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1、機體載荷校準試驗液壓構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計鐘海中國飛行試驗研宄院摘要：機體載荷校準試驗是飛行載荷試飛實測的必要環(huán)節(jié)。隨著液壓控制技術(shù)的不斷進步，自動控制液壓加載系統(tǒng)己成功應(yīng)用于真實飛機的全機載荷校準試驗。為了解決加載資源、加載工況和加載效率之間的矛盾，利用優(yōu)化算法，科學(xué)設(shè)計試驗是實現(xiàn)試驗安全、高效的有效途徑。在試驗規(guī)則下，利用啟發(fā)式算法對某型機機翼載荷校準試驗工況集進行優(yōu)化設(shè)計，得到最佳試驗液壓系統(tǒng)安裝構(gòu)型以滿足試驗需求。關(guān)鍵詞：載荷校準;液壓控制;優(yōu)化;啟發(fā)式算法;機體載荷校準試驗是使用應(yīng)變法U1實測飛機飛行載荷的必要環(huán)節(jié)。單期校準載荷施加方法一般是通過
2、手動千斤頂裝置以人工方式進行加載。該方法有加載量級小、協(xié)調(diào)性差及試驗數(shù)據(jù)需進行二次人工選擇，處理時間長等缺點。隨著液壓控制技術(shù)的高速發(fā)展，由計算機編程實現(xiàn)加載設(shè)計、液壓系統(tǒng)實現(xiàn)加載過程的自動控制液壓加載系統(tǒng)已應(yīng)用到機體載荷校準技術(shù)屮，并以多點、高載、協(xié)調(diào)的諸多優(yōu)點獲得各試驗單位、研究機構(gòu)的青睞，但也異致了加載規(guī)模大、工況多且復(fù)雜等特點，尤其是液壓系統(tǒng)對應(yīng)于每個加載工況下的加載點的安裝構(gòu)型準備環(huán)節(jié)占用試驗準備的大部分工作量，嚴重影響試驗進度，導(dǎo)致試驗周期增加。為解決該問題，對加載工況及其液壓安裝構(gòu)型匹配集進行設(shè)計優(yōu)化，提高每個安裝構(gòu)型的利用率，降低
3、冗余安裝，減少工作量，以達到高效試驗的目的。1問題描述及數(shù)學(xué)模型1.1問題描述機體載荷校準試驗工況一般由幾十個或甚至上百個工況組成，每個工況都包含一個或多個結(jié)構(gòu)加載點。由于液壓系統(tǒng)的流量控制和作動器的價格因素，對于大量工況下的眾多加載點，很難做到每個加載點都一一對應(yīng)分配一臺液壓作動器。但如果依次實施每個試驗工況，對每個實驗工況所包含的加載點逐步進行液壓作動器的對應(yīng)安裝，其工作量巨大，試驗進度無法接受。根據(jù)試驗要求和試驗資源情況，需對試驗工況進行組合優(yōu)化，在滿足試驗資源條件制約限制下，從可能減少液壓系統(tǒng)調(diào)整安裝次數(shù)，同時還要保證所有工況全部完成。機
4、體載荷校準試驗優(yōu)化設(shè)計問題即為將所有工況進行優(yōu)化組合設(shè)計，最終形成最少數(shù)量的優(yōu)化組合工況，即優(yōu)化后液壓系統(tǒng)安裝構(gòu)型匹配集。優(yōu)化組合工況應(yīng)覆蓋所有工況且每個優(yōu)化組合工況的加載點數(shù)量不大于加載作動器數(shù)量。1.2數(shù)學(xué)模型因機翼/平尾載荷校準試驗中，左/右翼的加載點都是對稱分布；同時，垂尾載荷校準試驗一般采用單邊加載方式，所以為簡化問題，可僅對單邊翼面加載點進行研宄即可。根據(jù)問題描述，對載荷校準試驗過程中作如下假設(shè)和定義。假設(shè)1:作動器數(shù)量小于加載點數(shù)量。假設(shè)2:限定試驗資源條件下的每個作動器均能滿足所有加載點的校準載荷施加要求。在以上假設(shè)基礎(chǔ)上，對加載
5、點，作動器、工況作如下定義。定義1:加載點數(shù)量共有n個。式中，P力加載點集合;加載點數(shù)量力n。定義2:加載作動器井有k臺。式屮，A為作動器集合;作動器數(shù)量為k。定義3:單個工況為按試驗需求從加載點中選取單個或若干個組成的加載點所組成。式中，為單個工況加載點集合，由P集合中的單個元素或多個元素組成;P為加載點集合。定義4:工況集合由所有工況組成。式屮，L為工況集合；為單個工況加載點集合。定義5:組合工況由兩個工況組合而成，其加載點需覆蓋所包含工況的加載點。式中，為組合工況，均為單個工況的加載點集合。定義6:組合工況集合由所有組合工況組成。式中，為組
6、合工況集合；為單個組合工況。定義7:組合優(yōu)化工況為組合工況集合通過優(yōu)化算法選岀的工況。式中，為組合優(yōu)化工況，通過優(yōu)化算法選山；為單個組合工況。定義8:組合優(yōu)化工況集合由組合優(yōu)化工況組成，其單個組合優(yōu)化工況對應(yīng)一個液壓安裝構(gòu)型。式中，為組合優(yōu)化工況集合，為單個優(yōu)化組合工況。組合優(yōu)化的0標是組合優(yōu)化工況集合元素數(shù)量最少，即組合優(yōu)化工況集合基數(shù)最小，則優(yōu)化目標函數(shù)為：其中，式（9）表示0標函數(shù);式（10）至式（13）均為限制條件:式（10）表示作動器數(shù)量小于加載點數(shù)量;式（11）表示單工況的加載點數(shù)量要小于或等于作動器數(shù)量;式（12）表示單個組合工況的
7、加載點數(shù)量要小于或等于作動器數(shù)量；式（13）表示單個優(yōu)化組合工況的加載點數(shù)量要小于或等于作動器數(shù)量。2優(yōu)化算法2.1啟發(fā)式算法啟發(fā)式算法位1是一種棊于直觀或經(jīng)驗構(gòu)造的近似算法，在可接受花費（指計算時間、占用空間等）下給出待解決組合優(yōu)化問題的一個可行解。該解不一定是最優(yōu)解，但可以在合理的時間內(nèi)得到較好的答案。在本文涉及問題中，其試驗情況決定了其加載點和工況個數(shù)所形成的組合規(guī)模不會太復(fù)雜，所以木文基于載荷校準試驗規(guī)則，結(jié)合參考文獻［4］屮求解集合覆蓋問題的方法來處理問題。*事=J本文采用的算法策略基于校準試驗限制條件規(guī)則及集合覆蓋問題求解：（1）試驗
8、中的多點工況如包含某一單點工況，則該被單點工況屬于多冗工況；（2）試驗中多點工況的加載點個數(shù)如小于作動器個數(shù)，則可將多個工況進行組合，如
