使用MSR165数据记录仪测量飞机的结构用途

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在飞机设计过程中，设计师必须事先构想飞机的用途，以预测飞机将受到的静态和疲劳载荷。对于军用飞机，往往会吸取以往飞机类型的经验，开展类比角色或功能，为飞机设定将来的角色(图1)。


图1，试验飞机。


当飞机进入军事服务，必须对结构用途假设进行验证，以保证飞机结构的完整性。英国国防部(UK MOD)的验证由军事航空管理局(MAA)制定。

然而，传统的验证程序非常昂贵，不断地对整个西方政府的国防支出增加压力，所以必须开发成本最低的解决方案，以满足要求。为此，英国国防部国防科学与技术实验室(DSTL)的国防部飞机项目团队携手国防部承包商，使用由瑞士MSR电子公司生产、Caption Data有限公司提供的模块化信号记录器数据记录仪，进行了一系列实验室测试和飞行考验，目前已经在几个飞机舰队上捕捉了基本的结构用途信息。

选择MSR165的根本原因是：体积小，重量轻，电池供电(降低飞机的集成任务)，灵活性强和性价比高。MSR165使用了一个3轴加速度、压力、温度和相对湿度传感器(图2)。



图2，MSR165数据记录仪。


原始数据中的法向加速度(NZ)用于评估固定机翼的飞机的结构用途。此外，压力数据被用来评估在飞行过程中的高度，并帮助确定起飞和降落时间。MSR165位于飞机的非加压区。

这种方案成功的关键在于将技术人员保持飞机的操作减少到最低限度。因此，对MSR165进行配置，实现从发动机启动到发动起关闭，自动记录每秒钟50个样本的加速度，同时还可以连续记录压力、温度和相对湿度数据，每秒钟各一个样本。这样配置可以由飞机上的技术人员进行调整，并保持完全自主长达75小时或2个月的飞行时间。
法向加速度和海拔估算的典型图表，来自两台不同的飞机的压力数据，如图3、图4和图5的特写(40秒)。在进行了2个月或75小时飞行时间后，技术人员更换MSR，换下来的MSR被送回国防科学技术实验室(DSTL)，与设计假设、疲劳试验谱或先前的服务用途进行分析和比较。每秒捕获的50个样本加速数据，通过一个低通有限脉冲响应频率滤波器(11Hz~1Hz)。这允许使用英国皇家航空研究中心(RAE)疲劳计(带宽11Hz)将这些数据与信息记录的数据进行比较。此外，用1Hz低通数据确定信号的演习内容。












以上为法向加速度和海拔估算的典型图表，来自两台不同的飞机的压力数据，如图3、图4和图5的特写图(40秒)。

这个计划非常成功，迄今，已经在两个小型英国国防部舰队(Islander和Defender)和两个历史性的飞机平台(Battle of Britain Memorial Flight Lancaster 和Royal NavyHistoric Flight Swordfish)进行了飞行试验。在这些试验中，已获取将近100个小时的飞行数据，而且使用获取的数据进一步调查。