飞行器结构动载荷特征、测量及识别技术研究进展

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32510

固体力学与飞行器总体设计

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飞行器结构动载荷特征、测量及识别技术研究进展

朱琪潇¹^,²^,³, 黄研昕⁴, 朱锐¹^,²^,³, 杭晓晨¹^,²^,⁵, 费庆国¹^,²^,³()

^1.高速飞行器结构与热防护教育部重点实验室，南京 211189
^2.江苏省空天机械装备工程研究中心，南京 211189
^3.东南大学机械工程学院，南京 211189
^4.航空工业空气动力研究院，沈阳 110034
^5.南京林业大学机电工程学院，南京 210037

收稿日期:2025-07-03 修回日期:2025-08-13 接受日期:2025-09-08 出版日期:2025-09-19 发布日期:2025-09-18
通讯作者: 费庆国 E-mail:qgfei@seu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52125209);国家自然科学基金(52402446);国家自然科学基金(52532012);江苏省自然科学基金(BK20241261);中央高校基本科研业务费专项资金(3202002501C1);航空科学基金(20240013069001)

Research progress on dynamic load characteristics, measurement and identification technology of aircraft structure

Qixiao ZHU¹^,²^,³, Yanxin HUANG⁴, Rui ZHU¹^,²^,³, Xiaochen HANG¹^,²^,⁵, Qingguo FEI¹^,²^,³()

^1.Key Laboratory of Structural and Thermal Protection for High-Speed Aircraft，Ministry of Education，Nanjing 211189，China
^2.Jiangsu Engineering Research Center of Aerospace Machinery，Nanjing 211189，China
^3.School of Mechanical Engineering，Southeast University，Nanjing 211189，China
^4.AVIC Aerodynaiviics Research Institute，Shenyang 110034，China
^5.School of Mechanical and Electrical Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China

Received:2025-07-03 Revised:2025-08-13 Accepted:2025-09-08 Online:2025-09-19 Published:2025-09-18
Contact: Qingguo FEI E-mail:qgfei@seu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52125209);Jiangsu Natural Science Foundation(BK20241261);Fundamental Research Funds for the Central Universities(3202002501C1);Aerospace Science Foundation of China(20240013069001)

摘要/Abstract

摘要：

飞行器在服役时面临着复杂的动载荷环境，其测量成本较高且难以通过直接测量的方式获取。基于动响应信息来识别动载荷已成为获取结构输入的可行方案。从“认知、测量、识别”3方面系统性对飞行器动载荷识别问题进行整理。首先，分析了飞行器机翼、尾翼、舵面、机身、起落架典型位置处的载荷特征，为后续的响应测量技术选取和动载荷识别方法确定提供必要的先验信息。其次，总结了飞行器结构响应的主要测量技术、应用场景及其优缺点。然后，回顾了飞行器动载荷识别方法的研究进展。最后，探讨了飞行器结构动载荷特征、测量及识别领域面临的主要挑战及未来发展趋势。

关键词: 飞行器, 载荷识别, 响应测量, 载荷认知, 结构设计

Abstract:

The aircraft often faces a complex dynamic load environment during service， and its measurement cost is high and difficult to obtain by direct measurement. Dynamic load identification based on dynamic response information has become a feasible solution to obtain structural input. In this paper， the dynamic load identification problems of aircraft are reviewed from three aspects： “cognition， measurement and identification”. Firstly， the load characteristics at typical positions such as wings， tail， rudder surface， fuselage， and landing gear of the aircraft are analyzed， which provides necessary prior information for the subsequent selection of response measurement technology and the determination of dynamic load identification methods. Secondly， the main measurement techniques， application scenarios， advantages and disadvantages of aircraft structural response are summarized. Then， the research progress of aircraft dynamic load identification method is reviewed. Finally， the main challenges and future development trends in the field of dynamic load characteristics， measurement and identification of aircraft structures are discussed.

Key words: aircraft, load identification, response measurement, load cognition, structural design

中图分类号:

V226

朱琪潇, 黄研昕, 朱锐, 杭晓晨, 费庆国. 飞行器结构动载荷特征、测量及识别技术研究进展[J]. 航空学报, 2026, 47(5): 232510.

Qixiao ZHU, Yanxin HUANG, Rui ZHU, Xiaochen HANG, Qingguo FEI. Research progress on dynamic load characteristics, measurement and identification technology of aircraft structure[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(5): 232510.

图/表 25

图 1

图 2

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图 20

图 21

图 22

图23

表1

表2

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

方法类型	典型技术	优势	局限性
直接测量	天平、PSP等	直接获取气动载荷数据	安装空间需求大、灵敏度受限等
接触式测量	应变片、FBG、加速度计等	实时监测、抗电磁干扰、高稳定性	受温度影响较大、设备成本较高、仅适用动载荷等
非接触式测量	DIC、雷达红外热成像等	大变形监测、无需物理接触	依赖光学条件、高温/复杂环境适应性需增强等

部位	主要问题	方法	局限性
机翼	分布式载荷识别阵风形状参数化建模结构不确定性	基函数拟合等随机优化法等概率模型、非概率模型等	数据需求量大；先验假设强，高维计算复杂迭代过程耗时受限于不确定性较高的问题
尾翼	抖振载荷载荷空间分布未知载荷作用位置未知翼根弯矩难以测量	POD降维建模等逐点频域识别法等伪载荷等效法等建立多元线性回归方程等	数据需求量大、参数选取复杂等依赖于结构区域划分需预先分析载荷频宽等特性需大量试验标定、回归模型泛化能力有限
舵	结构不确定性铰链力矩实测与力纷争影响	概率模型、非概率模型等建立载荷应变方程等	受限于不确定性较高的问题需大量试验标定
机身	肩部随机脉动压力结构不确定性多场耦合	等效集中载荷等概率模型、非概率模型等非线性规划求解等	等效假设忽略局部细节，精度较低受限于不确定性较高的问题易陷入局部最优
起落架	三向载荷交互耦合	多元线性回归法、高斯过程回归等	回归模型泛化能力有限

飞行器结构动载荷特征、测量及识别技术研究进展

Research progress on dynamic load characteristics, measurement and identification technology of aircraft structure

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