[科普中国]-模拟试验技术

简介

模拟试验技术指的是在飞行器飞行或者执行任务前，进行模拟试验所应用的技术，涉及空气动力学原理、结构动力学原理、计算机技术、仿真技术等。模拟试验技术对飞行器的运动机构的设计和制造、安全飞行、执行任务等都具有重大意义。主要介绍飞机的飞行模拟技术。

背景随着航空航天技术的发展，飞行器飞行性能越来越高，对飞行器可靠性、耐久性等指标的要求亦越来越高，这就给运动机构的设计和制造提出了更高的要求。一般情况下，飞行器机构及其控制系统与飞行器任务执行系统密切相关，运动机构能否正常工作直接决定了飞行器的飞行安全和任务执行能力1。

工程实际中，无论何种试验方法，核心均为激发出机构潜在失效模式，因此试验模拟条件必须能反映实际使用条件对机构的影响，而相对于单因素试验，综合试验的突出优点是模拟的环境更接近实际环境，能够发现产品在各种因素综合作用下的复合影响效果。因此，能加载综合环境应力和使用载荷，并能实现机构运动功能的模拟的试验系统和试验装置成了试验成败的关键。

原理简单地讲，就是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。

内容地面模拟试验需要使用真实的力学环境。飞机的设计制造过程是一个复杂的系统工程,它包含了大量的试验测试工作。为了提高飞机的性能,在设计制造过程中采用了新设计思想、新材料和新工艺。因而就必须用大量的试验测试手段来探索未知因素,校核设计及检测工艺质量。尤其是在新机设计研制阶段,要进行预研课题试验、原理方案试验、各系统模拟试验、飞行试验、可靠性和耐久性试验等。在试验中必然要测试大量的参数,主要有载荷、变形、应变、温度、压力、流量、冲击、振动及其他有关电参数。如果现在还认为飞机设计只是计算和画图,则是错误的2。

一般来说，在飞机的生产试制阶段(即设计定型之前),以探索性和校核验证性试验为主。目的是暴露未考虑到或无法估计的问题及验证是否达到设计要求,确定能否保证飞机安全上天。飞机设计定型后,以各种寿命试验和可靠性试验为主。为的是给出飞机各部件安全使用寿命,并指导检查和维修工作,保证飞行安全。由此可见,航空试验测试工作要为飞机的全过程即从设计前方案论证直到制造完后试飞的全过程服务.在飞机的生产试制阶段,一般用设计的载荷/环境谱和热/气候环境谱对有关试件进行静强度、动强度试验,对各系统及所选附件进行原理性试验和测试,并把试验结论及时反映到设计中去。新机首飞上天之前还必须完成全机静力试验、全系统地面交联匹配试验及部份电磁兼容试验等。试验合格后才能允许飞机上天。为了保证飞机按时上天,这些试验的进度是非常紧张的,测试的数据要十分可靠。而试验方案、控制设备和测量设备则需较长时间的筹备。目前在控制方面多采用计算机控制和模拟控制,基本实现了自动化或半自动化。在测量方面多数已应用了巡检设备.在一些特殊场合应用了磁带机或记录仪。

随着计算机技术在设计、试验和制造中的广泛应用和提高。设计、试验和制造的体化技术正在开始研究应用。这样飞机的研制周期大大缩短,许多试验将由仿真技术来代替。设计与试验可望融为一体。但这是一项极其复杂的综合技术。需统一指挥,协同作战,长期努力才能完成。