《X-56A多用途技术验证机（MUTT）结构动力学地面测试概述与经验总结》

X-56A多用途技术验证机（MUTT）是一款缩比固定翼飞机，专为高风险气动弹性飞行演示与研究设计。针对该机型的结构动力学地面测试对模型验证尤为重要，因其结构模型直接应用于开发具备主动颤振抑制能力的飞控系统。X-56A在刚体与结构模态耦合状态下的结构动力学地面测试面临独特挑战。本文概述地面振动测试（GVT）与转动惯量（MOI）测试的配置与实施过程。系列GVT测试包括单机翼固定于支撑架测试，以及整机在空载与满载燃油两种质量状态下的测试。整机测试研究了两种边界条件：起落架支撑状态与自由悬挂状态。俯仰MOI测试采用复合摆法完成，并通过两种不同摆长配置进行重复验证。GVT初始软支撑测试采用多组弹性绳，导致弹性绳与机体结构模态间产生意外耦合效应。为解决此问题，软支撑测试配置历经多次迭代优化。文中重点解析各类GVT配置与边界条件调整方案，总结的经验可为类似飞行器结构动力学测试提供参考。

美国国家航空航天局（NASA）航空研究任务委员会（ARMD）的核心目标之一，是开发提升能效与飞行器操控性能的高性能技术。航空工业中复合材料的应用已实现显著减重，从而提升燃油效率。然而减重可能导致机翼刚度降低，增加飞行器柔性。柔性增强的飞行器更易受颤振、发散与阵风响应等气动弹性现象影响，此类情况下飞行员反应时间可能不足以应对并避免灾难性气动弹性失效。X-56A多用途技术验证机的主动颤振抑制（AFS）研究表明，采用自动化气动伺服弹性控制器最小化气动弹性事件可确保飞行器与乘员安全。图1展示了X-56A MUTT——这款由空军研究实验室（AFRL）（俄亥俄州莱特-帕特森空军基地）开发的无人飞行器，专用于高风险气动弹性飞行演示与研究。X-56A主要目标是通过气动伺服弹性控制器验证AFS与阵风载荷减缓技术的可行性。洛克希德·马丁（LM）臭鼬工厂（马里兰州贝塞斯达）受AFRL委托完成设计，并计划将其移交NASA阿姆斯特朗飞行研究中心（AFRC）进行后续试飞。[1, 2]

复合材料特性与X-56A制造工艺的差异性可能导致有限元模型（FEM）与真实结构存在显著偏差。为此实施地面振动测试（GVT），通过验证并修正FEM使其匹配GVT结果以消除偏差。经测试验证的FEM模态分析结果随后应用于颤振分析与闭环飞行模拟控制器开发。此外还开展了质量特性测试（特别是俯仰转动惯量测试）以验证飞行器俯仰响应特性，该参数对X-56A颤振机制具有重要影响。X-56A项目初始资产包括两个可重复使用机身中段（代号Fido与Buckeye）、一套刚性加强机翼组件、三套柔性机翼组件及地面控制站。AFRC现保有Buckeye机身中段、刚性机翼组件及#2、#3柔性机翼组件。2015年夏季完成Buckeye配装刚性机翼的试飞。洛克希德·马丁原持有Fido机身中段与#1柔性机翼组件，并于2015年11月19日尝试首次柔性机翼飞行，但起飞阶段损失了机身与机翼组件。事故后，AFRC与AFRL继续使用剩余Buckeye机身与机翼组件推进适航认证与试飞工作。2016年春至2016年秋，AFRC对Buckeye #3柔性机翼组件实施结构地面测试（本文聚焦该测试，内容节选自内部测试报告）。2017年夏末，AFRC启动柔性机翼试飞。