□張超

西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 西安 710089

某座艙蓋電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)模擬測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

□張超

西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 西安 710089

隨著未來(lái)戰(zhàn)斗機(jī)概念設(shè)計(jì)的發(fā)展，飛機(jī)性能和要求有進(jìn)一步的提升，從飛機(jī)座艙蓋工作要求入手，分析了座艙蓋電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作任務(wù)以及模擬測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重要性。闡述了模擬測(cè)試系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，為模擬測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供一定的技術(shù)參考。

座艙蓋 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 模擬測(cè)試 液壓加載

隨著飛機(jī)性能的大幅提高，飛機(jī)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與性能日趨復(fù)雜，向功能化、模塊化和集成化發(fā)展，座艙蓋系統(tǒng)也逐漸發(fā)展為復(fù)雜的、具備多功能的保障飛行員生命安全的救生系統(tǒng)［1］。艙蓋運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵件是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)必須經(jīng)過(guò)模擬測(cè)試才能出廠使用，以確保裝機(jī)成品能可靠有效地工作，確保飛機(jī)正常飛行。因此必須開(kāi)發(fā)一套檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)是否合格的模擬測(cè)試系統(tǒng)，確保產(chǎn)品上機(jī)前的可靠性。

1 座艙蓋坐標(biāo)系分析

根據(jù)座艙蓋在飛機(jī)上的安裝形式及相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，建立以下坐標(biāo)系。

動(dòng)系：固定在飛機(jī)上的坐標(biāo)系，以O(shè)XYZ表示。原點(diǎn)固定在座艙蓋后鉸處（拋蓋旋轉(zhuǎn)點(diǎn)），逆航向?yàn)閄軸正向，垂直向上為Y軸正向，Z軸正向指向航向左側(cè)［2］。

總體坐標(biāo)系：飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造工程中在數(shù)據(jù)庫(kù)中定義的坐標(biāo)系，以O(shè)1X1Y1Z1表示。原點(diǎn)位于機(jī)身對(duì)稱軸線上機(jī)頭處或前任選的一點(diǎn)，X1軸正向?yàn)榇怪憋w機(jī)對(duì)稱面，指向航向左側(cè)；Y1軸正向?yàn)槟婧较?；Z1軸垂直向上。

如圖1所示，動(dòng)系OXYZ與總體坐標(biāo)系O1X1Y1Z1的坐標(biāo)變換關(guān)系為：

▲圖1 坐標(biāo)系示意圖

2 模擬測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模擬測(cè)試系統(tǒng)主要由液壓加載系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成。加載系統(tǒng)部分為液壓系統(tǒng)，通過(guò)總控臺(tái)控制面板上的壓力閥控制旋鈕，調(diào)節(jié)加載力值大??；位移傳感器與加載液壓缸同步，主要采集液壓缸的位移和測(cè)量產(chǎn)品的動(dòng)作行程。

測(cè)力傳感器與產(chǎn)品另一端連接，測(cè)試時(shí)同步顯示力值的大小。傳感器通過(guò)控制面板上的二次儀表，讀出數(shù)值大小，同時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡中。

2.1 液壓加載簡(jiǎn)介［3］

液壓部分主要由高壓柱塞泵組、蓄能器、油濾器、液壓方向控制閥及加載壓力值控制旋鈕部分組成。高壓柱塞泵組從油箱中抽取液壓油，經(jīng)精密高壓過(guò)濾器過(guò)濾后，由比例壓力控制閥調(diào)壓，通過(guò)單向閥供給電磁方向閥。電磁方向閥根據(jù)需要使液壓油回油箱或供給液壓活塞缸的上下兩腔［4］，控制液壓活塞缸活塞桿的收縮或伸出。

2.2 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集部分配置相應(yīng)的傳感器對(duì)電機(jī)的電壓、電流、加載力值和動(dòng)作行程進(jìn)行測(cè)量，利用A/D板進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,由軟件來(lái)完成數(shù)據(jù)的處理、性能測(cè)試結(jié)果的顯示和打印。

模擬測(cè)試系統(tǒng)是以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)構(gòu)建的硬件平臺(tái)，在系統(tǒng)上采用了模塊化設(shè)計(jì)。主要由控制計(jì)算機(jī)、信號(hào)調(diào)整采集模塊、通信模塊、監(jiān)控模塊和電源系統(tǒng)組成，如圖2所示。

模擬測(cè)試系統(tǒng)要求的直流電源為0～35V/100A，電源的電壓和電流由系統(tǒng)控制面板上的嵌入式電壓和電流表進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)采集系統(tǒng)將電壓和電流信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，在邊界條件下

為州和地方社區(qū)領(lǐng)導(dǎo)提供支持。通過(guò)簡(jiǎn)化接收聯(lián)邦資金的申請(qǐng)流程，提供更多靈活性使聯(lián)邦資源更好地應(yīng)對(duì)不斷變化的教育和經(jīng)濟(jì)需求。

會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)裝置。

▲圖2 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成

3 模擬測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

利用坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)座艙蓋運(yùn)動(dòng)軌跡及受力進(jìn)行分析，建立運(yùn)動(dòng)模型，如圖3所示。

▲圖3 運(yùn)動(dòng)模型

3.1 模擬測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

模擬測(cè)試系統(tǒng)的難點(diǎn)在于完全真實(shí)地模擬座艙蓋電動(dòng)機(jī)構(gòu)在飛機(jī)上安裝及工作的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，必須準(zhǔn)確定位及安裝產(chǎn)品固定支點(diǎn)、動(dòng)點(diǎn)及飛機(jī)艙蓋的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。鉸接零件裝配后必須轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，保證其間隙在0.01 mm內(nèi)，其它零件加工采用數(shù)控多軸加工，保證空間孔位置的精度，安裝示意圖如圖4所示。

▲圖4 模擬安裝位置圖

3.2 模擬測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型建立［5］

根據(jù)零部件的安裝位置，建立動(dòng)力學(xué)模型，如圖5所示。同時(shí)進(jìn)行受力分析和計(jì)算［5］（電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)質(zhì)量忽略不計(jì)）。

座艙蓋初始點(diǎn)液壓活塞缸所需力的計(jì)算：

由三角函數(shù)的定義得：

▲圖5 動(dòng)力學(xué)模型

由相似三角定理得：

根據(jù)三角函數(shù)求得液壓活塞缸所需的初始力為：

式中：FAB為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的初始力；FA是FAB的向上分力；FC是FA反力；FCD為液壓活塞缸的初始力；α為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)初始位置與模擬艙架的夾角；δ為液壓活塞缸初始位置與FC的夾角；L1為模擬艙架的支點(diǎn)到電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)初始位置A點(diǎn)的距離；L2為模擬艙架的支點(diǎn)到液壓活塞缸初始位置C點(diǎn)的距離。

座艙蓋終點(diǎn)液壓活塞缸所需力的計(jì)算，由三角函數(shù)的定義得：

根據(jù)三角函數(shù)求得液壓活塞缸將座艙蓋推到終點(diǎn)所需的力為：

式中：FA1B為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)變化到 A1點(diǎn)的力；FA1為FA1B的向上分力；FC1為FA1的反力；FC1D為液壓活塞缸終點(diǎn)的力；β為FA1B與向上分力的夾角；γ為FC1D與FC1的夾角。

根據(jù)上述計(jì)算得出的力，進(jìn)行模擬測(cè)試系統(tǒng)的加載。加載過(guò)程由計(jì)算機(jī)控制軟件設(shè)置，通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)中比例壓力控制閥進(jìn)行控制，使液壓活塞缸的輸出力達(dá)到可控、漸變和恒力。圖6為模擬測(cè)試效果，圖7為

直線測(cè)試效果。

▲圖6 模擬測(cè)試效果

▲圖7 直線測(cè)試效果

4 總結(jié)

根據(jù)GJB1393-1992飛機(jī)座艙蓋系統(tǒng)通用規(guī)范,利用本模擬測(cè)試系統(tǒng)先后對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，完成了產(chǎn)品循環(huán)疲勞長(zhǎng)試，產(chǎn)品性能考核，各項(xiàng)指標(biāo)均符合產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡和受力，能準(zhǔn)確確保電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品在某機(jī)型上使用。

［1］蔡三軍 新型整體式座艙蓋系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2007.

［2］吉國(guó)明,趙良松.活動(dòng)座艙蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中連接形式分析［J］.西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（2）：150-154.

［3］張志偉.液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電氣控制系統(tǒng)改造［J］.裝備制造技術(shù)，2008（12）：104-106.

［4］高永強(qiáng),呂其惠,李懷俊.液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)探析［J］.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（2）：49-51.

［5］宋壽南.平面匯交二力桿系問(wèn)題解法的新途徑［J］.力學(xué)與實(shí)踐，1987（2）：53.

（編輯 美 華）

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1000-4998（2015）10-0054-03

2015年4月