转载：飞行载荷（Flight Load）到底有多重要？

飞机在滑行、起飞、巡航、降落一整个飞行周期中，受大气压影响，机体表面会承受多种力。如何知道气流对飞机在整个飞行过程中产生的影响？商用飞机的测试工程师们有一整套严谨的测量方法，并且，他们还在不断完善、更新。

前段时间，ARJ21-700飞机103架机在福建三明完成了一项试飞任务，在国产商用飞机上首次应用了基于压力带的新型飞行载荷测量方法。测试工程师们是怎么做这项测试的？新的方法有哪些优点？

本期《大飞机报》通过下面六个问题，说一说压力带法测试与改装的那些事儿。

什么是飞行载荷

载荷指的是使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素，即作用在物体上的主动力。例如，重力、电磁力、气体或液体作用在物体上的力、物体间的相互作用力等。

对于一架飞机，从滑行、起飞、爬升、巡航，直至下降、着陆，无时不在承受着载荷，这就是所谓的飞行载荷。飞行载荷的大小及分布主要由大气环境和飞机自身特性决定。

飞行载荷测量的意义是什么

飞机作为运载工具要求反复使用，这要求飞机结构需具有足够的强度，保证飞机在可能经历各样的突风、机动、着陆、滑行等载荷历程下具备结构安全。飞行载荷的准确测量是新机研制的关键技术。一方面，如果实际载荷大于设计值，飞机的安全性无法得到保证；另一方面，如果实际载荷远小于设计值，结构安全余量过大将影响飞机的性能、载重及经济性。

如何测量飞行载荷

飞行载荷测量主要包括机翼、机身及尾翼等主要结构部件的载荷测量，主要测量方法包括应变法、测压带法和压力带法，其中应变法和测压带法属于传统测量方法。

应变法是指在被测结构表面粘贴应变片，通过测量飞机结构在载荷作用下产生的应变，通过建立的载荷方程，反推出所受载荷的大小。

测压带法则是指在测压部件上粘贴测压带（气管），每根气管对应一个测压点，在管外侧壁近似垂直局部翼面方向打孔，感受气流表面静压，压力管一端密封，另一端连接至压力传感器进行绝对压力测量，而后转换为飞行载荷。

压力带法属于新型飞行载荷测量方法，前期在国内暂未有所应用。其基本原理是指在测压部件上粘贴压力片用于感受绝对气压，而后通过串联方式接入专项数采设备进行数据采集记录，测得数据转换为飞行载荷。

本次ARJ21-700飞机103架机压力带课题搭载试飞的目的也正在于此，为基于压力带的新型载荷测量技术验证及分析提供了数据和支撑。

压力带法的优势有哪些

压力带的初代产品是美国波音公司在DARPA支持下与Endevco公司、佐治亚理工学院联合研制的一种使用柔性衬底和MEMS微型压力传感器构成的阵列式翼面压力测量系统，并开展了机翼模型的风洞试验及飞行试验。该方法在波音787飞行载荷的试飞中得以成功应用，克服了应用应变法测量复合材料飞行载荷的难题。国内此前暂未有应用。

相比于传统方法，压力带法的每一个压力片具有独立性，集成度高。不同于应变片的测量方法，通过在飞机机身铺设压力带并将其串联起来，所收集到的信号是集成数字信号，其测量精度更高。同时，对于测试改装工作来说，压力带法的改装更加简便、周期短，并且对飞机结构伤害小、对气动干扰较小，还有可重复使用及经济性较好等优势。

测试改装需考虑哪些因素

压力带的测试改装虽然更加简便，但仍然有需要特别注意的因素。比如，首先要考虑的是压力带厚度对飞机气动特性的影响。因为压力带是铺设在机身上的，其厚度影响着飞行安全性和数据有效性。为此，测试工程师们结合飞机结构、测试需求及设备指标特性，协同设计人员进行CFD计算，确保了飞行安全及测得数据的有效性。

另外一个要考虑的是外部设备安装方法及线缆敷设，这影响着飞机安全或是舵面效率。测试工程师们在试验开始前，开展了多方调研，综合了材料选用和理论计算结果后，在地面试验室开展多次剥离试验，充分验证了改装方法的可靠性，形成了一套专项改装方法。

试验的效果如何

“基于压力分布测量的载荷试飞技术研究及可行性验证”是试飞中心的创新课题，该课题历时3年，经历了需求设计、系统设计、系统准备、理论分析及飞行验证环节。

在整个课题研究过程中，从初期的需求设计，协同设计结合飞机飞行载荷测试特点及压力带系统特点，开展试飞工程文件设计，并提出基于压力带的飞行验证需求；到测试系统设计环节，根据测试需求，进行新型载荷测量方法设计；再到系统准备环节，针对基于压力带的新型载荷测量方法开展了系统改装方法设计、安全性评估及改装规范编制等工作，设备到位后开展了系统集成、地面联试等工作；再到理论分析环节，协同设计专业进行表贴压力带对飞机翼面气动流场的影响分析，并出具气动分析评估报告；最后到此次的飞行试验环节，完成了基于压力带的新型载荷测量方法搭载试飞工作，测得数据初步验证有效。

此次在ARJ21-700飞机103架机上搭载试飞成功，初步验证了压力带新型飞行载荷测量法的可行性，为后续该方法在其他型号中的应用奠定了坚实的基础。陈栋摄

*来源：中国商飞网站