使用MSR165數(shù)據(jù)記錄儀測量飛機(jī)的結(jié)構(gòu)用途

在飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師必須事先構(gòu)想飛機(jī)的用途，以預(yù)測飛機(jī)將受到的靜態(tài)和疲勞載荷。對(duì)于軍用飛機(jī)，往往會(huì)吸取以往飛機(jī)類型的經(jīng)驗(yàn)，開展類比角色或功能，為飛機(jī)設(shè)定將來的角色(圖1)。

圖1，試驗(yàn)飛機(jī)。

當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入軍事服務(wù)，必須對(duì)結(jié)構(gòu)用途假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證，以保證飛機(jī)結(jié)構(gòu)的完整性。英國國防部(UK MOD)的驗(yàn)證由軍事航空管理局(MAA)制定。

然而，傳統(tǒng)的驗(yàn)證程序非常昂貴，不斷地對(duì)整個(gè)西方政府的國防支出增加壓力，所以必須開發(fā)成本最低的解決方案，以滿足要求。為此，英國國防部國防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(DSTL)的國防部飛機(jī)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)攜手國防部承包商，使用由瑞士MSR電子公司生產(chǎn)、Caption Data有限公司提供的模塊化信號(hào)記錄器數(shù)據(jù)記錄儀，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)室測試和飛行考驗(yàn)，目前已經(jīng)在幾個(gè)飛機(jī)艦隊(duì)上捕捉了基本的結(jié)構(gòu)用途信息。

選擇MSR165的根本原因是：體積小，重量輕，電池供電(降低飛機(jī)的集成任務(wù))，靈活性強(qiáng)和性價(jià)比高。MSR165使用了一個(gè)3軸加速度、壓力、溫度和相對(duì)濕度傳感器(圖2)。

圖2，MSR165數(shù)據(jù)記錄儀。

原始數(shù)據(jù)中的法向加速度(NZ)用于評(píng)估固定機(jī)翼的飛機(jī)的結(jié)構(gòu)用途。此外，壓力數(shù)據(jù)被用來評(píng)估在飛行過程中的高度，并幫助確定起飛和降落時(shí)間。MSR165位于飛機(jī)的非加壓區(qū)。

這種方案成功的關(guān)鍵在于將技術(shù)人員保持飛機(jī)的操作減少到最低限度。因此，對(duì)MSR165進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)到發(fā)動(dòng)起關(guān)閉，自動(dòng)記錄每秒鐘50個(gè)樣本的加速度，同時(shí)還可以連續(xù)記錄壓力、溫度和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)，每秒鐘各一個(gè)樣本。這樣配置可以由飛機(jī)上的技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)整，并保持完全自主長達(dá)75小時(shí)或2個(gè)月的飛行時(shí)間。

法向加速度和海拔估算的典型圖表，來自兩臺(tái)不同的飛機(jī)的壓力數(shù)據(jù)，如圖3、圖4和圖5的特寫(40秒)。在進(jìn)行了2個(gè)月或75小時(shí)飛行時(shí)間后，技術(shù)人員更換MSR，換下來的MSR被送回國防科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(DSTL)，與設(shè)計(jì)假設(shè)、疲勞試驗(yàn)譜或先前的服務(wù)用途進(jìn)行分析和比較。每秒捕獲的50個(gè)樣本加速數(shù)據(jù)，通過一個(gè)低通有限脈沖響應(yīng)頻率濾波器(11Hz~1Hz)。這允許使用英國皇家航空研究中心(RAE)疲勞計(jì)(帶寬11Hz)將這些數(shù)據(jù)與信息記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。此外，用1Hz低通數(shù)據(jù)確定信號(hào)的演習(xí)內(nèi)容。

以上為法向加速度和海拔估算的典型圖表，來自兩臺(tái)不同的飛機(jī)的壓力數(shù)據(jù)，如圖3、圖4和圖5的特寫圖(40秒)。

這個(gè)計(jì)劃非常成功，迄今，已經(jīng)在兩個(gè)小型英國國防部艦隊(duì)(Islander和Defender)和兩個(gè)歷史性的飛機(jī)平臺(tái)(Battle of Britain Memorial Flight Lancaster 和Royal NavyHistoric Flight Swordfish)進(jìn)行了飛行試驗(yàn)。在這些試驗(yàn)中，已獲取將近100個(gè)小時(shí)的飛行數(shù)據(jù)，而且使用獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)一步調(diào)查。目前，幾個(gè)艦隊(duì)廣泛的調(diào)整和進(jìn)一步的試驗(yàn)正在計(jì)劃中(圖6)。

圖6，該計(jì)劃已經(jīng)在兩個(gè)小型英國國防部艦隊(duì)和兩個(gè)歷史性的飛機(jī)平臺(tái)進(jìn)行了飛行試驗(yàn)。