所需大型工装运输以及模拟突风条件下机翼横向加载所需试验空间。
全机静力/疲劳试验一般将飞机整体支持于距地面3～4m处，在机腹下方留出试验加载空间；考虑飞机机翼末端的最大变形量、加载杠杆高度和加载执行机构的长度，由此得出试验大厅的高度。
2.3 承力地轨及承力墙设计
承力地轨的原理是利用自身的强度和刚度平衡抵消飞机试验件外加载荷。虽然，承力地轨任意一点均可能成为试验载荷的加载点，其设计加载能力体现了试验室试验能力及飞机飞行载荷等参数。承力地板的承载能力通常由试验加载载荷及试验加载点所确定，地轨开槽尺寸由试验用螺栓尺寸决定，示意图如图1所示。
承力墙主要用于进行机翼、前机身或后机身等大部件的静强度试验，其原理是利用承力墙的强度和刚性平衡试验时的外加载荷。为实现试验载荷与承力墙所受弯矩之间的平衡，需将承力墙与承力地板或地面进行刚性连接，将承力墙根部的弯矩转化为承力墙前后对地板产生的拉力和压力，并将其与试验件载荷施加时对地板产生的反作用力进行载荷平衡和弯矩平衡。
承力墙由多根承力柱组成，主要载荷指标单位为弯矩，其最大承载弯矩和弯矩承载点均由试验载荷及试验件尺寸进行确定，而承力墙的高度一般受到试验件大小及不同方向的变形量影响，示意图如图2所示。
2.4 地沟设计
地沟是全机静力/疲劳试验室的血管及经络，负责将试验室液压系统、空压系统以及测控系统组成的复杂管路及线路有序的连接在一起，将液压油及压缩空气输送到厂房的各个指定位置，并将测控电缆从测控间连接到试验大厅的末端设备。
地沟尺寸主要由试验室内液压系统、空压系统以及测控系统的管路数决定，同时需考虑人员操作及检修的位置，侧壁预留预埋件；此外，地沟底部需设置缓坡及集油坑，以满足废油或漏油的处理。地沟剖面示意图如图3所示。
3 总结
本文通过介绍全机静力/疲劳试验的设备配置，总结了该类试验室的工艺布局、设计的过程及要点，包括试验基础能力设计分析（面积、高度及承力设施）、试验室地沟设计分析（液压系统、空压系统、测控系统）等。
全机静力/疲劳试验室的建设实际是提供一个强度试验环境的平台，而与研制型号的相关性较小，所以如何把握试验室建设能力的水平与规模，如何使得这个通用平台能够便捷灵活才是整个设计方案的关键。因此，同类试验室设计过程中应着重了解试验过程的真正需求，而不是拘泥于各机型对于试验要求的差异。
参考文献
[1] 沈真，黎观生.复合材料飞机结构强度设计与验证要求评述[J].第三届全球华人航空科技研讨会，2007.
[2] 冀美珊.全机静力/疲劳试验设备配置总结[J].军民两用技术与产品，2015（5）.
[关键词]全机强度；静力/疲劳；试验室设计；工艺设计
中图分类号：V216.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0344-01
飞机结构强度试验是保证飞机结构完整性的重要手段之一。在新机研制过程中，为了验证设计分析方法、检验制造工艺、保证试飞和使用安全，我国现行的军机强度规范及民用航空规章均对飞机结构（含结构部件）的强度试验作了明确的要求。在飞机研制过程中，普遍采用“积木式”验证策略[1]。即从材料和元件的性能测试开始，逐级对典型细节、组件、部件结构和全尺寸结构的设计和分析进行充分的试验验证。全机静力/疲劳试验位于飞机“积木式”验证的顶端，其布局及设计参数直接影响着整个试验室的试验能力。
1 全机静力/疲劳试验设备配置
飞机结构强度试验流程主要包括试验策划、试验设计、试验安装、调试与试验、试验总结等。对于全机级静力/疲劳试验来说，具体到试验实施过程，可总结为载荷施加、试验件支持与约束、试驗控制、试验测量、试验监控等。
全机级静力/疲劳试验所使用的主要设备有协调加载控制系统、数据采集系统、油泵及油路管网系统、气泵及气路管网系统、加载执行机构、测量传感器、综合承载框架、试验指挥系统及试验现场监视系统等[2]。
2 试验室设计
全机静力/疲劳试验室不仅需要满足试验的硬性需求（如地面资源的有效性和空间的需求），更应该充分考虑试验所必须的柔性需求（如试验室的可扩展性、兼容性等）。试验室实际上提供的是一种试验的平台，因此如何合理的对试验室进行布局并确定合适的试验室设计参数将成为整个试验室成功的关键。
2.1 试验室工艺布局
试验设备决定了试验室的工艺布局，因此，根据全机静力/疲劳试验的设备配置，可将全机静力/疲劳试验室主要分为试验大厅、动力站、测控间三大部分。其中，加载执行机构、测量传感器、综合承载框架与被试飞机相连，是试验的主体，位于试验大厅；油泵及气泵布置于动力站，油路管网及气路管网沿着大厅内的地沟输送至加载系统；测控机房及测控间布置试验所需的协调加载控制系统、数据采集系统等测控设备，通过地沟传送试验测控数据；同时，试验指挥系统及试验现场监视系统也布置于试验大厅内，信号终端引入测控间。
此外，与试验相配套的液压维护房间及试验后为被试机型进行强度评估的无损检测房间也通常位于试验室的附楼内。
2.2 试验大厅尺寸设计分析
由于加载执行机构、测量传感器直接固定在综合支持夹具上，液压管路、气压管路通过专用支架或管道引入、引出，夹具尺寸一般为对应被试机型外廓外延4～5m；夹具与地轨连接一般采用跨轨固定形式，以分散单轨承载，因此地轨外沿需在夹具的宽度和长度方向预留2～3m；同时考虑到试验大厅地沟的布置及安全距离，试验大厅轴线距离需在地轨铺设距离上外扩5.5～6.5m之间，以满足承力地板基础、厂房柱子基础以及地沟的安置。若试验室要考虑多架飞机并行试验的需求，则飞机之间还需留有5m左右间隙以满足试验所需大型工装运输以及模拟突风条件下机翼横向加载所需试验空间。
全机静力/疲劳试验一般将飞机整体支持于距地面3～4m处，在机腹下方留出试验加载空间；考虑飞机机翼末端的最大变形量、加载杠杆高度和加载执行机构的长度，由此得出试验大厅的高度。
2.3 承力地轨及承力墙设计
承力地轨的原理是利用自身的强度和刚度平衡抵消飞机试验件外加载荷。虽然，承力地轨任意一点均可能成为试验载荷的加载点，其设计加载能力体现了试验室试验能力及飞机飞行载荷等参数。承力地板的承载能力通常由试验加载载荷及试验加载点所确定，地轨开槽尺寸由试验用螺栓尺寸决定，示意图如图1所示。
承力墙主要用于进行机翼、前机身或后机身等大部件的静强度试验，其原理是利用承力墙的强度和刚性平衡试验时的外加载荷。为实现试验载荷与承力墙所受弯矩之间的平衡，需将承力墙与承力地板或地面进行刚性连接，将承力墙根部的弯矩转化为承力墙前后对地板产生的拉力和压力，并将其与试验件载荷施加时对地板产生的反作用力进行载荷平衡和弯矩平衡。
承力墙由多根承力柱组成，主要载荷指标单位为弯矩，其最大承载弯矩和弯矩承载点均由试验载荷及试验件尺寸进行确定，而承力墙的高度一般受到试验件大小及不同方向的变形量影响，示意图如图2所示。
2.4 地沟设计
地沟是全机静力/疲劳试验室的血管及经络，负责将试验室液压系统、空压系统以及测控系统组成的复杂管路及线路有序的连接在一起，将液压油及压缩空气输送到厂房的各个指定位置，并将测控电缆从测控间连接到试验大厅的末端设备。
地沟尺寸主要由试验室内液压系统、空压系统以及测控系统的管路数决定，同时需考虑人员操作及检修的位置，侧壁预留预埋件；此外，地沟底部需设置缓坡及集油坑，以满足废油或漏油的处理。地沟剖面示意图如图3所示。
3 总结
本文通过介绍全机静力/疲劳试验的设备配置，总结了该类试验室的工艺布局、设计的过程及要点，包括试验基础能力设计分析（面积、高度及承力设施）、试验室地沟设计分析（液压系统、空压系统、测控系统）等。
全机静力/疲劳试验室的建设实际是提供一个强度试验环境的平台，而与研制型号的相关性较小，所以如何把握试验室建设能力的水平与规模，如何使得这个通用平台能够便捷灵活才是整个设计方案的关键。因此，同类试验室设计过程中应着重了解试验过程的真正需求，而不是拘泥于各机型对于试验要求的差异。
参考文献
[1] 沈真，黎观生.复合材料飞机结构强度设计与验证要求评述[J].第三届全球华人航空科技研讨会，2007.
[2] 冀美珊.全机静力/疲劳试验设备配置总结[J].军民两用技术与产品，2015（5）.