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[摘 要]介绍了机身背鳍静强度试验的方法。该试验利用先进的FCS SmarTEST全数字协调控制加载系统进行多通道高精度协调加载，并利用HBM数据采集系统进行同步数据采集。试验方案科学合理，试验加载精度达到0.2%满量程以内，试验方法可为其他部件静强度试验提供参考。
[关键词]机身背鳍；静强度试验；试验方法
中图分类号：F407.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）12-0309-02
1 引言
在飞机设计、制造和结构强度鉴定过程中，机身背鳍静强度试验是不可缺少的试验之一。机身背鳍静力试验代表了静强度试验的常见情况，制定试验方案主要考虑对试验件的支持、加载控制和测量。这三者如何实现，分析试验结果时应考虑这三者各自的影响和相互影响。实践证明，该试验设计方法准确可靠，完全满足试验任务书的要求，可为其他结构部件的静强度试验提供参考。
2 试验件描述及试验任务书的要求
试验件为机身背鳍全尺寸部件。机身背鳍实际为玻璃钢蜂窝夹层结构及LY12板筋组合件。背鳍位于20框～24框之间，上大梁基准线以上。背鳍由三段组成，固定段背鳍是LY12的金属结构，其他两段背鳍为蜂窝夹层结构，内外表面蒙皮均为EW100A/X98-11蜂窝（如图1）。
该试验为机身背鳍受气动吸力静强度试验，考核机身背鳍本身及其连接件的强度。试验件要求安装在机身上，加载时要保证合力的大小和作用点的位置，逐级加载至100%设计载荷，并进行位移测量（如图2）。
3 试验方案
3.1 试验支持
进行机身背鳍静强度试验时，试验件固定在机身上，而机身连同机身背鳍固定在机身固定夹具上。机身固定夹具通过立柱用压梁、地脚螺栓等设备使其被固定在试验厂房承力地轨上。机身背鳍与机身的连接部分符合机身背鳍的真实连接情况。
3.2 分布载荷演化成集中载荷
机身背鳍静强度试验载荷处理后的最终结果应符合静强度试验任务书的要求。各加载点对背鳍的作用与试验任务书相比无任何变化，即对机身背鳍的作用总载荷及总载荷压心位置无任何改变。
处理机身背鳍上的载荷时，一般先将背鳍外形沿纵向分为几段，每段演化出一组载荷，各组载荷分别在同一平面内。分段完成后，需要对各段分别进行处理，将各段作为一个单独的曲面，对其上的分布载荷进行演化，得出一组在同一平面内的集中载荷。因背鳍左右对称，故只需求出一侧的集中载荷。下面以第一段20框～21框为例详细说明（如图3）。
用投影法求出20框～21框曲面的弦平面，并找出其形心。再将形心投影到曲面上得到A点，则A点为该段的加载点（如图4）。
a.利用差值法求出21框上的分布载荷，其中； ；；X=890mm
b.利用差值法求出20框～21框上的集中载荷，见图5。其中分别指20框、21框处弦平面的y向长度。
由上可知，20框～21框的载荷值为3610.46N，加载点为A点。机身背鳍静强度试验主要是检验飞机的局部强度，载荷分布越密，每点的载荷值越小就越接近真实的分布情况。所以将分为四个分力，通过空间关系，求得其分力值为911N。要保证演化后的四个分力的合力大小、作用点与相同（如图5）。
3.3 安装与加载
试验前，先将飞机支持在机身固定夹具上，采用2个作动筒进行协调加载。试验时注意安装的角度、加载方向。
加载试验实施阶段先进行试验调试，调试成功后转入正式试验。通过加载作动筒对试件施加外部载荷，载荷加至5%设计载荷时设置为零点，从10%设计载荷开始逐级加载至67%设计载荷，保载30秒，逐级进行数据采集，完成后逐级退载至5%设计载荷，完成一次加载过程。第二次加载到67%设计载荷后继续加载至100%设计载荷，保载3秒，之后继续加载至125%设计载荷或破坏，67%设计载荷后数采为跟踪测量，完成后退载至零。
3.4 设备与控制
本次试验利用先进的FCSSmarTEST全数字协调控制加载系统进行多通道高精度协调加载，并利用HBM数据采集系统进行同步数据采集。加载控制系统具有齐全的安全保护和协调能力，能有效地保证加载控制精度。
为了保证加载精度，在试验前需要对力传感器BLR-1整个回路进行校准。通过力传感器与对应设备通道联合，使用电子秤作为标准力。
PTIDC系列位移传感器校准是通过高度尺提供标准长度，采用两点式校准而高度尺是通过计量鉴定的。
3.5 试验实施
为了提高控制精度，增加系统稳定性，试验前必须进行PID调谐。PID参数主要包括比例增益、积分增益及微分增益，参数大小是由试件刚度、安装方式、试验类型、作动筒类型等决定的。比例增益的作用是将误差信号放大，来提高系统响应。积分增益将误差随时间积分，提高低频时伺服阀的响应。微分增益在动态试验时使用，它引入了反馈信号的微分，可预估反馈信号的变化率，使系统在高变化率时的响应更加平稳。
在多通道加载试验中，若加载速率不一致，将会导致试验件局部承受附加弯矩，使载荷失真，造成加载误差。FCSSmarTEST全数字協调控制加载系统使各通道互相协调等待，达到同步加载的目的。
利用PTIDC系列位移传感器在机身各框轴线处的背鳍顶点测量关键点的位移变化。
4 结论
通过机身背鳍静强度试验，得出以下结论：
①试验加载过程中，试验件未见异常；试验结束后检查试验件，试验件完好。试验顺利完成，所采集数据完整、准确。
②本次试验实现了多通道协调加载，通过一系列措施实现了控制精度在0.2%满量程以内。试验方法科学有效，可为其他结构部件的静强度试验提供参考。
[关键词]机身背鳍；静强度试验；试验方法
中图分类号：F407.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）12-0309-02
1 引言
在飞机设计、制造和结构强度鉴定过程中，机身背鳍静强度试验是不可缺少的试验之一。机身背鳍静力试验代表了静强度试验的常见情况，制定试验方案主要考虑对试验件的支持、加载控制和测量。这三者如何实现，分析试验结果时应考虑这三者各自的影响和相互影响。实践证明，该试验设计方法准确可靠，完全满足试验任务书的要求，可为其他结构部件的静强度试验提供参考。
2 试验件描述及试验任务书的要求
试验件为机身背鳍全尺寸部件。机身背鳍实际为玻璃钢蜂窝夹层结构及LY12板筋组合件。背鳍位于20框～24框之间，上大梁基准线以上。背鳍由三段组成，固定段背鳍是LY12的金属结构，其他两段背鳍为蜂窝夹层结构，内外表面蒙皮均为EW100A/X98-11蜂窝（如图1）。
该试验为机身背鳍受气动吸力静强度试验，考核机身背鳍本身及其连接件的强度。试验件要求安装在机身上，加载时要保证合力的大小和作用点的位置，逐级加载至100%设计载荷，并进行位移测量（如图2）。
3 试验方案
3.1 试验支持
进行机身背鳍静强度试验时，试验件固定在机身上，而机身连同机身背鳍固定在机身固定夹具上。机身固定夹具通过立柱用压梁、地脚螺栓等设备使其被固定在试验厂房承力地轨上。机身背鳍与机身的连接部分符合机身背鳍的真实连接情况。
3.2 分布载荷演化成集中载荷
机身背鳍静强度试验载荷处理后的最终结果应符合静强度试验任务书的要求。各加载点对背鳍的作用与试验任务书相比无任何变化，即对机身背鳍的作用总载荷及总载荷压心位置无任何改变。
处理机身背鳍上的载荷时，一般先将背鳍外形沿纵向分为几段，每段演化出一组载荷，各组载荷分别在同一平面内。分段完成后，需要对各段分别进行处理，将各段作为一个单独的曲面，对其上的分布载荷进行演化，得出一组在同一平面内的集中载荷。因背鳍左右对称，故只需求出一侧的集中载荷。下面以第一段20框～21框为例详细说明（如图3）。
用投影法求出20框～21框曲面的弦平面，并找出其形心。再将形心投影到曲面上得到A点，则A点为该段的加载点（如图4）。
a.利用差值法求出21框上的分布载荷，其中； ；；X=890mm
b.利用差值法求出20框～21框上的集中载荷，见图5。其中分别指20框、21框处弦平面的y向长度。
由上可知，20框～21框的载荷值为3610.46N，加载点为A点。机身背鳍静强度试验主要是检验飞机的局部强度，载荷分布越密，每点的载荷值越小就越接近真实的分布情况。所以将分为四个分力，通过空间关系，求得其分力值为911N。要保证演化后的四个分力的合力大小、作用点与相同（如图5）。
3.3 安装与加载
试验前，先将飞机支持在机身固定夹具上，采用2个作动筒进行协调加载。试验时注意安装的角度、加载方向。
加载试验实施阶段先进行试验调试，调试成功后转入正式试验。通过加载作动筒对试件施加外部载荷，载荷加至5%设计载荷时设置为零点，从10%设计载荷开始逐级加载至67%设计载荷，保载30秒，逐级进行数据采集，完成后逐级退载至5%设计载荷，完成一次加载过程。第二次加载到67%设计载荷后继续加载至100%设计载荷，保载3秒，之后继续加载至125%设计载荷或破坏，67%设计载荷后数采为跟踪测量，完成后退载至零。
3.4 设备与控制
本次试验利用先进的FCSSmarTEST全数字协调控制加载系统进行多通道高精度协调加载，并利用HBM数据采集系统进行同步数据采集。加载控制系统具有齐全的安全保护和协调能力，能有效地保证加载控制精度。
为了保证加载精度，在试验前需要对力传感器BLR-1整个回路进行校准。通过力传感器与对应设备通道联合，使用电子秤作为标准力。
PTIDC系列位移传感器校准是通过高度尺提供标准长度，采用两点式校准而高度尺是通过计量鉴定的。
3.5 试验实施
为了提高控制精度，增加系统稳定性，试验前必须进行PID调谐。PID参数主要包括比例增益、积分增益及微分增益，参数大小是由试件刚度、安装方式、试验类型、作动筒类型等决定的。比例增益的作用是将误差信号放大，来提高系统响应。积分增益将误差随时间积分，提高低频时伺服阀的响应。微分增益在动态试验时使用，它引入了反馈信号的微分，可预估反馈信号的变化率，使系统在高变化率时的响应更加平稳。
在多通道加载试验中，若加载速率不一致，将会导致试验件局部承受附加弯矩，使载荷失真，造成加载误差。FCSSmarTEST全数字協调控制加载系统使各通道互相协调等待，达到同步加载的目的。
利用PTIDC系列位移传感器在机身各框轴线处的背鳍顶点测量关键点的位移变化。
4 结论
通过机身背鳍静强度试验，得出以下结论：
①试验加载过程中，试验件未见异常；试验结束后检查试验件，试验件完好。试验顺利完成，所采集数据完整、准确。
②本次试验实现了多通道协调加载，通过一系列措施实现了控制精度在0.2%满量程以内。试验方法科学有效，可为其他结构部件的静强度试验提供参考。