黃海峰

【摘 要】對于彈簧激振法在舵面上的應(yīng)用示例、試驗測量、測量裝置及提高測量精度的途徑進(jìn)行研究及分析。

【關(guān)鍵詞】民用飛機；操縱舵面；轉(zhuǎn)動慣量；測量；彈簧激振法

中圖分類號： V216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）20-0027-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.009

【Abstract】This article research the Spring Oscillate method and its application in the airplane control surface， then build the test /measure device， research method to enhanceprecision.

【Key words】Civil Aircraft； Control Surface； Moment of Inertia； Measure； Spring Oscillate Method

0 引言

現(xiàn)代飛機一般采用電傳操控系統(tǒng)控制飛機的操縱舵面，一般操縱舵面包括副翼、方向舵、升降舵等，上述結(jié)構(gòu)類似，一般都為楔形盒段結(jié)構(gòu)，在開口區(qū)域布置接頭定軸旋轉(zhuǎn)。本文以副翼為例子，副翼主要負(fù)責(zé)飛機繞機身的滾裝運動，便于飛機快速轉(zhuǎn)向，對轉(zhuǎn)動慣量測量進(jìn)行研究。

副翼的繞軸轉(zhuǎn)動慣量是影響副翼顫振性能的重要指標(biāo)，影響飛機的操控安全，在制造過程中要嚴(yán)格控制副翼的繞軸轉(zhuǎn)動慣量，老式飛機在操縱面上通過加裝補償片的方式調(diào)整慣量，目前常用放啊發(fā)是通過電控驅(qū)動器自動調(diào)控，因此，需要采用精度較高的測量方法測量副翼結(jié)構(gòu)的實際轉(zhuǎn)動慣量。

副翼目前設(shè)計采用較多的復(fù)合材料，使用比例在某型飛機達(dá)到70%以上，重量分布的離散性較金屬結(jié)構(gòu)一般要大，需要通過多架次測量才能給出平均值。

另外在自動化設(shè)計平臺如CATIA等可以輸出部段的重心、轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)，但由于目前在緊固件、噴漆、密封等影響還不能完全精確估算，理論值不能作為唯一的參考，試驗作為一個強有力的補充對于結(jié)構(gòu)設(shè)計還是必不可少的工具。

目前有三種方法可用于測量副翼的轉(zhuǎn)動慣量：扭擺、單擺法和彈簧激振法。前兩種方法需測量副翼的重心及重量，測量重心的方法誤差較大且操作困難，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動慣量測量結(jié)果存在較大誤差。

1 彈簧激振法簡介

彈簧激振法測量轉(zhuǎn)動慣量需建立專用測量臺架，將副翼通過鉸鏈點連接，后緣用彈簧激勵，使副翼小幅振動，測量其振動頻率fa。翻轉(zhuǎn)副翼后，再次測量副翼振動頻率fb。卸下副翼后，使用彈簧校準(zhǔn)塊連接于彈簧上，使彈簧拉伸長度L與副翼平衡時彈簧拉伸長度相等，測出此時彈簧振動頻率f1，見公式1。測出后緣夾具質(zhì)量及彈簧校準(zhǔn)塊質(zhì)量等數(shù)據(jù)，代入公式2即可求出副翼繞軸轉(zhuǎn)動慣。

彈簧激振法的優(yōu)點通過測量副翼翻轉(zhuǎn)前后繞鉸鏈軸線振動的頻率，抵消了重心位置對測量結(jié)果的影響，測量方法中沒有測量副翼重心位置的步驟，因此測量的精度較高。

采用彈簧激振法測量副翼轉(zhuǎn)動慣量時，將副翼的上翼面（或下翼面）向上，安裝于測量臺架上。副翼前緣懸掛接頭鉸鏈孔與臺架鉸接，后緣通過夾具夾持。夾具上的連接點通過彈簧鉤于臺架上，見下圖1。

2 測量臺架建立

副翼通過彈簧及懸掛鉸鏈連接至臺架，注意下列事項才能保證臺架的測量功能。

2.1 基本要求

a）臺架鉸鏈站位選擇與所測試舵面需匹配，至少設(shè)計2個鉸鏈點，兩鉸鏈點站位至少保證舵面具有較好的支撐剛度。

b）臺架懸掛接頭的鉸鏈孔必須安裝軸承。

c）軸承安裝完成后，臺架接頭的同軸度應(yīng)不大于Φ0.2mm/3m展長，使副翼能夠繞鉸鏈軸線自由轉(zhuǎn)動。

d）后緣夾具夾持點位于副翼理論重心站位面上，夾具表面須標(biāo)有夾具的重心位置。

e）彈簧上懸掛點沿垂直方向必須可調(diào)節(jié)。

2.2 保護(hù)要求

a）后緣夾具在安裝及副翼振動過程中，不得對副翼結(jié)構(gòu)造成損傷。

b）臺架須具備保護(hù)緩沖措施，防止振動過程中后緣夾具脫落造成副翼損傷。

2.3 測量要求

a）小幅度撥動副翼，要求彈簧能使副翼振幅明顯（便于測量副翼振動周期），否則需調(diào)整彈簧剛度。

b）靠近副翼后緣位置須放置觀測參照物，便于觀察判斷副翼的初始位置是否處于平衡狀態(tài)、以及振動時的振幅是否滿足要求。

c）采用秒表測量副翼振動周期，秒表精度0.01s。

d）在進(jìn)行慣量測量之前，應(yīng)確認(rèn)副翼所有模塊均已裝配完成，包括橡膠密封件等。

2.4 重要參數(shù)選擇

a）彈簧剛度K值應(yīng)選擇合適，避免剛度太強，無法形成足夠的振動次數(shù)，一般以30-50次為宜。避免選擇過弱，產(chǎn)生過度變形。在測試過程中應(yīng)使用同一根彈簧或經(jīng)校準(zhǔn)剛度一致的彈簧。

b）尾緣夾具重量應(yīng)盡量小，在滿足功能的額情況下，避免影響測量精度。

c）彈簧校準(zhǔn)快重量應(yīng)選擇合適，不大于部段重量。可使用多個測量用小砝碼使用布袋扎緊，亦可使用如沙粒等物質(zhì)使用布袋/塑料袋裝盛并扎緊，避免晃動。

3 提高測量精度的方法

3.1 精度影響分析

根據(jù)公式2，分析相關(guān)參數(shù)對測量精度的影響。公式中重量及尺寸因素只要保證固定可靠及正確測量，對精度影響不大。主要是振動次數(shù)及時間頻率的測量影響測量結(jié)果的精度。主要需要保證的前提如下：

a）保證副翼自由轉(zhuǎn)動：

b）保證彈簧自由振動；

c）提高時間計量精度，避免人為因素影響。

3.2 提高措施

a）保證副翼懸掛軸線處自由轉(zhuǎn)動

鉸鏈軸承類型可選用關(guān)節(jié)軸承、自調(diào)心滾珠球軸承，可以起到調(diào)節(jié)鉸鏈同軸度的作用。建議使用自調(diào)心滾珠球軸承可減少鉸鏈的帶來的摩擦，提高周期測量的精度，并進(jìn)行適當(dāng)潤滑。

b）保證彈簧自由振動

彈簧兩端與支架及夾具連接應(yīng)使用萬向節(jié)類連接，避免彈簧端部在振動式受限，無法完全自由振動，造成鐘擺式運動影響周期測量。

c）提高時間計量精度

秒表測量為最低要求，計時及計數(shù)存在人為因素影響?？蛇x用自動計時計數(shù)器，處理數(shù)據(jù)時應(yīng)去除振動開始及結(jié)束階段的數(shù)據(jù)，保留中間數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

通過對彈簧激振法的原理分析及測量裝置的建立，給出實測量試驗實施方案并根據(jù)飛機實際試驗結(jié)果對照理論估算結(jié)果，可滿足部件測量要求。針對對影響的設(shè)計因素進(jìn)行分析，提取了重要影響因素，并提出提高精度的相關(guān)措施。

【參考文獻(xiàn)】

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