1.本技术一般涉及飞机地面试验，尤其涉及飞机静气动弹性地面模拟。


背景技术：

2.飞机作为弹性体在空中飞行，受气动力作用会使得结构(例如机翼)发生变形。这种变形必然又会影响飞机的气动力，这是典型的静气动弹性问题。
3.随着飞机越来越大，加上对经济性的高要求，飞机的机翼设计的越来越软。机翼结构的几何非线性问题不可忽略。
4.传统的静气动弹性问题求解方法包括两大类：计算分析方法和风洞模拟试验。
5.计算分析方法包括基于线性假设的线弹性方法和非线性求解方法。线弹性方法适用于刚度较大，变形较小的飞机。非线性方法目前还不太成熟，建模过程需要做很多简化，如将复杂的机翼简化成一根梁，且刚度也存在简化，另外求解几何非线性变形过程也存在简化。这些简化对计算精度必然带来很大损失。
6.另一方面，静气弹性风洞试验开展理论上具有可行性。但是大变形的静气动弹性模型设计难度大、且具有毁坏风洞的风险，而且费用和执行周期较长。
7.因此，本领域需要简单易实施且能够准确地进行飞机静气动弹性地面模拟的改进系统。


技术实现要素：

8.本公开的一方面涉及一种飞机静气动弹性地面模拟系统，包括载荷计算及加载控制模块，用于计算飞机在飞行状态下将受到的估计载荷；载荷加载模块，用于将所计算出的估计载荷加载到所述飞机上；以及测量模块，用于测量飞机在受到所加载的估计载荷的情况下的变形。
9.根据一些示例性实施例，所述载荷加载模块用于将所计算出的估计载荷加载到所述飞机上包括将所计算出的估计载荷加载到所述飞机的机翼上。
10.根据一些示例性实施例，所述载荷加载模块包括多个加载装置，并且所述多个加载装置通过分布在所述机翼上的对应多个加载点耦合到所述机翼并对所述机翼进行加载。
11.根据一些示例性实施例，所述载荷计算及加载控制模块用于计算飞机在飞行状态下将受到的估计载荷进一步包括所述载荷计算及加载控制模块计算要分配给所述多个加载装置中的每一者以通过相应的加载点对所述机翼进行加载的估计载荷。
12.根据一些示例性实施例，所述飞机在飞行状态下将受到的估计载荷基于机翼分布气动力数据和机翼结构质量惯性数据来计算。
13.根据一些示例性实施例，所述载荷计算及加载控制模块进一步用于基于所述测量模块所测量到的所述飞机的变形，确定所述飞机的当前实际载荷；确定所述当前实际载荷与所述估计载荷的差量；以及通过确定所述差量是否小于阈值来确定载荷和变形是否收敛。
14.根据一些示例性实施例，若确定载荷和变形未收敛，则所述载荷计算及加载控制模块进一步用于根据全机导数数据来进行全机配平以更新所述飞机的机身迎角及剖面变形角；以及基于所述飞机的经更新的机身迎角及剖面变形角，重新计算所述飞机的估计载荷，并且所述载荷加载模块进一步用于将重新计算出的估计载荷加载到所述飞机上。
15.根据一些示例性实施例，所述测量模块包括以下一者或多者或其任何组合：放置于机翼主梁的多个站位处的应变电桥，用于测量机翼在受到所加载的估计载荷的情况下相应各个站位的受载应变情况；以及放置于机翼上的角度测量装置，用于测量机翼上任意顺气流剖面上的扭转角变化量。
16.根据一些示例性实施例，该飞机静气动弹性地面模拟系统进一步包括保护开关，用于停止加载。
17.本公开的另一方面涉及一种飞机静气动弹性地面模拟方法，包括计算飞机在飞行状态下将受到的估计载荷；将所计算出的估计载荷加载到所述飞机上；测量飞机在受到所加载的估计载荷的情况下的变形；基于所述测量模块所测量到的所述飞机的变形，确定所述飞机的当前实际载荷；确定所述当前实际载荷与所述估计载荷的差量；通过确定所述差量是否小于阈值来确定载荷和变形是否收敛；若确定载荷和变形未收敛，则根据全机导数数据来进行全机配平以更新所述飞机的机身迎角及剖面变形角；基于所述飞机的经更新的机身迎角及剖面变形角，重新计算所述飞机的估计载荷，并且将重新计算出的估计载荷加载到所述飞机上。
附图说明
18.图1示出了根据本公开一方面的飞机静气动弹性地面模拟系统的示意图。
19.图2示出了根据本公开一方面的飞机静气动弹性地面模拟系统的主要模块之间的关系的示图。
20.图3示出了根据本公开一方面的载荷计算及加载控制装置的框图。
21.图4示出了根据本公开一方面的载荷计算及加载控制方法的流程图。
具体实施方式
22.图1示出了根据本公开一方面的飞机静气动弹性地面模拟系统100的示意图。飞机静气动弹性地面模拟系统100可包括例如试验对象102、载荷加载模块104、测量模块106、载荷计算及加载控制模块108和保护开关110，如图1所示。
23.根据示例性实施例，试验对象102可为真实飞机结构或试验用飞机。飞机在空中飞行时，机翼变形较为明显，静气动弹性显著。大型飞机一般主要考察机翼对全机的静气动弹性效应。本例中，载荷加载模块104仅作用在机翼上，以模拟空中飞行时机翼的受载情况，但本公开并不被限定于此。值得注意的是，机翼变形后，载荷发生变化，还需要考虑全机配平。
24.载荷加载模块104可包括多个加载装置。这些加载装置在加载点112耦合到机翼并对机翼进行载荷加载。加载点112通常分散地分布在机翼上以模拟机翼上的分布受载加载位置。加载点的分布不限于图1中所示的模式，而是可以包括其他任何分布模式。
25.载荷加载模块104的加载装置不限于图1中给出的拉线式加载装置，而是通常还可以替换地或补充地使用液压装置或电磁装置(未示出)输出作用力以模拟各个加载点112上
分配的载荷。通过载荷加载模块104的各个加载装置在加载点112进行的载荷加载，便可以模拟飞机102在空中飞行时的任意情况下的受载情况。
26.测量模块106可以包括例如应变电桥和角度测量装置。应变电桥通常可以放置于机翼主梁116上，并且可以按需要分布于多个站位114处，以用于测量机翼受载后相应各个站位的受载应变情况。角度测量装置可以测量机翼上任意顺气流剖面上的扭转角变化量。藉此，测量模块106可以获得机翼的累积受载情况和变形情况的数据。
27.载荷计算及加载控制模块108通常可包括中控计算机。该载荷计算及加载控制模块108可包括受载计算子模块以及分载子模块，并可存储或可访问机翼分布气动力数据库、机翼结构质量惯性数据及全机导数数据库等。根据机翼分布气动力数据库和机翼结构质量惯性数据，载荷计算及加载控制模块108可以通过受载计算子模块来计算飞机在任意飞行状态下的受载情况。进而，载荷计算及加载控制模块108可根据分载子模块将受载程序所计算出的载荷分配到载荷加载模块104的各加载装置对加载点进行加载。另外，载荷计算及加载控制模块108还可包括配平计算子模块，以用于基于机翼变形结果、机翼分布气动力数据库、机翼结构质量惯性数据和/或全机导数数据数据库，来计算配平后的机翼新分布载荷。分载子模块把这些新分布载荷分配到载荷加载模块104的各加载装置上进行新一轮加载，直至载荷和变形收敛。
28.保护开关110包括强制断电开关，用于防止加载过程中发散情况出现或信号干扰造成的加载力过大破坏飞机。操作人员根据现场实际情况可及时通过保护开关110停止加载，以保护飞机安全。根据其他示例性实施例，保护开关110也可以根据预设条件自动强制断电以保护飞机安全。
29.图2示出了根据本公开一方面的飞机静气动弹性地面模拟系统的主要模块之间的关系200的示图。
30.试验对象202例如可以包括以上结合图1描述的试验对象102，其可为真实飞机结构或试验用飞机。试验对象202中的机翼在载荷加载模块204的加载情况下发生变形。载荷加载模块204可以包括例如以上结合图1描述的载荷加载模块104，其可包括多个加载装置。这些加载装置在加载点耦合到机翼并对机翼进行载荷加载。
31.通过测量模块206可以测得机翼的变形情况。测量模块206可以包括例如以上结合图1描述的测量模块106，其可包括例如应变电桥和角度测量装置。
32.载荷计算及加载控制模块208可以基于机翼变形结果、机翼分布气动力数据库、机翼结构质量惯性数据及全机导数数据数据库计算得到配平后的机翼新分布载荷，然后通过分载把这些分布载荷分配到各加载装置上进行新一轮加载，直至载荷和变形收敛。载荷计算及加载控制模块208可以包括例如以上结合图1描述的载荷计算及加载控制模块108，其通常可包括中控计算机。
33.在图2的飞机静气动弹性地面模拟系统中，试验对象202、载荷加载模块204、测量模块206及载荷计算及加载模块208共同构成了一个闭环系统——静气动弹性地面模拟系统。在该静气动弹性地面模拟系统中可进一步包括保护开关210作为辅助装置，用于保护飞机结构安全。
34.图3示出了根据本公开一方面的载荷计算及加载控制装置300的框图。载荷计算及加载控制装置300可以构成或包括以上结合图1和图2描述的载荷计算及加载控制模块108
和/或载荷计算及加载控制模块208。
35.根据示例性实施例，载荷计算及加载控制装置300可包括处理器302、存储器304、以及数据获取接口316。载荷计算及加载控制装置300可进一步包括测量输入接口306、分载输出接口308、受载计算模块310、分载模块312以及配平模块314。
36.在图3的示例中，载荷计算及加载控制装置300可通过数据获取接口316耦合到例如网络330(例如，局域网、因特网)以从机翼分布气动力数据库320、机翼结构质量惯性数据322以及全机导数数据库324获取所需的数据。
37.如所可知，尽管在图3的示例中，机翼分布气动力数据库320、机翼结构质量惯性数据322以及全机导数数据库324被描绘为通过网络330(例如，局域网、因特网)访问的数据库，但是本公开也可包括将这些数据库中的至少一个或多个或全部存储在载荷计算及加载控制装置300本地或者由载荷计算及加载控制装置300通过其他手段来访问的实施例等。
38.根据示例性实施例，受载计算模块310可根据数据获取模块316从机翼分布气动力数据库320和机翼结构质量惯性数据322获得的机翼分布气动力数据和机翼结构质量惯性数据，计算飞机在任意飞行状态下的初始受载情况，并将相应的初始载荷数据传递给分载模块312。
39.分载模块312可对受载计算模块310所计算出的初始载荷进行分配。例如，载荷分配可以基于所计算出的初始载荷以及所采用的加载装置的类型、数量、加载点的位置、飞机型号、机翼信息等。分载模块312将关于初始载荷的分载信息传递给分载输出端口308。
40.分载输出端口308可将所接收到的分载信息提供给载荷加载模块(例如，以上结合图1描述的载荷加载模块104和/或结合图2描述的载荷加载模块204等)以便通过各加载装置对加载点进行初始加载。
41.试验对象中的机翼在载荷加载模块的初始加载下发生变形。测量模块(未示出)可以测得机翼变形情况。测量模块可通过测量输入端口306向载荷计算及加载控制装置300输入与机翼变形情况相关的测量数据。
42.根据示例性实施例，测量模块可测量的数据包括但不限于例如机翼各剖面的变形角及各观测站位处的累积载荷，其中机翼顺气流剖面的变形会更改当地的迎角。
43.测量输入端口306接收来自测量模块(例如，以上结合图1描述的测量模块106和/或结合图2描述的测量模块206等)的测量数据，包括例如机翼的受载情况和变形情况的数据等。例如，测量输入端口306可接收来自测量模块的关于机翼受载后相应各个站位的受载情况以及机翼上任意顺气流剖面上的扭转角变化量等。
44.引入迎角变化后，受载计算模块310可使用与机翼变形情况相关的测量数据，根据数据获取模块316从机翼分布气动力数据库320和机翼结构质量惯性数据322获得的机翼分布气动力数据和机翼结构质量惯性数据进行当前载荷计算，来计算机翼的当前载荷。
45.基于当前载荷与初始载荷的差量，受载计算模块310可以获得全机气动载荷的差量。若载荷收敛(例如，差量小于阈值)，则此时的机翼载荷及机翼变形即为静气动弹性效应下的载荷及变形结果。
46.另一方面，若载荷未收敛(例如，差量大于阈值)，则配平模块314可根据通过数据获取接口316从全机导数数据库324获得的全机导数数据来进行全机配平。为了使飞机保持飞行状态，飞机会通过改变机体迎角来配平全机气动载荷的差量。配平模块314通过全机配
平来更新机身迎角及各剖面变形角。
47.受载计算模块310基于配平结果来计算配平后机翼的新分布载荷。然后，分载模块312可对受载计算模块310所计算出的新分布载荷进行分配。例如，载荷分配可以基于所计算出的初始载荷以及所采用的加载装置的类型、数量、加载点的位置、飞机型号、机翼信息等。分载模块312将关于新分布载荷的分载信息传递给分载输出端口308。
48.分载输出端口308可将所接收到的关于新分布载荷的分载信息提供给载荷加载模块(例如，以上结合图1描述的载荷加载模块104和/或结合图2描述的载荷加载模块204等)以便通过各加载装置对加载点进行新一轮加载。
49.上述过程可以重复，直至受载计算模块310确定计算出的载荷和变形收敛。计算后进行下一轮加载，直至收敛。收敛后测量得到的机翼载荷及机翼变形即为静气动弹性效应下的载荷及变形结果。
50.图4示出了根据本公开一方面的载荷计算及加载控制方法400的流程图。如图4中所示，方法400可包括在框402，基于飞行状态412、机翼分布质量惯性数据414和机翼分布气动载荷数据416来计算初始载荷。
51.在框404，方法400可包括将所计算出的初始载荷分配给各加载装置并通过这些加载装置进行初始加载。
52.在框406，方法400可包括对因加载而发生变形的机翼进行测量，以获得测量数据。
53.在框408，方法400可包括使用测量数据，根据机翼分布气动力数据和机翼结构质量惯性数据进行当前实际载荷计算。
54.在框410，方法400可包括计算当前实际载荷与初始载荷的差量以获得全机气动载荷的差量。
55.在框412，方法400可包括确定载荷是否收敛。若否，则方法400可包括在框416，根据全机导数数据来进行全机配平，以更新机身迎角及各剖面变形角。
56.基于配平结果，方法400可回到框402计算配平后机翼的新分布载荷。方法400可由此进行一次或多次循环，直至在框412载荷收敛。
57.当在框412确定载荷收敛时，方法400在框414结束。
58.尽管本公开以对机翼进行加载为例描述了飞机静气动弹性地面模拟系统和方法，但是本公开并不被限定于此，而是也可被应用于对飞机其他部位进行加载和测量。
59.以上所述的仅为本发明的示例性具体实施例。但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
60.结合本公开所描述的各种解说性逻辑块、模块、以及电路可用设计成执行本文描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑器件(pld)、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，处理器可以是任何市售的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如，dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协同的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
61.结合本公开描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模
块中、或在这两者的组合中实施。软件模块可驻留在本领域所知的任何形式的存储介质中。可使用的存储介质的一些示例包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、闪存、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd
‑
rom，等等。软件模块可以包括单条指令、或许多条指令，且可分布在若干不同的代码段上，分布在不同的程序间以及跨多个存储介质分布。存储介质可被耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。替换地，存储介质可以被整合到处理器。
62.本文中所公开的方法包括用于达成所描述的方法的一个或多个步骤或动作。这些方法步骤和/或动作可以彼此互换而不会脱离权利要求的范围。换言之，除非指定了步骤或动作的特定次序，否则具体步骤和/或动作的次序和/或使用可以改动而不会脱离权利要求的范围。
63.处理器可执行存储在机器可读介质上的软件。处理器可用一个或多个通用和/或专用处理器来实现。示例包括微处理器、微控制器、dsp处理器、以及其他能执行软件的电路系统。软件应当被宽泛地解释成意指指令、数据、或其任何组合，无论是被称作软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言、或其他。作为示例，机器可读介质可包括ram(随机存取存储器)、闪存、rom(只读存储器)、prom(可编程只读存储器)、eprom(可擦式可编程只读存储器)、eeprom(电可擦式可编程只读存储器)、寄存器、磁盘、光盘、硬驱动器、或者任何其他合适的存储介质、或其任何组合。机器可读介质可被实施在计算机程序产品中。该计算机程序产品可以包括包装材料。
64.在硬件实现中，机器可读介质可以是处理系统中与处理器分开的一部分。然而，如本领域技术人员将容易领会的，机器可读介质或其任何部分可在处理系统外部。作为示例，机器可读介质可包括传输线、由数据调制的载波、和/或与无线节点分开的计算机产品，所有这些都可由处理器通过总线接口来访问。替换地或补充地，机器可读介质或其任何部分可被集成到处理器中，诸如高速缓存和/或通用寄存器文件可能就是这种情形。
65.处理系统可以被配置成通用处理系统，该通用处理系统具有一个或多个提供处理器功能性的微处理器、以及提供机器可读介质中的至少一部分的外部存储器，它们都通过外部总线架构与其他支持电路系统链接在一起。替换地，处理系统可以用带有集成在单块芯片中的处理器、总线接口、用户接口(在接入终端情形中)、支持电路系统、和至少一部分机器可读介质的asic(专用集成电路)来实现，或者用一个或多个fpga(现场可编程门阵列)、pld(可编程逻辑器件)、控制器、状态机、门控逻辑、分立硬件组件、或者任何其他合适的电路系统、或者能执行本公开通篇所描述的各种功能性的电路的任何组合来实现。取决于具体应用和加诸于整体系统上的总设计约束，本领域技术人员将认识到如何最佳地实现关于处理系统所描述的功能性。
66.机器可读介质可以包括数个软件模块。这些软件模块包括当由装置(诸如处理器)执行时使处理系统执行各种功能的指令。这些软件模块可以包括传送模块和接收模块。每个软件模块可以驻留在单个存储设备中或者跨多个存储设备分布。作为示例，当触发事件发生时，可以从硬驱动器中将软件模块加载到ram中。在软件模块执行期间，处理器可以将一些指令加载到高速缓存中以提高访问速度。可随后将一个或多个高速缓存行加载到通用寄存器文件中以供处理器执行。在以下述及软件模块的功能性时，将理解此类功能性是在处理器执行来自该软件模块的指令时由该处理器来实现的。
67.如果以软件实现，则各功能可作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，这些介质包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd
‑
rom或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能用于携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或无线技术(诸如红外(ir)、无线电、以及微波)从web网站、服务器、或其他远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl或无线技术(诸如红外、无线电、以及微波)就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘、和碟，其中盘(disk)常常磁性地再现数据，而碟(disc)用激光来光学地再现数据。因此，在一些方面，计算机可读介质可以包括非瞬态计算机可读介质(例如，有形介质)。另外，对于其他方面，计算机可读介质可以包括瞬态计算机可读介质(例如，信号)。上述的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。
68.因此，某些方面可以包括用于执行本文中给出的操作的计算机程序产品。例如，此类计算机程序产品可以包括其上存储(和/或编码)有指令的计算机可读介质，这些指令能由一个或多个处理器执行以执行本文中所描述的操作。在某些方面，计算机程序产品可包括包装材料。
69.将理解，权利要求并不被限于以上所解说的精确配置和组件。可在以上所描述的方法和装置的布局、操作和细节上做出各种改动、更换和变形而不会脱离权利要求的范围。