氣動載荷測量
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
氣動載荷測量的實例教程
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計算方法、測壓孔布置方案和插值方法
1) 計算方法
如圖1所示，取襟翼展向上任一橫截面，則該橫截面所受展向單位氣動載荷包括阻力FX、升力FY和鉸鏈軸力矩M。其中，FX和FY可通過式（1）轉化為沿弦向（x方向）的分力即弦向力Fx和垂直于弦向力（y方向）的垂向力Fy。
圖1 襟翼展向某橫截面所受氣動載荷示意圖
由于對低速流體氣動力問題已有較成熟的CFD技術，因此本文認為CFD計算結果能夠很好地反映低速風洞試驗測壓數據，并假定測壓孔對襟翼氣動性能的影響可以忽略不計。首先基于CFD數據，將壓力在襟翼橫截面邊界所圍成的封閉曲線上進行第二類曲線積分，得到單位展長襟翼所受垂向力和鉸鏈軸力矩作為參考值；然后在襟翼橫截面邊界所圍成的封閉曲線上從前緣點開始順時針取測壓孔位置并插值得到這些點對應的壓力值作為測壓孔測得壓力數據，將測壓孔數據重新在封閉曲線上插值并進行第二類曲線積分得到單位展長襟翼所受垂向力和鉸鏈軸力矩測量值；最后通過相對誤差來考察該測壓孔布置方案的測量準確度。
2) 襟翼壓力分布規律
圖2和圖3比較了不同迎角和不同橫截面的襟翼壓力沿弦向分布的規律。
展開 作為公認的飛機載荷、流體動力學及氣動彈性領域的領先專業廠家，斯特林動力公司已通過全球航空航天質量標準 AS9100 認證，并且是 ITAR（國際武器貿易條例）管制委員會的成員。
簡介
作為英國 NATEP（國家航空航天技術計劃）倡議的一部分，斯特林動力公司與 MSC軟件（英國）合作開發出一種用于飛機載荷的非線性氣動彈性工具包（參考文獻 1），并由最終用戶 BAE Systems 提供支持。通常會采用線性飛機模型來進行飛機載荷評估（例如陣風和機動載荷），但只將其視為一種可接受的分析手段，其中包括用非線性項改進建模精度和可靠性。通常只有那些定制開發出自有工具包的大型航空航天 OEM 廠家才擁有非線性氣動彈性解決方案。目前大多數飛機公司（兩家最大的 OEM 廠家除外）在進行處理時均基于線性假設，并已被認證機構認可作為飛機設計過程中生成陣風和機動載荷的合規手段。
由于通常認為線性模型過于保守，因此會使較小的 OEM 廠家處于不利地位。斯特林動力公司的項目目標是開發自己的內部工具包。與此同時，作為同一計劃的一部分，MSC 軟件（英國）的工具開發目的是開發商用產品。后面幾節將對 MSC 的開發工作進行詳細說明。
MSC 軟件協同仿真 CFD—FEA 組合
氣動彈性 CFD 機動工具包的主要特點在于它基于廣泛使用的 MSC Nastran 來進行有限元結構分析，采用 Cradle 的 scFLOW 處理計算流體動力學，輸入則由最終用戶 BAE Systems 提供。該工具可提高非線性氣動彈性效應的逼真度，這種效應會影響飛機在廣泛的實驗設計（DoE）設計空間中所承受的載荷。
展開 2019年10月10日，在揚州市科技局和發改委的支持下，中國航空學會空氣動力學分會飛行載荷專業工作會在沈陽飛機設計研究所揚州協同創新研究院召開。參會人員包括中科院、清華、浙大、北航、南航、西工大、廈大、上飛院、航天十一院以及航空工業氣動院、沈陽所、成都所、直升機所、試飛院、沈陽所揚州院等32所國內外知名院校、科研單位的飛行載荷領域專家教授，南京天洑軟件有限公司作為智能建模、快速評估、智能優化、專家系統建設方向的研究企業參加此次會議，共同探討了飛行載荷專業的發展方向，并針對飛行載荷領域的設計難題展開了技術交流。
大會上，南京天洑軟件有限公司航空航天事業部部長崔樹鑫博士進行了航空航天解決方案的詳細介紹，包括智能建模、快速評估、智能優化、專家系統方面的解決方案；分享了行業內的一些典型案例，包括飛行器外氣動、進氣道、核心部件方面的設計優化案例，平臺開發等，并就航發匹配的相關議題與各單位飛行載荷領域專家教授進行了技術研討。
隨著我國航空航天領域科學技術的迅猛發展，飛行載荷設計在有/無人駕駛的軍用、民用和通用飛行器設計領域的重要性與日俱增。此次會議針對模飛試驗、動載荷設計、高校飛行載荷專業設置以及非固定翼飛行器飛行載荷設計等議題開展了深入探討，致力于提升飛行載荷設計水平，不斷加大科技創新投入力度，為航空航天領域飛行載荷設計技術的發展提供了有益參考。
展開 傳感器的種類很多，包括傳統的應變儀、光纖傳感器和數字圖像相關傳感器，以測量沿整個機翼表面的應變。
塔明格說：“實驗室中重新制造的機翼，想要保證能在空中完成飛行，是一個真正的挑戰。飛行結構的設計，必須能夠承受如此大的翼尖偏轉，載荷系統的細微差別使得這項試驗更具吸引力和挑戰性。”
PAT機翼于4月首次到達，實驗室工作人員于7月完成了對結構的地面振動測試。載荷測試于9月開始，第二階段將于10月開始。載荷實驗室設計了一個特殊的試驗夾具，以及一系列翼下驅動器、液壓驅動器和電纜，以便模擬機翼上的分布式空氣壓力載荷。
工作人員正在檢查被動氣動彈性剪裁（PAT）機翼試驗夾具的接線。
PAT機翼在加利福尼亞州NASA阿姆斯特朗飛行研究中心飛行載荷實驗室的夾具上進行試驗。
為了開展PAT機翼的試驗，校準研究機翼（CREW Wing）已經通過了測試，對硬件和程序都經過了驗證。CREW機翼來自MQ-9，類似于NASA以前在阿姆斯特朗飛行的遙控飛機伊卡納（Ikhana）。CREW機翼由亞利桑那州戴維斯·蒙森空軍基地提供。兩個機翼具有相同的儀器布局，并收集了類似的數據。
展開 02
被動氣動彈性剪裁（PAT）機翼在最高試驗載荷下的彎曲狀態。
在10月開展的第二輪載荷試驗初期，發現機翼具有比預想更好的變形性能，因此，團隊對試驗參數進行了一些修改。
試驗中一個令人驚喜的意外收獲是，絲束牽引技術使得翼尖向前緣偏轉。從氣動角度來看，將載荷轉移到機翼結構較厚部位，有利于被動地減輕陣風載荷的影響。
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工作人員在監測被動氣動彈性彈性（PAT）機翼的測試過程。
米明格希望盡快將機翼由當前約30%縮比擴大到全尺寸，以便從商業運輸的角度評估其優勢。最終，使用PAT機翼可以節省的燃料量將決定其最終的價值，一般而言，增加機翼展長也會帶來結構重量的增加，但絲束牽引技術可以讓機翼獲得減阻和減重的綜合效益，從而轉化為燃油效率的優勢。
阿姆斯特朗飛行負載實驗室首席測試工程師拉里哈德森（Larry Hudson）表示，這項研究的另一個很重要的收獲是，讓研究團隊掌握了高度柔性、大展弦比機翼的試驗方法，學會了如何使用特殊的架空加載系統（overhead loading system）來達到預期的試驗目標，掌握了應對高度柔性機翼在試驗中翼尖會產生較大位移的方法，這使得該團隊有能力對其他柔性機翼開展類似的試驗。
該項目由NASA航空研究任務事務部的先進航空運輸技術（AATT）項目資助。
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論文信息
DOI: 10.19416/j.cnki.1674-9804.2023.01.005
引用格式：何超杰,黃勇.襟翼氣動載荷測量方法優化
Expleo 集團旗下的斯特林動力公司是一家快速壯大的先進工程公司，可為航空航天和海運市場提供各種復雜的系統和技術服務。自公司 1987 年創立以來，先后檢修過 70 多種不同類型的飛機并積累了豐富的經驗，交付的民用和軍用項目遍及全球。作為公認的飛機載荷、流體動力學及氣動彈性領域的領先專業廠家，斯特林動力公司已通過全球航空航天質量標準 AS9100 認證，并且是 ITAR
2019年10月10日，在揚州市科技局和發改委的支持下，中國航空學會空氣動力學分會飛行載荷專業工作會在沈陽飛機設計研究所揚州協同創新研究院召開。參會人員包括中科院、清華、浙大、北航、南航、西工大、廈大、上飛院、航天十一院以及航空工業氣動院、沈陽所、成都所、直升機所、試飛院、沈陽所揚州院等32所國內外知名院校、科研單位的飛行載荷領域專家教授，南京天洑軟件有限公司作為智能建模、快速評估、智能優化、專家系統建設方向的研究企業參加此次會議
2018年9月和10月，NASA在加利福尼亞州阿姆斯特朗飛行研究中心對被動氣動彈性剪裁機翼（PAT）分別進行了兩輪載荷試驗。試驗中使用了超過10000個傳感器，使其成為阿姆斯特朗飛行研究中心測試過的具有最密集測試儀器的試驗件之一。試驗已經證明了該設計和制造方法的可行性，能使機翼更大、更長、更薄，能最大限度地提高結構效率，減輕機翼結構重量并提高飛機燃油效率。
PAT機翼由NASA采用絲束牽引（TowSteered
據NASA網站2018年9月27日報道，被動氣動彈性剪裁（PAT）機翼已在NASA阿姆斯特朗飛行研究中心完成了第一階段載荷試驗，使用專門設計的高展弦比、輕質機翼試驗模型，進行了兩組結構試驗，從而驗證了新的機翼設計和制造方法。
NASA“先進航空運輸技術”計劃技術負責人、弗吉尼亞州NASA蘭利研究中心的凱倫·塔明格（Karen Taminger）解釋說，被動氣動彈性剪裁（PAT）機翼展長更大
