ICS 49.020 V 36
HB 8661-2022
民用飞机结构试验应变、位移测量通用要求
General requirements for strain and displacement measurement of civil airplane
2022-04-24 发布 2022-10-01 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：郭晓冬、孙巍、刘秦智。
民用飞机结构试验应变、位移测量通用要求
1 范围
本标准规定了民用飞机结构应变、位移测量的测量目的、测量任务书、测量方案、测量设备、测量项目、测量流程、测量方法、测量数据采集及处理等通用技术要求。
本标准适用于民用飞机结构试验应变、位移的测量，其他飞机结构试验可参考使用。
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 13992-2010 金属粘贴式电阻应变计
3 术语和定义
GB/T 13992-2010 确立的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
常温应变计 normal temperature strain gauge
工作温度在-30℃~60℃范围内的应变计。
3.2
中温应变计 medium temperature strain gauge
工作温度在 60℃~300℃范围内的应变计。
3.3
高温应变计 high temperature strain gauge
最低工作温度高于 300℃的应变计。
4 一般要求
4.1 测量目的
飞机结构试验应变、位移测量目的如下：
a) 获得受载结构的应变分布情况;
b) 获得受载结构的变形;
c) 为验证飞机结构强度和模型分析方法提供依据。
4.2 测量任务书
测量任务书由试验委托方提出。测量任务书内容一般包括：
a) 试验名称;
b) 试验测量目的;
c) 试验和测量项目;
d) 坐标系定义;
e) 各部位结构材料及参数;
f) 各部件应变计布置图和布置统计表;
g) 各部件位移测量点布置图和布置统计表(含坐标);
h) 应变和位移测量结果提供形式要求;
i) 其他测量要求;
j) 其他。
4.3 测量方案
测量方案由试验承担方依据试验任务书、试验测量任务书及适航要求编制。对于测量要求包含在试验任务书中，测量方案内容可包含在试验大纲中。测量方案内容一般包括：
a) 试验名称;
b) 试验和测量项目;
c) 试验依据;
d) 坐标系定义;
e) 测量点数量及布置;
f) 测量设备及其精度;
g) 试验步骤;
h) 针对测量目的确定相应的测量方法;
i) 数据处理方法与要求;
j) 异常情况的处理等。
4.4 测量设备
4.4.1 总则
飞机结构试验应变、位移测量应采用专用测量设备。测量设备一般包括应变计、位移传感器、数据采集系统等。所用的设备和仪器应能满足以下要求：
a) 测量设备满足测量任务书提出的要求;
b) 所有设备都处于完好状态，所有的计量仪器必须经过计量检定/校准合格、且在有效期内，并提供相应的报告或检定/校准合格证书。
4.4.2 应变计
根据任务书要求和试验环境温度对应变计的类型、量程、阻值进行挑选，以满足试验测量要求,并做好应变计编号和防护工作。
位于试验件内部的应变计应在结构封闭前完成应变计的安装布置工作。
应变计的粘贴方法见附录 A。
4.4.3 位移传感器
测量点最大位移应与位移传感器量程相适应，以最大位移值不低于传感器量程的 60%为宜，位移传感器精度应满足测量任务书要求，且必须高于数据采集系统一个精度等级。
4.4.4 数据采集系统
由数据采集前端、主计算机及其外围设备和相应软件组成， 实现数据采集、预处理。应满足以下要求：
a) 数据采集系统测量精度一般优于 1%，冲击动力学试验中位移测量系统精度优于 2%，应变测量系统精度优于 3%;
b) 具有多通道同时及时、准确和同步地采集的能力，保证大规模数据采集的连续性和一致性;
c) 数据采集系统采样率一般不低于 10Hz，冲击动力学试验中应变测量系统采样率一般不低于100kHz，地面振动试验中数据采集系统采样率一般不低于 50Hz;振动耐久性声试验中数据采集系统采样率一般不低于 5kHz;声疲劳试验中数据采集系统采样率一般不低于 2kHz;
d) 具有部分应变、位移测量点实时监控的功能。
5 详细要求
5.1 测量项目
测量项目主要包括飞机结构试验的应变和位移值。
5.2 测量流程
测量流程见图 1。
图 1 测量流程图
5.3 测量方法
5.3.1 应变测量方法
应变测量方法有接触式和非接触式测量方法。接触式测量方法一般用电阻式应变计、光纤光栅传感器为检测元件测量应变;非接触式测量方法基于光学图像技术测量应变。
5.3.2 位移测量方法
位移测量方法有接触式和非接触式测量方法。接触式测量方法一般用拉线/拉杆式传感器、千分表为检测元件测量位移;非接触式测量方法一般用激光位移测量系统和数字图像位移测量系统。
冲击动力学试验中推荐使用非接触式测量方法测量位移。
5.4 参数配置
应变计、位移传感器安装连接完成后， 应建立数据采集系统参数配置表。参数配置表一般包括：测量点编号、传感器参数、应变计阻值类型、应变计灵敏度系数和对应通道编号等。
5.5 系统调试
参数配置表建立后，由测量人员操作采集设备进行校准检查，检查内容包括：测量配置文件正确、测量通道连通、采集设备运转正常、联机通讯及触发信号正常等。
5.6 测量过程中的问题处理
测量人员根据校准情况和采集系统测量参数表进行故障排除。常见的故障及排除方法有：
a) 应变计、位移传感器故障： 则重新粘贴应变计或更换新位移传感器。如应变计无法重新粘贴且无备份测量片应给出补贴方案并进行补贴，并及时更新相关记录表中内容和测量配置文件;
b) 连接电缆故障：首先检查电缆是否可以修复，若能则修复后继续使用;如不可修复，则更换新电缆，并及时更新相关记录表中内容和测量配置文件;
c) 数据采集系统通道故障：首先检查通道是否可以修复，若能则修复后继续使用;如不可修复，则更换新通道，并及时更新相关记录表中内容和测量配置文件。
6 测量数据采集及处理
6.1 数据采集
施加载荷前数据采集系统调零，施加载荷进入初始状态后测量一次，进入试验正常程序，按照试验程序进行数据采集。数据采集系统应采用统一的外部信号触发方式进行数据采集，保证测量数据的同步性。
6.2 无效数据剔除
数据采集完成后，应剔除数据中的无效数据。无效数据剔除可按以下要求进行：
a) 剔除试验中因传感器损坏而未进行有效测量的测量数据;
b) 剔除试验中测量值超出传感器量程的测量数据;
c) 剔除试验中受异常干扰产生的无效数据。
6.3 位移修正
对于全机柔性支持，为了消除试验中由于飞机姿态变化所产生的偏差，保证测量结果的准确性，可设置适当的修正点对位移值进行修正，测量方向上位移修正包括平移修正、滚转修正、俯仰修正和偏航
修正。垂向位移修正方法见附录 B。
7 测量结果分析
7.1 数据重复性分析
对相同载荷状态下同一测量点的数据进行重复性分析。计算公式见式(1)：
式中：
δ ——重复性误差,无量纲;
Li ——第 i 次测得的同一载荷状态下某点位移、应变值，无量纲;
L ——该点位移或应变均值，即L = (L1 + L2 + + Li)/ n，无量纲;
n ——测量次数。
试验数据重复性误差一般应小于 5%。
7.2 线性分析
在线弹性范围内，测量数据与载荷间的线性相关系数一般应大于 0.9。
7.3 对称性分析
对称载荷试验状态下，测量数据对称性误差在允许范围内的测量点数占总测量点数的百分数，一般应不小于 70%。
7.4 其他分析
试验测量任务书若有其他数据分析要求，应根据要求做出相关数据分析。
8 测量报告编写
测量结束后，按照测量任务书的规定，分析试验数据和原始记录，编写测量报告。测量报告内容应包括：
a) 试验名称、时间、地点、目的和依据;
b) 试验测量项目;
c) 测量点布置;
d) 试验过程及程序;
e) 测量设备及检定/校准情况;
f) 试验数据分析;
g) 结论;
h) 试验数据资料，包括试验过程中应变、位移测量数据、录像及照片等。
附录 A
(规范性附录)
应变计的粘贴方法
A.1 应变计的选择和外观要求
用于飞机结构应变测量的应变计应符合如下要求：
a) 标称值与使用的数据采集系统相匹配;
b) 类型应与测量任务书中的要求一致;
c) 工作特性符合 GB/T 13992-2010 中 5.1 的 A 级标定。
A.2 应变计粘贴方法
A.2.1 贴片表面处理
A.2.1.1 贴片表面的打磨和清洗
贴片表面打磨清洗步骤如下：
a) 去漆：用去漆剂、刮刀等清除贴片位置的油漆、锈斑;
b) 打磨：用 80#～120#砂布沿应变计轴线 45 ˚ 方向，均匀用力交叉打磨贴片表面打磨的纹路之间要平行、清晰，不允许来回打磨，打磨面积应不低于应变计基底面积的 3 倍;
c) 清洁：先用湿脱脂棉球把打磨部位及周围的粉尘擦拭干净，再用浸有丙酮的脱脂棉球清洗打磨后的试验件表面油迹和尘土，再用浸有无水乙醇的脱脂棉球擦拭试验件表面，更换棉球至擦拭后棉球白净、无污染为止。
A.2.1.2 划线定位
按应变计粘贴图或贴片模型所标注的尺寸、粘贴方向及要求， 用划线工具在试验件表面上划出定位线，并标出应变计粘贴方向、片号和类型。
A.2.2 应变计的粘贴
A.2.2.1 贴片
应变计粘贴按下列步骤和要求进行：
a) 根据试件材料和应变计选择相应粘贴剂，用细画笔粘粘贴剂或直接在应变计粘贴表面和试件贴片表面涂上一层薄而均匀的粘贴剂，试件贴片表面涂胶面积应为应变计面积的 3～4 倍，待粘接剂部分挥发后，立即将应变计粘贴到要求位置，用两眼仔细观察，对准定位线或目视尽量准确;
b) 应变计上垫聚四氟乙烯薄膜，用手指或专业工具隔着薄膜压适当的力，按住应变计基底，沿应变计纵轴朝一个方向缓慢滚动挤压，挤出应变计基底下多余的胶液及气泡，手指按住不动 1分钟以上。
A.2.2.2 固化
根据所选粘贴剂，按要求进行固化。
A.2.2.3 固化后质量检查
质量检查内容和要求如下：
a) 应变计粘贴层没有气泡、胶层均匀，应变计没有翘起和跳丝的情况;
b) 单片应变计没有断路、短路和阻值变化较大的情况;
c) 应变计和试件之间的绝缘电阻不小于 200MΩ。
对于不符合要求的应变计应重新进行补贴。
A.2.2.4 防潮处理
在应变计表面和将要敷设导线的试件表面涂一层防潮胶，应变计表面涂胶面积应比应变计面积大一倍以上，涂层厚度不小于 0.1mm。并按所选防潮胶固化程序对应变计进行防潮固化处理。
A.2.2.5 防潮处理后质量检查
防潮处理后质量检查内容和要求如下：
a) 单片应变计没有断路、短路和阻值变化较大的情况;
b) 应变计和试件之间的绝缘电阻不小于 200MΩ。
c) 对于不符合要求的应变计应重新进行补贴。
附录 B
(规范性附录)
垂向位移修正方法
B.1 确定修正点
位移修正点应远离试验加载点，以避开“载荷参与”对修正点位移值的影响。一般选取试验件重心附近刚度大的区域为基准，选择 3 个点为修正点，所有位移测量数据都是以三点组成的平面为基准的相对变形。
(X1，Y1，Z1) (X2，Y2，Z2)
图 B.1 位移修正
B.2 位移修正
B.2.1 平移修正
取三个修正点数据的平均值作为平移修正量：
ΔY = (Y1 + Y2 + Y3)/ 3…………………………………………(B.1)式中：
ΔY ——平移修正量;
Y1，Y2，Y3 ——三个修正点的垂向位移。
B.2.2 俯仰修正
取三个修正点为俯仰修正点：
θ = tan 式中：
θ ——飞机俯仰角,抬头为正;
X1，X2，X3 ——修正点的航向坐标;
Y1，Y2，Y3 ——修正点的垂向位移。
然后根据θ 值分别计算出各测量点的俯仰修正量 ΔF：
ΔF = (X _ XG)tan θ…………………………………………(B.3)
式中：
ΔF ——俯仰修正量;
X ——该测量点的航向坐标;
XG ——实际重心的航向坐标。
B.2.3 滚转修正
取 1，2 两点为滚转修正点：
φ = tan…………………………………………(B.4)式中：
φ ——飞机滚转角,左翼向上为正; Y1，Y2 ——两修正点的垂向位移; Z1，Z2 ——两修正点的侧向坐标。
然后根据 φ 值分别计算出各测量点的滚转修正量：
ΔG = Z tan φ………………………………………………(B.5)
式中:
ΔG ——滚转修正量;
Z ——该点的侧向坐标,左侧为正。
