夏芝瑋

（西飛公司 陜西西安 710089）

飛機(jī)新型舵面偏角測(cè)量系統(tǒng)的研究

夏芝瑋

（西飛公司 陜西西安 710089）

本文描述了傳統(tǒng)舵面測(cè)量方法的弊端，并提出了一種新型的舵面偏角自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)。分別從整體測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)及詳細(xì)實(shí)現(xiàn)方案等方面進(jìn)行了論述。通過(guò)分析各組成部分的工作原理及特點(diǎn)、測(cè)量系統(tǒng)的工作原理及布局分析，表明該新型舵面偏角測(cè)量系統(tǒng)能夠節(jié)省人力、提高生產(chǎn)效率、縮短生產(chǎn)周期。

舵面測(cè)量；測(cè)量系統(tǒng)

引言

飛機(jī)操縱舵面包括副翼、擾流板、方向舵、等，它們的裝配質(zhì)量直接影響著飛機(jī)的飛行軌跡及安全。

某型機(jī)飛行控制系統(tǒng)為三軸四余度電傳的操縱系統(tǒng)。在生產(chǎn)制造過(guò)程中，需要檢查飛機(jī)的后緣襟翼、前緣縫翼和擾流板、副翼等舵面的安裝位置是否滿足設(shè)計(jì)要求，在安裝位置滿足要求的情況下，還需進(jìn)一步檢查舵面的極限偏角是否滿足設(shè)計(jì)要求，該過(guò)程需要通過(guò)反復(fù)的調(diào)整、舵面測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)最終的合格數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的檢測(cè)方法依靠人力、使用傳統(tǒng)的機(jī)械量具分別對(duì)舵面進(jìn)行測(cè)量，效率低、周期長(zhǎng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用自動(dòng)化的測(cè)量方法對(duì)飛機(jī)舵面進(jìn)行檢測(cè)的條件日趨成熟。

1 新型舵面偏角測(cè)量系統(tǒng)總體方案

傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是使用測(cè)角儀對(duì)飛機(jī)的操縱舵面分別進(jìn)行測(cè)量，操作者工作量大、效率低。

新型舵面偏角測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套具有控制中心及數(shù)據(jù)采集前端的完備測(cè)量系統(tǒng)。該測(cè)量系統(tǒng)使用電子部件準(zhǔn)確測(cè)量飛機(jī)各舵面的偏擺角度，將數(shù)據(jù)采集前端收集的舵面偏擺角度通過(guò)具有防干擾的數(shù)據(jù)線傳輸至數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行初步數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而傳送至控制中心，進(jìn)行解算，最后將測(cè)試結(jié)果圖形化顯示、存儲(chǔ)和生成報(bào)表。

系統(tǒng)工作時(shí)，將數(shù)據(jù)采集前端通過(guò)機(jī)械夾具或者粘貼的方式安裝固定在被測(cè)位置。數(shù)據(jù)采集前端電纜與集線器連接，然后將集線器電纜與系統(tǒng)控制中心連接。通過(guò)控制中心的上位機(jī)，可以觀察所有數(shù)據(jù)采集前端的角度數(shù)據(jù)和角度曲線等。

2 新型測(cè)量系統(tǒng)詳細(xì)實(shí)施方案

2.1 數(shù)據(jù)采集前端實(shí)現(xiàn)方法分析

某型機(jī)舵面數(shù)量多，一部分舵面有轉(zhuǎn)軸，而一部分舵面沒(méi)有轉(zhuǎn)軸只有運(yùn)動(dòng)曲面，例如襟、縫翼處于中立位置時(shí)與大地水平面有一定夾角，且運(yùn)動(dòng)軌跡為弧形，精準(zhǔn)測(cè)量存在困難。

對(duì)于上述兩種舵面偏轉(zhuǎn)方式，設(shè)計(jì)兩種類型數(shù)據(jù)采集前端，以保證高精度的測(cè)量要求。下面分別介紹：

2.1.1 有固定轉(zhuǎn)軸型舵面數(shù)據(jù)采集前端實(shí)現(xiàn)方法

當(dāng)舵面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連接舵面與飛機(jī)結(jié)構(gòu)之間的螺栓隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，因此可以通過(guò)工裝將一只轉(zhuǎn)角傳感器同該螺栓固定，當(dāng)舵面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝在螺栓處的轉(zhuǎn)角傳感器隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從而測(cè)出舵面轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。因此，此種類型的數(shù)據(jù)采集前端采用轉(zhuǎn)角傳感器和連接工裝組合的方式實(shí)現(xiàn)。

2.1.2 無(wú)固定轉(zhuǎn)軸型舵面數(shù)據(jù)采集前端實(shí)現(xiàn)方法

由于此類型舵面沒(méi)有可以固定轉(zhuǎn)角傳感器的轉(zhuǎn)軸，因此，考慮在舵面的外表面上粘貼傳感器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)前端數(shù)據(jù)采集。

關(guān)于角度的測(cè)量，現(xiàn)有技術(shù)中，主要有機(jī)械指針式測(cè)角儀、電子羅盤(pán)、傾角傳感器和陀螺儀等。傾角傳感器用于測(cè)量相對(duì)于水平面的測(cè)量角度，但不能測(cè)量方位。本運(yùn)動(dòng)組件需要測(cè)量的對(duì)象是繞一軸（沒(méi)有轉(zhuǎn)角傳感器固定點(diǎn)）旋轉(zhuǎn)的相對(duì)角度，并不需要測(cè)量具體方位，并且該旋轉(zhuǎn)軸并不平行于水平面，因此，本測(cè)量系統(tǒng)中選擇傾角傳感器對(duì)舵面運(yùn)動(dòng)角度進(jìn)行測(cè)量。

舵面偏角測(cè)量組件將雙軸傾角傳感器粘貼固定于舵面外表面上，當(dāng)舵面運(yùn)動(dòng)時(shí)，雙軸傾角傳感器就會(huì)輸出其敏感軸與水平面夾角成一定關(guān)系的電信號(hào)，通過(guò)計(jì)算即可測(cè)量得到舵面偏角。

無(wú)轉(zhuǎn)軸的舵面運(yùn)動(dòng)可分解為沿某方向的相對(duì)平動(dòng)與繞理論偏轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于相對(duì)平動(dòng)不引起舵面偏角，因此只需考慮繞理論偏轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 信號(hào)調(diào)理器實(shí)現(xiàn)原理

信號(hào)調(diào)理是數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)中保證信號(hào)的準(zhǔn)確性、可靠性和安全性的關(guān)鍵性措施。信號(hào)調(diào)理的目的在于提高信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確性，并保護(hù)測(cè)量系統(tǒng)，防止外界異常信號(hào)或異常變化給系統(tǒng)造成的損壞。

信號(hào)調(diào)理分別配置增益調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)節(jié)和傳感器激勵(lì)調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)濾波選擇開(kāi)關(guān)，可根據(jù)試驗(yàn)要求選擇不同截止頻率的有源濾波器。它的功能是保護(hù)信號(hào)調(diào)理模塊和對(duì)傳輸線路上的干擾信號(hào)進(jìn)行抑制。實(shí)現(xiàn)多種增益的組合選擇，可以滿足大多數(shù)測(cè)試的需求。

信號(hào)調(diào)理電路由輸入保護(hù)電路、信號(hào)放大電路、濾波電路和輸出電路組成。

另外，信號(hào)調(diào)理器放大衰減信號(hào)。由于試驗(yàn)中有些信號(hào)幅值比較小，所以需要通過(guò)放大器來(lái)提高測(cè)量的精度。放大器通過(guò)匹配信號(hào)電平和A/D轉(zhuǎn)換器的測(cè)量范圍，來(lái)達(dá)到提高測(cè)量分辨率的目的。

2.3 軟件實(shí)現(xiàn)

程序主要分三部分，包括主程序、傾斜角計(jì)算子程序和校準(zhǔn)子程序。在傾斜傳感器第一次使用前必須對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。綜合各個(gè)狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)完成零點(diǎn)偏移和橫軸補(bǔ)償量計(jì)算。

在傾斜角計(jì)算中，首先讀數(shù)據(jù)進(jìn)行零點(diǎn)偏移補(bǔ)償和橫軸補(bǔ)償，接著對(duì)嚴(yán)重受干擾的數(shù)據(jù)丟棄，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，再判斷傾斜角度大小。當(dāng)角度較小時(shí)，利用兩軸數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)角度過(guò)大時(shí)運(yùn)用三軸數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

軟件以控制中心計(jì)算機(jī)硬件為載體，數(shù)據(jù)采集前端信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理器處理后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行解算，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論要求數(shù)據(jù)對(duì)比，計(jì)算出最終是否滿足要求的結(jié)果。若滿足要求則將試驗(yàn)結(jié)果形成數(shù)據(jù)表單，由打印機(jī)輸出；若不滿足要求，控制中心人員通知調(diào)試人員進(jìn)行飛機(jī)系統(tǒng)調(diào)試，直到滿足要求為止。

3 結(jié)論

經(jīng)以上分析可知，某型機(jī)新型舵面偏角測(cè)量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)飛機(jī)的測(cè)量，并能實(shí)現(xiàn)圖形顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，系統(tǒng)測(cè)量方法滿足測(cè)試要求。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和管理。這種自動(dòng)化舵面偏角測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可大大節(jié)省人力、提高生產(chǎn)效率、縮短生產(chǎn)周期，同時(shí)也為與高集成工作平臺(tái)的集成奠定了基礎(chǔ)。

V241.02

A

1004-7344（2016）32-0235-01

2016-10-27