ICS 49.020 V 35
HB 8630-2021
全尺寸飞机静强度/疲劳试验加载控制要求
Requirements of loading control for civil airplane
static strength/fatigue test
2021-04-19 发布 2021-07-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本标准按照 GB/T 1.1-2009《标准化工作导则第 1 部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。本标准由中国航空综合技术研究所归口。
本标准起草单位：中国飞机强度研究所、中国航空综合技术研究所。
本标准主要起草人：盛锴、刘振宇、贾晓、孙熙、米征、李晓宁。
全尺寸飞机静强度/疲劳试验加载控制要求
1 范围
本标准规定了全尺寸飞机静强度/疲劳试验协调加载控制系统、试验加载控制、加载控制信息记录和数据保存等要求。
本标准适用于全尺寸飞机结构静力/疲劳试验，其他类型试验可参考使用。本标准适用于全尺寸飞机疲劳试验，其他试验可参考使用。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2887 计算机场地通用规范
GJB 67.9A-2008 军用飞机结构强度规范第 9 部分：地面试验
GJB 2876 飞机结构通用规范
GJB 4441 飞机全尺寸结构疲劳试验要求
HB 6502 飞机结构刚度试验通用要求
3 术语和定义
GJB 2876 和 GJB 4441 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
踏步 null pacing
是一种控制技术，指多点静力/疲劳试验自动地调整试验加载速度的过程。
3.2
静踏步 static null pacing
在加至终值处加载命令和反馈的误差超出设定值时，控制系统保持当前指令，等待其他反馈值的误差进行设定值范围内。
3.3
动踏步 dynamic null pacing
在设定频率下从某一终值向另一终值加载的过程中检测命令与反馈的误差。
3.4
载荷超限保护 limits
在试验中给相关试验通道和采集通道定义的上限和下限，在试验中超出设置取值范围立即执行相应事件，如卸压停止试验。
3.5
应急按钮保护检测 emergency button detect
除上述保护功能外，还有两个应急按钮(停泵和停试验站两个应急)，在现场可随时由试验指挥应急卸载，保护试件不发生意外损坏或二次破坏。
3.6
事件与动作 events and actions
提供标准事件动作组当作系统资源。数字输入输出定义为系统硬件的一部分。当配置一个试验的时候，把这些事件加入试验结构产生事件动作关系，结合动作和数字输出与系统事件，产生事件动作关系。
4 一般要求
4.1 准则
全尺寸飞机结构静力/疲劳试验应根据 GJB 67.9A-2008 及飞机结构刚度试验通用要求 HB 6502的相关要求，保留试验加载控制安装检验记录和调试记录，作为符合性检查备查资料。
4.2 原则
试验加载控制应包含：
a) 试验控制精度;
b) 动、静踏步的设置;
c) 误差限的设置;
d) 加载速率等参数设置;
e) 由于某种原因使试验中断时能够存储该停机前的一段时间内的各加载点的指令信息和输入信息，以便分析停机原因、加载情况等， 同时再次启动时，系统能够自动地按照载荷谱的顺序继续加载过程;
f) 超载的保护功能。
4.3 人员要求
试验加载控制系统操作及维护人员应经培训考核合格，持证上岗。
4.4 仪器设备及计量
仪器设备及计量应校准/检定，且在有效期内使用，其包括：
a) 协调加载控制系统;
b) 传感器、压力表等其配套仪器。
4.5 试验对加载控制要求
一般应按以下要求进行，也可与试验委托方进行协商，确定其各个加载点的控制误差，但不能小于以下控制误差。
a) 在静力试验时，载荷加载点的控制误差应不大于 1%Pmax，若带有充气载荷时，充气加载点控制误差应不大于 2%Pmax(Pmax 为试验最大载荷值);
b) 在疲劳试验时，载荷加载点的控制误差应不大于 2%Pmax，若带有充气载荷时，充气加载点控制误差应不大于 3%Pmax;
c) 单独充压试验，其加载点的控制误差应不大于 1%Pmax。
5 详细要求
5.1 协调加载控制系统
参考附录 A。
5.2 系统功能
协调加载控制系统应具有的基本功能包括：
a) 数字闭环控制功能;
b) 协调加载控制功能;
c) 超限与超差保护功能;
d) 载荷信息设定、信息反馈的记忆功能;
e) 方便的人机对话和信息实时显示功能;
f) 端点数据回收及应急保护数据回收等功能。
5.3 系统性能
控制系统性能应具有如下特点：
a) 协调加载控制设备应具有力控、位控或其他类型控制模式、设备精度、加载协调性等;
b) 协调加载控制系统精度不大于 1%;
c) 外围接口电路等辅助设备应具有可靠性及安全性高等特性。
6 试验加载控制
6.1 加载控制
试验加载控制应具有负反馈法、踏步法和闭环控制法等方法。
a) 在进行单点调试时应使用闭环控制法，是指试验控制通道同样需要包含一个输出，该输出适用于将驱动信号发送给具体的液压作动缸伺服阀，而相应的一个反馈输入则构成了闭环控制。
b) 在多点联调及试验时应使用负反馈法和踏步法，负反馈法是指以输出的结果对输入的因素进行调整的控制，使控制误差变小，其特点控制精度高，系统运行稳定。踏步法是一种针对单个通道的多通道试验补偿技术，可以调节试验的整体进程。通过踏步， 能够确保所有控制通道达到需要的目标载荷，确保所有通道在统一的速率下实现加载操作。
6.2 试验加载控制流程
试验加载控制流程如下图所示。
图 1 飞机结构试验控制一般工作流程图
6.3 试验配置
通过试验设计通知单，制作加载设备使用通知单，选定试验所使用的作动筒吨位和行程，传感器的吨位以及所使用的加载通道及数量。通过协调加载控制系统， 配置文件并输入相应的控制参数。传感器
的使用要求应根据试验实际情况，针对不同的加载部位及试验加载载荷。
6.4 加载点调零、校准
传感器处于自然不受力的状态下进行调零及校准;
在标定校准设置属性页中定义了若干可以供选择的校准方法，校准方法的选择需要根据调理器连接的传感器类型以及调理器类型来选择。
a) 分流校准
分流校准“分流”已知的精密电阻并联于标准电阻，并且应用一指定的桥压，同时，分流了的电阻和输入电压模拟一个特性的载荷和应变。
b) 敏感度系数校准
用斜率进行校准的方法。在校准过程中， 首先应用一正的力或换置到转换器，读正反馈值，然后，应用一负力或换置到转换器，读负反馈值，最后，使用软件计算调节 ΔK 和总增益值。
6.5 定义载荷谱
载荷谱是指传动系统在实际工作中，受到的载荷是变化的，体现为扭矩和速度是变化的，不同档位所使用的频繁程度即每档所用时间也不相同，三者之间对应关系即为载荷谱。
6.6 定义加载步长时序
加载步长时序是载荷谱被执行的顺序，顺序谱中每一行所包含的内容如下：
a) 过程类型(波段或循环);
b) 起始波段和结束波段动作;
c) 过程时间;
d) 波形。
6.7 定义试验顺序
试验顺序即是一个或多个先前定义好的加载步长时序或其他程序连续的目录，设定试验的加载方式(载荷或位移)，加载的各种波形、频率、相位、终值及重复次数等试验参数， 按照每个项目列出的重复次数将他们有次序的运行。试验顺序的编制非常灵活，可以模拟出多种形状的曲线。
6.8 定义事件/动作库
事件/动作库其包含：参考附录 B 中的表 B.1。
a) 静踏步超时 2 秒执行试验保持并记录信息;
b) 动踏步超时 2 秒执行试验速率减慢 10%;
c) 载荷误差外环保护(EDII)超时 2 秒执行试验卸载、卸压并记录信息;
d) 载荷超限保护(Limit)超时 0 秒执行试验卸载、卸压并记录信息。
以上设定的事件/动作也可与试验委托方进行协商或根据静力/疲劳试验需求，更改其事件/动作库。
6.9 设置保护限
一般情况下保护限设置如下：
a) 误差检测：参考附录 B 中设置。
b) 载荷超限：
1) 拉向：当载荷小于 50kN 时，载荷超限设为：Pmax+5kN;当载荷大于 50kN 时，载荷超限设为：110%Pmax;无拉载时，载荷超限设为：3kN;延时时间均为 0 秒。(Pmax 为最大载荷值)。
2) 压向：当载荷小于-50kN 时，载荷超限设为：110%Pmin;当载荷大于-50kN 时，载荷超限设为：Pmin-5kN;无压载时，载荷超限设为：-3kN;延时时间均为 0 秒。(Pmin为最小载荷值)。
以上设置的保护限也可与试验委托方进行协商或根据静力/疲劳试验需求或根据试验载荷的大小，更改其设置数值。
6.10 开启油泵
开启油泵可通过就地或远程控制进行，开启后油源压力应为 21MPa，若有异常现象，应及时通知泵站技术人员进行排故。
6.11 单点调试
试验各加载点安装完成后，进行单点调试。调试主要是检查各加载点安装是否正确无误，各点油路、控制、采集系统线路连接是否正常。给加载点加不大于该加载点最大载荷的 20%载荷进行调试;调试的主要目的是调整各加载点的 PIDF 参数，使其作动筒的动作能快速跟随命令，不超调，不抖动，反馈平稳，使各加载点加载误差最小，保证加载精度。
6.12 预试
是检查各加载设备是否运行正常，控制设备是否稳妥可靠，采集设备是否运行正常，录像监控设备是否正常，并检查出一切可能影响试验正常进行的问题。一切正常后，采用应急卸载(测试应急卸载是否正常)，打印出卸载报告，以检查应急卸载装置是否可靠和加载点卸载是否协调。若不协调，适当调整流量阀，以保证高载试验时，应急卸载的协调性，避免试验件非正常破坏。
6.13 正式试验
在加压后，通过定义好的试验顺序进行试验，根据现场指挥要求进行手动/自动加载试验，直至试验完成。
6.14 卸载
在预试完成后，进行试验卸载，按操作程序逐步减掉当前的施加载荷，使之处于零状态，可不卸压。或者试验载荷退至 20%时，进行应急卸载，通过实时显示数据查看各个加载点是否均正常退载，若有个别点载荷没有退下，应检查该点的卸载流量阀是否打开。
6.15 信息记录和数据保存
信息记录和数据保存包含：
a) 信息记录
按照时间的顺序存储最近的信息，包括试验参数变化，更改载荷的情况，试验中相关的错误信息，试验中在哪一点产生超限警告，系统应急、软件互锁等与试验相关的信息。
b) 数据保存
做完试验后为了保存试验数据便于以后调用，在退出试验前要回收并存储的试验数据，并起好数据文件名。
附录 A
(资料性附录)
协调加载控制系统
A.1 概述
试验加载控制系统是指多通道协调加载控制系统，是能够进行闭环控制、保证试验加载的协调性和加载精度、具有报警或保护等功能的计算机控制的系统。能够满足飞机结构静力和疲劳试验的多加载点协调和控制要求，图 A.1 为控制系统结构框图。
作动筒
作动筒
图 A.1 控制系统结构框图协调加载控制系统包括：
a) 主控系统
加载控制器、计算机(服务器及客户机)、不间断电源(UPS)、传感器及其配套元件，并满足GB/T 2887 中要求;
b) 作动系统
油泵、液压子站、作动筒或充气台等(加载元件)、机械保护元件及其他元件;
c) 辅助系统
广播设备、录像监控设备、24V 电源模块、应急按钮、多路故障检测器、触点保护装置、限位开关以及其他保护装置。
A.2 作动筒
伺服阀驱动电流±100mA，并且最大电流在 0～100mA 范围内可调，伺服驱动电压±10V;控制电缆应具有至少 6 芯以上阻燃耐油防腐屏蔽信号软电缆;插头插座应具有可靠性高、接触电阻小、抗震动、耐冲击等特性。
A.3 传感器
传感器激励为恒压电源;控制电缆应具有阻燃、耐油、防腐和屏蔽信号等特性; 插头插座应具有可靠性高、接触电阻小、抗震动和耐冲击等特性。
A.4 液压子站
液压子站用来控制油路的高低压，输出电压应保证压力正常，其液压子站的选定应根据试验需求来确定。
A.5 油源
油泵系统使用液压专用油，其压力为 21MPa，应具有就地和远程两种控制方式，系统应具有旁路冷却功能。
A.6 应急保护
应急是试验控制系统的有序反应，应急时会产生如下动作：
a) 卸压，关闭所有对伺服阀的压力;
b) 卸载作动筒的剩余压力;
c) 伺服控制指令退到零;
d) 应急后记录器记录受到影响而被应急的试验站。
附录 B
(资料性附录)控制参数设置表
控制参数设置表见表 B.1 所示：
表 B.1 控制参数设置表
附录 C
(资料性附录)
试验过程中问题处理
C.1 系统加压后作动筒未动
a) 首先检查 24 伏直流电源是否打开及正常;
b) 检查油泵是否打开及正常否;
c) 检查油路是否打开;
d) 检查有无阀电流及伺服阀电缆有无故障;
e) 检查电磁阀是否打开及电磁阀电缆是否有故障;
f) 检查服务歧管有无故障;
g) 检查伺服阀是否正常;
h) 最后检查设备有无故障。
C.2 在试验中某点出现振荡
应适当降低该通道的比例增益 P 或积分增益 I;若某点反馈与指令跟随性不好，应将阀平衡调整到最佳状态并适当调整该通道的比例增益或积分增益。
C.3 在试验中某点欠载的原因
a) 该点的增益和积分不够，适当调节，若不起作用恢复原值;
b) 检查阀偏，适当调节，若不起作用恢复原值;
c) 检查现场服务歧管压力;
d) 把该点的载荷限制阀拧紧一点;
e) 检查该点作动筒的行程;
f) 检查该点结构，是否有其他部位受力。
