李 宋，崔 雄，戴訓(xùn)洋，陳 亮，徐 忠，邱東東

(1.中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所，陜西 西安 710065；2.長(zhǎng)沙鑫航機(jī)輪剎車有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410205；3.空軍駐長(zhǎng)沙地區(qū)軍事代表室，湖南 長(zhǎng)沙 410205)

1 引 言

航空慣性試驗(yàn)臺(tái)是檢測(cè)飛機(jī)輪胎和剎車裝置性能及可靠性的重要設(shè)備，試驗(yàn)臺(tái)的參數(shù)直接影響飛機(jī)輪胎及剎車裝置各項(xiàng)性能的判定。按照民航機(jī)載設(shè)備地面適航符合性驗(yàn)證試驗(yàn)要求，應(yīng)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行溯源。航空機(jī)輪剎車試驗(yàn)測(cè)量參數(shù)包括剎車能量、提供能量、剎車時(shí)間、剎車距離、剎車力矩、機(jī)輪轉(zhuǎn)速、鼓輪轉(zhuǎn)速、剎車壓力、機(jī)輪載荷，分析上述各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行溯源、檢定與校準(zhǔn)。

2 參數(shù)分析

剎車能量由剎車力矩與剎車距離和時(shí)間等參數(shù)計(jì)算得出；提供能量由基礎(chǔ)慣量與電模擬慣量計(jì)算得出。根據(jù)文獻(xiàn)[1]內(nèi)容，基礎(chǔ)慣量、電模擬慣量、軸承損耗、風(fēng)阻損耗等均由扭矩儀與鼓輪速度計(jì)算得出；鼓輪轉(zhuǎn)速由旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)算得出；剎車時(shí)間由計(jì)時(shí)器直接測(cè)量；剎車距離通過(guò)機(jī)輪轉(zhuǎn)速與機(jī)輪滾動(dòng)半徑計(jì)算得出；機(jī)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方式同鼓輪測(cè)量方式；滾動(dòng)半徑由加載液壓缸位移傳感器與機(jī)輪直徑計(jì)算得出；剎車力矩由搖臂零件與測(cè)試剎車力矩的載荷傳感器計(jì)算得出；剎車壓力由壓力傳感器直接測(cè)量；機(jī)輪載荷由拖架后端安裝的載荷傳感器直接測(cè)量得出。

綜上所述，以某型航空慣性試驗(yàn)臺(tái)為例，對(duì)直接測(cè)量參數(shù)：扭矩、機(jī)輪轉(zhuǎn)速、鼓輪轉(zhuǎn)速、加載液壓缸位移、搖臂零件、力矩測(cè)量載荷傳感器、剎車壓力、機(jī)輪載荷進(jìn)行溯源，并對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行檢定與校準(zhǔn)。

3 參數(shù)溯源、檢定與校準(zhǔn)

3.1 扭矩

扭矩儀安裝在拖動(dòng)電機(jī)與鼓輪組合系統(tǒng)之間，某型航空慣性試驗(yàn)臺(tái)最大測(cè)量扭矩51kN·m，選用量程60kN·m的扭矩儀，國(guó)內(nèi)具備計(jì)量資質(zhì)的扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)最大量程為50kN·m。為對(duì)試驗(yàn)臺(tái)扭矩儀及其采集通道溯源、檢定與校準(zhǔn)，研制了一套測(cè)力式扭矩校準(zhǔn)裝置(見圖1)，扭矩儀兩側(cè)通過(guò)法蘭安裝在加載杠桿和測(cè)量力臂之間；加載杠桿和測(cè)量力臂另外一面連接軸伸，分別安裝在兩側(cè)軸承座中，可繞中心旋轉(zhuǎn)；測(cè)量力臂的兩端按照順時(shí)針/逆時(shí)針方向連接兩個(gè)力傳感器，力傳感器的另外一端與框架連接固定。操作手搖泵驅(qū)動(dòng)液壓缸旋轉(zhuǎn)，加載杠桿對(duì)被檢定扭矩儀施加扭矩。使用力傳感器與測(cè)量力臂進(jìn)行扭矩測(cè)量，對(duì)比裝置與扭矩儀示值對(duì)扭矩儀及其采集通道校準(zhǔn)。

1.框架 2.軸承座 3.軸伸 4.加載杠桿 5.測(cè)量力臂6.力傳感器 7.被測(cè)扭矩儀 8.液壓缸 9.操作臺(tái)圖1 扭矩校準(zhǔn)裝置模型

分析裝置的不確定度進(jìn)行量值溯源，裝置的擴(kuò)展合成不確定度優(yōu)于0.3，通過(guò)0.1級(jí)扭矩儀與校準(zhǔn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)比對(duì)，最大示值誤差0.16%，詳見表1。采用分段擬合的方法校準(zhǔn)扭矩儀及其采集通道，使扭矩儀與裝置之間的示值誤差在0.1%以內(nèi)，扭矩儀測(cè)量不確定度為0.3級(jí)。

表1 扭矩比對(duì)示值及誤差

3.2 機(jī)輪轉(zhuǎn)速、鼓輪轉(zhuǎn)速

機(jī)輪轉(zhuǎn)速與鼓輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方式相同，本文僅介紹機(jī)輪轉(zhuǎn)速檢定原理。機(jī)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量形式見圖2，采用分度值360旋轉(zhuǎn)編碼器與機(jī)輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，西門子測(cè)速模塊FM350-1進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與計(jì)算。在機(jī)輪輪轂處粘貼反光貼紙，使用0.1級(jí)數(shù)字轉(zhuǎn)速表進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量。兩種測(cè)量方式示值及誤差見表2，轉(zhuǎn)速測(cè)量不確定度0.3級(jí)。

圖2 機(jī)輪速度測(cè)量形式

序號(hào)數(shù)字轉(zhuǎn)速表r/min編碼器r/min示值誤差r/min1100.0100.02-0.022200.0199.99-0.013300.0300.05-0.054400.1400.02-0.015500.0500.03-0.036600.0600.03-0.037700.0700.02-0.028800.0800.02-0.029900.0900.00.00

3.3 加載液壓缸位移

加載液壓缸內(nèi)置磁致伸縮位移傳感器進(jìn)行位移測(cè)量，見圖3。檢定儀器使用關(guān)節(jié)臂，測(cè)量誤差±38μm。先測(cè)量液壓缸支座與活動(dòng)框架的距離L，然后比對(duì)液壓缸位移和檢定距離與初始測(cè)量L差的示值，測(cè)量結(jié)果對(duì)比見表3。測(cè)量不確定度0.3。

圖3 加載液壓缸位移檢定

序號(hào)標(biāo)準(zhǔn)行程mm位移傳感器mm關(guān)節(jié)臂mm1200200.2199.632400400.21399.723600600.14599.554800800.14799.465900900.12899.43611001100.131098.98

3.4 剎車力矩

剎車力矩測(cè)量方式見圖4，由搖臂長(zhǎng)度與傳感器示值計(jì)算。搖臂的尺寸受制造與安裝影響，安裝完成后現(xiàn)場(chǎng)使用關(guān)節(jié)臂測(cè)量，測(cè)量誤差±38μm，測(cè)量結(jié)果1000.09mm，不確定度0.06。載荷傳感器與采集通道現(xiàn)場(chǎng)使用0.03級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳感器檢定，檢定數(shù)據(jù)見表4，檢定結(jié)果滿足0.1級(jí)要求，力矩測(cè)量的合成不確定度0.3。

圖4 剎車力矩測(cè)量原理

序號(hào)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷kN傳感器進(jìn)程kN傳感器回程kN122.0002.005244.0004.005366.0006.003488.0008.00151010.00010.000

3.5 剎車壓力

剎車壓力使用0.05級(jí)的高精度數(shù)字壓力表進(jìn)行壓力溯源，溯源原理見圖5，檢定數(shù)據(jù)見表5，剎車壓力測(cè)量不確定度0.5級(jí)。

1.手搖泵 2.單向閥 3.安全閥 4.油箱5.數(shù)字壓力表 6.壓力傳感器 7.PLC 8.工控機(jī)圖5 剎車壓力溯源原理

序號(hào)數(shù)字壓力表MPa壓力傳感器MPa誤差(%FS)188.020.021616.020.032424.070.244040.170.4

3.6 機(jī)輪載荷

機(jī)輪載荷測(cè)量原理見圖6，在拖架與液壓缸之間安裝機(jī)輪載荷傳感器，測(cè)量時(shí)包含了拖架的摩擦力以及安裝誤差。為檢定機(jī)輪載荷，減小測(cè)量誤差，在機(jī)輪安裝處設(shè)計(jì)工裝，在底座上安裝立柱，將0.1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)載荷傳感器安裝在工裝與立柱之間，安裝方式見圖7，比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)載荷傳感器與機(jī)輪載荷傳感器的數(shù)值，校準(zhǔn)機(jī)輪載荷傳感器示值，數(shù)據(jù)見表6，使其與標(biāo)準(zhǔn)載荷傳感器誤差1%。

圖6 機(jī)輪載荷測(cè)量原理

圖7 機(jī)輪載荷在線校準(zhǔn)安裝方式

序號(hào)0.1級(jí)傳感器kN機(jī)輪載荷kN誤差 14039.940.15280800.003240240.010.004360360.060.02

4 結(jié) 論

通過(guò)分析航空慣性試驗(yàn)臺(tái)各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)直接測(cè)量參數(shù)進(jìn)行溯源、檢定與校準(zhǔn)，并對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量不確定度判定，使其滿足試驗(yàn)精度要求，進(jìn)而保障飛機(jī)剎車裝置性能判定的準(zhǔn)確性。