機翼蒙皮作為飛機氣動(dòng)結構的重要部分，其性能質(zhì)量關(guān)乎飛行安全。蒙皮相當于飛機的“皮膚”，多用于飛機機翼、機身等剖面結構上，蒙皮破損會(huì )導致飛機良好的氣動(dòng)性能被破壞，損傷部位強度下降，危及飛行安全。
某高校科研團隊在風(fēng)洞飛機柔性蒙皮測試實(shí)驗中，通過(guò)光學(xué)應變測量系統研究機翼蒙皮在掠角7°時(shí)，攻角、風(fēng)速、溫度對其性能的影響，了解不同工況下機翼結構力學(xué)特性，得到改變溫度、攻角、風(fēng)速中單一變量條件下的離面位移結果（獲得蒙皮變形、振動(dòng)等模態(tài)參數信息），為提升飛機機翼性能提供了重要實(shí)驗數據。
1、實(shí)驗過(guò)程 科研團隊在實(shí)驗開(kāi)始前，在機翼殼體表面敷上一層柔性材料蒙皮并加以固定，在柔性材料蒙皮的外表面制作散斑。調整機翼，使其后掠角為7°，將機翼固定于風(fēng)洞內固定裝置上，通過(guò)制動(dòng)裝置設定機翼攻角為-4°、0°，并在機翼內部黏貼加熱裝置。 實(shí)驗通過(guò)千眼狼光學(xué)應變測量系統（DIC）采集記錄機翼初始狀態(tài)，并分段記錄三種風(fēng)速下，后掠角為7°，攻角為-4°和0°的實(shí)時(shí)數據。同時(shí)采集記錄在柔性材料蒙皮達到熱平衡狀態(tài)時(shí)，相同實(shí)驗角度下應變數據。 實(shí)驗開(kāi)啟風(fēng)洞，風(fēng)速緩慢升為30m/s。風(fēng)速逐漸穩定后，進(jìn)行高速采集；風(fēng)速緩慢升至40m/s，逐漸穩定后，再次進(jìn)行高速采集；風(fēng)速緩慢升至45m/s，逐漸穩定后，進(jìn)行高速采集。加熱熱平衡狀態(tài)下實(shí)驗布置如上所述重復操作。 2、實(shí)驗數據分析 由于高速采集過(guò)程均在機翼處于穩定狀態(tài)下進(jìn)行，處理初始階段，30m/S、40m/S和45m/S風(fēng)速下各選擇所采集的若干幀圖像中的三幀圖像做計算。初始階段的一幀圖像作為參考圖，其余兩幀用于衡量環(huán)境、系統所引起的誤差，三個(gè)風(fēng)速下各選一幀與初始階段一幀對比。 數據處理時(shí)，以測量系統中“選擇原點(diǎn)”建立坐標系，得到右手系且都是以初始狀態(tài)下機翼表面對稱(chēng)中心為原點(diǎn)，沿機翼縱向向下為x正向，離面向內為z正向。機翼離面位移為正表示機翼降，離面位移為負表示機翼升。接著(zhù)對除作為參考的那些數據相對參考圖移除剛體位移，按劃分區域的網(wǎng)格點(diǎn)導出云圖上每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)處的離面位移、全場(chǎng)離面位移最大及最小值，三個(gè)風(fēng)速下其他兩幀的結果可以與選中的一幀對比作為機翼處于穩定狀態(tài)的證明。 3、實(shí)驗分析結果 ①風(fēng)洞開(kāi)啟后，機翼柔性材料蒙皮局部會(huì )有鼓包、凹陷。 表格1 常溫下各組數據 表格2 加熱熱平衡狀態(tài)下各組數據 ②后掠角7°時(shí)攻角對機翼柔性材料蒙皮性能的影響 通過(guò)表格1、2數據分析得到：溫度、風(fēng)速、后掠角相同情況下，攻角為0°時(shí)，離面位移標準差最小，表明此時(shí)材料變形較為均勻；離面位移最值最小，表明材料表面局部鼓包最小；最大與最小離面位移差值最小，表明材料表面最大變形量較小。由此可得在攻角為0°時(shí)，材料性能表現得最優(yōu)。 ③后掠角7°時(shí)溫度對機翼柔性材料蒙皮性能的影響 對比觀(guān)察表格1、2數據分析可以得到：攻角、風(fēng)速、后掠角相同情況下，加熱熱平衡狀態(tài)下機翼柔性材料表面離面位移標準差較大，表明此時(shí)材料變形更不均勻；離面位移最值較大，表明材料表面局部鼓包較大；最大與最小離面位移差值偏大，表明材料表面最大變形量較大。由此可得在常溫下，材料性能表現得更優(yōu)。 ④后掠角7°時(shí)風(fēng)速對機翼柔性材料蒙皮性能的影響 分別觀(guān)察表格1、2每一列可以得到：溫度、攻角、后掠角相同時(shí)，風(fēng)速越小，離面位移標準差越小，表明此時(shí)材料變形越均勻；離面位移最值越小，表明材料表面局部鼓包越小；最大與最小離面位移差值越小，表明材料表面最大變形量越小。由此可得在風(fēng)速為30米每秒時(shí)，材料性能表現得最優(yōu)。 總結 通過(guò)風(fēng)洞柔性材料蒙皮測試實(shí)驗，進(jìn)一步了解機翼蒙皮性能，實(shí)現機翼的多種變形檢測，增強飛機機動(dòng)能力，適應不同環(huán)境和任務(wù)下飛行需求。飛機制造依賴(lài)于關(guān)鍵部件的質(zhì)量把控，為了飛行安全各零部件設計及材料應變測試，需要借助先進(jìn)的測量與分析方法，將實(shí)驗數據應用于優(yōu)化制造設計中。 千眼狼光學(xué)應變測量系統替代傳統的應變片和引伸計的測量方法，以一種高精度、非接觸式、可視化全場(chǎng)測量的方式，助力我國航空制造業(yè)快速發(fā)展。
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