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摘 要： 载荷校准试验是飞机飞行载荷试飞中的必要环节，多点、高载荷的载荷校准试验技术一直是我国飞行载荷校准试验的难点。随着液压控制技术的不断进步，尤其是PLC（可编程控制器）技术的快速发展，PLC控制的液压系统在工业活动中得到广泛应用，而PLC控制的液压系统也为飞机载荷校准试验解决多点、高载荷的难题提供了一个安全可靠的新途径。
关键词： 载荷校准 液压系统 PLC 多点协调
引言
随着航空技术的发展，尽管风洞及风洞试验技术不断发展，理论计算方法也更加准确，但是由于受到飞行中结构气动弹性及复杂流场等的影响，准确预计严重受载情况下的飞行载荷仍是技术难点。因此，在现代飞机的飞行试验中，飞行载荷实测仍然是验证风洞试验结果和理论计算结果的可靠方法。目前测量飞机飞行载荷的主要方法是应变法，即在飞机载荷飞行试验中通过加装在飞机上的应变电桥的响应输出结果计算出飞机的实际飞行载荷。在飛行载荷实测中，为了获得飞机飞行载荷与应变电桥响应输出之间的关系方程（载荷方程），需要在载荷飞行试验前进行地面载荷校准试验，因此，成功的载荷校准试验就成为飞行载荷实测的关键前提。
1.问题提出
由于需要在真实的飞机上进行加载试验，所以地面载荷校准试验对进行试验的加载系统的安全性和可靠性要求非常高。用手动机械/液压加载系统对飞机进行加载是比较安全可靠的方法，但是由于需要人工调节载荷大小，所以对于需要进行多点（2点以上）协调加载的复杂试验状态，手动机械/液压加载系统很难对各个加载点的校准载荷进行准确控制，尤其是在校准试验的卸载过程中，更是难以对所有的加载单元进行同一协调操作，而任何一个加载点的载荷的剧烈变化，都会对其它所有加载点的校准载荷产生较大影响，从而影响了校准试验的效果和整个试验的安全。
目前，随着PLC技术的不断发展，尤其是PLC自诊断技术、冗余技术、容错技术的广泛应用，PLC控制的液压系统可靠性已经非常高，平均故障时间间隔为2万小时以上。而PLC控制的液压系统的作动器在加载同步性上具有手摇式加载系统所无法比拟的优势。
2.试验
2.1. 试验设备
试验所用控制系统为载荷校准系统，由控制系统和液压系统两部分组成，控制末端为液压作动器。整套系统可以通过位移或载荷命令对试验现场所有液压作动器进行协调、统一控制，对试件或试验机施加压向/拉向载荷。试验所用液压系统由液压源、液压子站、分油器、液压伺服保护模块、液压作动器、液压管路、应急保护模块和应急控制器等组成。
手动机械/液压加载系统采用手摇液压千斤顶进行加载。
2.2. 试验实施
试验前，通过起落架将飞机静定约束固定在地面，防止飞机移动。
载荷校准系统进行多点协调加载试验：液压系统连接完毕后通过非标件将液压作动器分别与相应的加载点相连，然后将控制系统与液压系统进行连接。通过控制系统控制液压作动器对某飞机机翼进行加载。在液压系统和控制系统安装准备完毕后，根据校准试验工况要求，所有作动器同时按20%最大校准载荷逐级缓慢进行加载和卸载，重复进行两个加载循环。
手摇液压千斤顶进行多点协调加载试验：通过非标件将手摇液压千斤顶分别与相应的加载点相连。根据校准试验工况要求，人工控制手摇液压千斤顶同时按20%最大校准载荷逐级缓慢进行加载和卸载，重复进行两个加载循环。
在所有加载过程中同时构建地面数据传输及实时监控网，对施加的载荷和关键部位应变数据进行实时监控和采集。
3.试验结果与分析
图1 手摇液压千斤顶6点协调加载载荷反馈曲线 图2 载荷校准系统6点协调加载载荷反馈曲线
图1为手摇液压千斤顶进行6点协调加载的载荷反馈曲线，图2为载荷校准系统6点协调加载的载荷反馈曲线。从图中，可以明显看出：人工控制手摇液压千斤顶进行多点协调加载时，校准载荷数据波动明显，波动范围较大，难以精确控制，尤其在卸载过程中，为了保证试验机安全，需要以极其缓慢的速度进行卸载；载荷校准系统进行多点协调加载时，6个校准载荷数据平滑稳定，加、卸载速度协调一致。
手摇液压千斤顶进行多点协调加载时，因为无法精确控制加载载荷，所以在实际试验中，为了保证试验飞机的安全，防止由于某一点的突然卸载而引起其他加载点的载荷突然上升而造成试验飞机损伤，一般在真实飞机的载荷校准试验中都会控制各个加载点的校准载荷，保证其在一个比较安全的范围内，同时在卸载过程中保持一个比较缓慢的卸载速度。因此，手摇液压千斤顶进行多点协调加载极大的限制了校准试验的校准载荷量级。而载荷校准系统由于其控制的液压作动器在加、卸载过程中极高的协调性和稳定性，能够在多点协调加载中对试验飞机施加更大的校准载荷，具有手摇液压千斤顶所无法比拟的优势。
4.结论
试验结果表明，PLC控制的液压系统应用于真实飞机的载荷校准试验中，具有多点加载协调一致、校准载荷稳定可控、载荷量级大等优点。同时，随着计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术的不断发展和广泛使用，目前的PLC系统已经能够集生产控制功能和数据采集、记录功能于一体，极大的提高了载荷校准试验的工作效率。
因此，将PLC控制的液压系统应用于真实飞机的载荷校准试验中，能够极大的增加多点协调加载的加载点，丰富校准试验加载工况，提高载荷校准试验工作效率，为建立精确的载荷方程提供更加可靠的试验数据，从而为飞机飞行载荷实测提供可靠保障。
参考文献：
[1]液压与气动技术 王晓方 主编 中国轻工业出版社 2006年1月.
[2]飞机强度飞行试验—静载荷 .М.Д.克里亚奇科著，汤吉晨译. 航空航天工业部《ASST》系统工程办公室 1992.12.
关键词： 载荷校准 液压系统 PLC 多点协调
引言
随着航空技术的发展，尽管风洞及风洞试验技术不断发展，理论计算方法也更加准确，但是由于受到飞行中结构气动弹性及复杂流场等的影响，准确预计严重受载情况下的飞行载荷仍是技术难点。因此，在现代飞机的飞行试验中，飞行载荷实测仍然是验证风洞试验结果和理论计算结果的可靠方法。目前测量飞机飞行载荷的主要方法是应变法，即在飞机载荷飞行试验中通过加装在飞机上的应变电桥的响应输出结果计算出飞机的实际飞行载荷。在飛行载荷实测中，为了获得飞机飞行载荷与应变电桥响应输出之间的关系方程（载荷方程），需要在载荷飞行试验前进行地面载荷校准试验，因此，成功的载荷校准试验就成为飞行载荷实测的关键前提。
1.问题提出
由于需要在真实的飞机上进行加载试验，所以地面载荷校准试验对进行试验的加载系统的安全性和可靠性要求非常高。用手动机械/液压加载系统对飞机进行加载是比较安全可靠的方法，但是由于需要人工调节载荷大小，所以对于需要进行多点（2点以上）协调加载的复杂试验状态，手动机械/液压加载系统很难对各个加载点的校准载荷进行准确控制，尤其是在校准试验的卸载过程中，更是难以对所有的加载单元进行同一协调操作，而任何一个加载点的载荷的剧烈变化，都会对其它所有加载点的校准载荷产生较大影响，从而影响了校准试验的效果和整个试验的安全。
目前，随着PLC技术的不断发展，尤其是PLC自诊断技术、冗余技术、容错技术的广泛应用，PLC控制的液压系统可靠性已经非常高，平均故障时间间隔为2万小时以上。而PLC控制的液压系统的作动器在加载同步性上具有手摇式加载系统所无法比拟的优势。
2.试验
2.1. 试验设备
试验所用控制系统为载荷校准系统，由控制系统和液压系统两部分组成，控制末端为液压作动器。整套系统可以通过位移或载荷命令对试验现场所有液压作动器进行协调、统一控制，对试件或试验机施加压向/拉向载荷。试验所用液压系统由液压源、液压子站、分油器、液压伺服保护模块、液压作动器、液压管路、应急保护模块和应急控制器等组成。
手动机械/液压加载系统采用手摇液压千斤顶进行加载。
2.2. 试验实施
试验前，通过起落架将飞机静定约束固定在地面，防止飞机移动。
载荷校准系统进行多点协调加载试验：液压系统连接完毕后通过非标件将液压作动器分别与相应的加载点相连，然后将控制系统与液压系统进行连接。通过控制系统控制液压作动器对某飞机机翼进行加载。在液压系统和控制系统安装准备完毕后，根据校准试验工况要求，所有作动器同时按20%最大校准载荷逐级缓慢进行加载和卸载，重复进行两个加载循环。
手摇液压千斤顶进行多点协调加载试验：通过非标件将手摇液压千斤顶分别与相应的加载点相连。根据校准试验工况要求，人工控制手摇液压千斤顶同时按20%最大校准载荷逐级缓慢进行加载和卸载，重复进行两个加载循环。
在所有加载过程中同时构建地面数据传输及实时监控网，对施加的载荷和关键部位应变数据进行实时监控和采集。
3.试验结果与分析
图1 手摇液压千斤顶6点协调加载载荷反馈曲线 图2 载荷校准系统6点协调加载载荷反馈曲线
图1为手摇液压千斤顶进行6点协调加载的载荷反馈曲线，图2为载荷校准系统6点协调加载的载荷反馈曲线。从图中，可以明显看出：人工控制手摇液压千斤顶进行多点协调加载时，校准载荷数据波动明显，波动范围较大，难以精确控制，尤其在卸载过程中，为了保证试验机安全，需要以极其缓慢的速度进行卸载；载荷校准系统进行多点协调加载时，6个校准载荷数据平滑稳定，加、卸载速度协调一致。
手摇液压千斤顶进行多点协调加载时，因为无法精确控制加载载荷，所以在实际试验中，为了保证试验飞机的安全，防止由于某一点的突然卸载而引起其他加载点的载荷突然上升而造成试验飞机损伤，一般在真实飞机的载荷校准试验中都会控制各个加载点的校准载荷，保证其在一个比较安全的范围内，同时在卸载过程中保持一个比较缓慢的卸载速度。因此，手摇液压千斤顶进行多点协调加载极大的限制了校准试验的校准载荷量级。而载荷校准系统由于其控制的液压作动器在加、卸载过程中极高的协调性和稳定性，能够在多点协调加载中对试验飞机施加更大的校准载荷，具有手摇液压千斤顶所无法比拟的优势。
4.结论
试验结果表明，PLC控制的液压系统应用于真实飞机的载荷校准试验中，具有多点加载协调一致、校准载荷稳定可控、载荷量级大等优点。同时，随着计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术的不断发展和广泛使用，目前的PLC系统已经能够集生产控制功能和数据采集、记录功能于一体，极大的提高了载荷校准试验的工作效率。
因此，将PLC控制的液压系统应用于真实飞机的载荷校准试验中，能够极大的增加多点协调加载的加载点，丰富校准试验加载工况，提高载荷校准试验工作效率，为建立精确的载荷方程提供更加可靠的试验数据，从而为飞机飞行载荷实测提供可靠保障。
参考文献：
[1]液压与气动技术 王晓方 主编 中国轻工业出版社 2006年1月.
[2]飞机强度飞行试验—静载荷 .М.Д.克里亚奇科著，汤吉晨译. 航空航天工业部《ASST》系统工程办公室 1992.12.