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静力试验加载安全保护技术在某飞机关键结构件试验中的应用研究
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摘要：目前飞机结构件静力试验主要使用基于电液伺服作动器的协调加载控制系统实现，随着静力试验规模越来越大、加载方式越来越复杂以及加载载荷的不断增大，对加载控制系统的安全性提出了更高的要求，在某飞机关键结构件静力试验中，通过对静力试验加载安全保护技术的研究，结合试验实际特点，制定行之有效的安全保护策略，提升对加载系统的控制水平和安全控制余度，保证试验实施的安全。
关键词：静力试验、电液伺服作动器、加载系统、安全保护技术
引言
飞机静力试验是研究飞行器结构或构件在静载荷作用下的强度、刚度以及应力、变形分布的情况，通过试验分析结构断裂和破坏情况,验证飞行器结构强度和静力分析正确性的重要手段。目前，静力试验加载主要使用电子计算机控制的电液伺服作动器进行，该种方式具有加载精度高，加载方式灵活和安全性好等特点。基于电液伺服作动器加载的静力试验控制系统构成如图1所示。
图1电液伺服加载试验系统构成示意图
基于电液伺服控制的静力试验加载系统通常工作在高压力、高输出载荷的状态，其稳定性和安全性十分重要，一旦出现工作异常，往往会造成系统失控、执行机构动作失误、输出载荷超过额定工作范围等情况，严重时会损坏加载对象，造成试验失败，对操作人员和系统造成安全事故。因此，制定可靠的安全保护策略对于电液加载静力试验具有重要意义。
研究背景
某飞机关键结构件的结构静力试验使用基于电液伺服作动器加载的协调加载系统实施，该试验具有加载载荷大、加载高载荷持续时间长等特点。为了保证试验顺利实施，保障试验中的人员和财产安全，需要根据该试验的特点，结合静力试验加载安全技术的应用，应合理设置各项保护参数，达到试验目的。
安全保护技术
安全保护技术的应用，可以很好的处理当协调加载控制系统的软、硬件出现故障或由于误操作等原因导致无法保证加载有效时,系统能够对异常情况进行识别,并能根据预先设置的保护条件自动触发保护功能,使系统卸载液压，达到保护试验人员和试验设备的目的。
安全保护思路
对结构件进行多点协调加载的静力试验时,当加载达一定值,某一加载点可能首先发生局部破坏,此时,控制系统应当对结构件自动地进行保护,以免结构件由于载荷失衡或在无承载能力的情况下继续承受对其施加的载荷而导致结构件全局的破坏。这种局部破坏保护对于静力试验是非常重要的。同时，静力试验的载荷变化不同于疲劳试验,后者的载荷仅在一定的范围内变化,且载荷值也不是很大,因此,静力试验的保护要比疲劳加载困难一些。目前的保护思路主要有:
液压油系统设备声光报警装置，实时监控系统状态，出现异常时能够发出警报，提醒操作人员急停系统；
设计液压保护模块,监控AB腔压差，使两腔压差限制在一定的范围内；
设置上下载荷极限值,当实际载荷超过极限载荷时,液压系统卸压；
设置跟踪载荷误差极限值,当跟踪载荷误差超过极限值时,液压系统卸压；
对每一路传感器的输出载荷,都有两路独立的信号检测电路,对两路信号的A/D转换结果进行比较,当差值较大时,停止加载。
安全检测
控制系统对试验进行全面的实时监测功能，可以及时发现系统的异常工况，以便在最短时间内采取有效措施。具体功能如下：
在试验开始前可以自动检测系统的各类硬件是否工作正常；
实时监测系统各项参数和状态。监测目标包括反馈超限、反馈误差超限、载荷对比超限、系统掉电、系统故障等。其中，载荷传感器采用双桥路输出，防止单桥路采集信号异常。系统掉电和系统故障包括油源急停和故障信号，油源出现异常时，控制系统可接收故障信号并及时报警；
系统安全监测采用实时多级误差（判断，每级误差大小都能设定，各级误差能执行保护功能。
安全保护手段
安全保护手段整体可以分为手动和自动，手动手段主要依托于试验人员主管判断后通过系统硬件配置的急停开关，急停开关一般配置2套，控制间和现场各1套，2套急停开关应串联使用，这样可以增加系统的控制余度；自动手段需要提前设置保护条件，通过系统软件对整个系统的状态监控，达到设置的保护条件后自动触发保护。不论是手动还是自动手段最终都依托控制系统实现。主要的保护手段如表1所示。
表1控制系统主要保护手段表
序号
保护原因
保护途径
实现方式
1
泵源报警
手动
系统监控
2
子站报警
手动
系统监控
3
试件异常
手动
现场决策
4
工装异常
手动
现场决策
5
反馈超限
自动
预先设置
6
反馈超差
自动
预先设置
7
监控超限
自动
预先设置
安全保护技术应用
某飞机关键部件静力试验规划了破坏试验，即对试验件持续加载，直至试验件破坏或者载荷达到200%极限载荷后终止，最大载荷预计为240kN。分析后认为，可以根据加载载荷的不同将试验分为两个阶段
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