一种航空机轮偏航疲劳滚转试验方法及装置与流程

本发明属于航空机轮疲劳滚转试验，具体涉及一种航空机轮偏航疲劳滚转试验方法及装置。

背景技术：

1、航空机轮的寿命主要受其运行负载大小、轮胎加热引起的轮胎压力增加、以及机轮关键区域的腐蚀点的影响。为了确保机轮安全，必须满足两个因素。首先是航空机轮必须已达到鉴定试验中的预期疲劳寿命，其次在出现腐蚀坑之类缺陷的情况下，滞后的裂纹扩展速度足够慢，以至于在出现故障之前检测到裂纹。我国航空机轮试验标准gjb 1184a-2010、ctso-c135a中规定疲劳滚转试验需要进行飞机向内侧偏和向外侧偏工况。形成该工况下疲劳试验的因素有很多，当路面有鲫背现象或侧向风力较大，会使机身产生一定的侧偏；对于刹车副而言，若初始选配不当或者磨损不均，导致左右刹车力矩差值较大，同样会发生侧偏；当飞机进行转弯时，会产生侧向力，在美国机轮特性报告资料中可以看出机轮在转弯过程中侧向力伴随着径向载荷而产生。飞机产生的侧向力会通过轮胎的胎肩、胎壁等部分传递给机轮，机轮会在滚转中承受侧向力，所以向内侧偏和向外侧偏工况下的疲劳滚转试验是航空机轮鉴定试验中重要的一项试验。

2、目前国内进行“向内侧偏”和“向外侧偏”工况下的疲劳滚转试验是将机轮轴与鼓轮轴偏转一个角度，形成侧偏角，通过立体力的矢量分解产生侧向载荷，从而达到gjb1184a中侧径比等于0.25(民机为0.15)的要求，图3为文献《航空机轮径侧向联合载荷试验及滚转试验侧向加载分析》所述的侧偏疲劳滚转方式，图中t为液压缸载荷，y为径向载荷，n为鼓轮对机轮的反作用力，f为鼓轮对机轮的摩擦力，fy为机轮受到的侧向力，α为偏航角。图4为航空机轮在设计额定载荷下侧偏疲劳滚转试验侧径比-侧偏角曲线，图中横坐标代表侧偏角度，纵坐标是侧向载荷与径向载荷的比值。

3、图5为标准sae arp 4955a《飞机轮胎静态和动态特性测试的推荐实施指南》中侧径比-滚转距离曲线，其中纵坐标为侧径比，横坐标为滚转距离与轮胎直径的比值，曲线从高到低的偏航角度依次为18°、15°、12°、9°、6°、3度。图6为标准sae air 5797《用于试验室测试飞机轮胎磨损的程序开发和实施》中侧向力-偏航角曲线，其中纵坐标为侧向载荷，横坐标为偏航角度值。两文献中均可通过施加偏航角度来产生侧向载荷，但并非应用在航空机轮偏航疲劳滚转试验领域中。

4、对比图4与图5、图6可以发现，在实际疲劳滚转试验中，并不能简单的依据图3所示机轮侧偏方法来进行疲劳滚转。

5、结合实际对侧偏疲劳滚转试验结果进行深入分析可知：航空机轮在滚转中产生的侧向载荷是由于机轮与鼓轮或地面摩擦而引起的，该结论在民航标准ctso-c26c中有所描述。在机轮滚转过程中，由于轮胎所能提供给机轮的制动力是有限的，当飞机有侧滑或转弯的趋势时，鼓轮或地面势必要给机轮施加一定的侧向反作用力，促使飞机达到侧向力的平衡。由前面图3和图4分析可知，侧偏疲劳滚转试验所产生的侧向力是由地面反作用力与机轮所受摩擦力的分量构成的，与标准ctso-c26c有所偏差；而偏航滚转所产生的侧向力仅是由机轮所受摩擦力的分量组成。不同型号的机轮和轮胎在几度的偏航角下可以达到0.25(0.15)的侧径比，偏航角度和侧径比应该通过什么方法来进行计算和处理。本发明提出了一种航空机轮偏航疲劳滚转试验方法，用这种试验方法，可以产生0.25(0.15)倍侧径比，并可以找到相对准确的唯一的偏航角。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种航空机轮偏航疲劳滚转试验方法及装置，该方法通过偏航角-侧径比曲线拟合出偏航角和侧径比的线性关系，通过侧径比-滚转距离曲线拟合出侧径比与滚转距离的线性关系，再通过计算、修正得到侧径比在目标值(0.25/0.15)下的有效偏航角和滚转距离；本发明克服了现有技术不能满足航空机轮偏航疲劳滚转试验中侧径比值的需求。

3、本发明的技术方案是：一种航空机轮偏航疲劳滚转试验方法，具体步骤如下：

4、将待测机轮安装于立体力测力平台；

5、由径向载荷施力模块向待测机轮施加设定的径向载荷，并采用偏航方式进行设定范围内偏航角的机轮疲劳试验；

6、通过力载荷传感器采集试验过程中所产生的真实侧向载荷、径向载荷，并计算出对应的侧径比；所述侧径比等于侧向载荷与垂直载荷的比值；

7、绘制偏航角-侧径比曲线，并拟合得到偏航角和侧径比的线性关系；

8、通过偏航角和侧径比的线性关系式，计算当侧径比为目标值时的预测偏航角，并在预测偏航角下进行偏航疲劳滚转试验，得出所对应的实际侧径比；

9、判断所述实际侧径比是否在目标值的公差范围内，若超出该范围则对预测偏航角进行修正，直至所对应的实际侧径比满足要求，即确定出侧径比在目标值公差范围内的有效偏航角；

10、绘制有效偏航角下的侧径比与滚转距离曲线，并拟合得到侧径比与滚转距离的线性关系；

11、通过侧径比与滚转距离的线性关系式，计算出侧径比在目标值公差范围内的有效滚转距离区间，即确定出有效滚转距离；

12、采用所确定的有效偏航角和有效滚转距离进行机轮疲劳试验，完成考核目标。

13、本发明的进一步技术方案是：采用偏航方式进行机轮疲劳试验时，偏航角的设定范围为-5°至+5°。

14、本发明的进一步技术方案是：所述偏航角和侧径比的线性关系式为：

15、sdr＝kx+α

16、其中，sdr为侧径比；x为偏航角；k为曲线斜率；α为轮胎帘线层转向、锥度和轮胎不对称而造成的侧向载荷偏移。

17、本发明的进一步技术方案是：所述侧径比的目标值0.25的公差为±0.025，即实际侧径比在0.225-0.275之间满足要求。

18、本发明的进一步技术方案是：所述对预测偏航角进行修正的方法为：

19、当sdrtrue＞0.275时，在偏航角x-a下进行偏航疲劳滚转试验，若得出sdrtrue在[0.225，0.275]区间内，则停止试验；若所得sdrtrue仍旧大于0.275，则在偏航角x-a-b下继续进行偏航疲劳滚转试验，若得出sdrtrue在[0.225，0.275]区间内，则停止试验，否则继续重复该流程；

20、当sdrtrue＜0.225时，在偏航角x+c下进行偏航疲劳滚转试验，若得出sdrtrue在[0.225，0.275]区间内，则停止试验；若所得sdrtrue仍旧小于0.225，则在偏航角x-c-d下继续进行偏航疲劳滚转试验，若得出sdrtrue在[0.225，0.275]区间内，则停止试验，否则继续重复该流程；

21、其中，a、b、c、d为根据实际侧径比与侧径比目标值的偏差设定的偏航角修正系数。

22、本发明的进一步技术方案是：所述偏航角修正系数a、c为0.5，b、d为0.25。

23、本发明的进一步技术方案是：所述侧径比与滚转距离的线性关系式为：

24、l＝(sdr-β)/k’

25、其中：sdr为侧径比；l为有效滚转距离；k’为曲线斜率；β为曲线截距。

26、一种航空机轮偏航疲劳滚转试验装置，其特征在于：包括立体力测力平台、倾角传感器、径向载荷施力模块；

27、所述立体力测力平台作为待测机轮的可旋转式搭载平台，能够测量待测机轮的侧向载荷、航向载荷、径向载荷；

28、所述径向载荷施力模块向待测机轮施加径向载荷；

29、所述倾角传感器用于测量待测机轮的偏航角角度。

30、本发明的进一步技术方案是：所述立体力测力平台包括安装于试验台的底座、加载头、承力座、液压缸，待测机轮依次通过加载头、承力座安装于底座上；所述液压缸沿底座外周的切线方向安装，其输出端与底座外周铰接，通过伸缩控制驱动底座转动：

31、所述承力座和底座之间固定安装有三向力载荷传感器，四个三向力载荷传感器呈正方形阵列排布于底座的台面上。

32、本发明的进一步技术方案是：所述四个三向力载荷传感器s1，s2，s3，s4输出信号分别为fx1、fy1、fz1、fx2、fy2、fz2、fx3、fy3、fz3、fx4、fy4、fz4，分别代表了四个传感器s1，s2，s3，s4在x、y、z三个方向上载荷值；传感器始终保持着与机轮相同姿态，x、y、z方向上的载荷分别为：

33、fx＝fx1+fx2+fx3+fx4    (1)

34、fy＝fy1+fy2+fy3+fy4    (2)

35、fz＝fz1+fz2+fz3+fz4    (3)

36、式中，fx为航向载荷，fy为侧向载荷，fz为径向载荷。

37、有益效果

38、本发明的有益效果在于：本发明通过偏航角-侧径比曲线拟合出偏航角和侧径比的线性关系，采用该偏航角和侧径比的线性关系式能够计算出真实的侧径比，再通过对偏航角修正使得侧径比在目标值的公差范围内，即能够确定出有效的偏航角；通过侧径比-滚转距离曲线拟合出侧径比与滚转距离的线性关系，再通过计算得到侧径比在目标值下的有效滚转距离，进而能够对不同型号的机轮和轮胎进行侧径比为目标值的疲劳试验。

39、与现有疲劳滚转技术相比，本发明采用偏航方式进行疲劳滚转试验具有侧向力数值稳定、侧径比可达标准要求等特点。

40、由于飞机在不同速度、不同载荷、不同结合系数下、轮胎的摩擦特性是不同的，因此不同条件按照本发明所述的工作步骤可以得到较为准确的侧向力和侧径比，使得疲劳滚转试验达到所需要考核的目标，即侧径比＝0.25(0.15)。

41、本发明试验装置包括立体力测力平台(机轮侧向载荷、径向载荷、径向载荷的测量平台)、倾角传感器等，其中立体力测力平台可与加载头同步做偏航转动，其中四个信号输出的侧向载荷数值fy1、fy2、fy3、fy4相叠加后，即得到机轮受到的侧向载荷。

42、综上所述，本发明能够使航空机轮疲劳滚转试验达到有效的考核，可以真实的评价机轮的可靠性和耐疲劳性。本发明可以广泛应用于航空机轮疲劳滚转试验中。