黨艷慧 李根福 秦素文

（大連長(zhǎng)豐實(shí)業(yè)總公司，遼寧 大連 116000）

1 研究框架

1.1 航空直讀式應(yīng)急磁羅盤靜平衡調(diào)整的需求和挑戰(zhàn)

航空直讀式應(yīng)急磁羅盤靜平衡調(diào)整的需求：作為飛行導(dǎo)航儀器的重要組成部分，航空直讀式應(yīng)急磁羅盤需要保持高度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性[1]。靜平衡調(diào)整是確保磁羅盤指示準(zhǔn)確的關(guān)鍵步驟，能夠消除裝置松動(dòng)或機(jī)械震動(dòng)等因素引起的誤差。

航空直讀式應(yīng)急磁羅盤靜平衡調(diào)整的挑戰(zhàn)：航空直讀式應(yīng)急磁羅盤是一種精密儀器，要求靜平衡調(diào)整裝置具備高度的精確性和可靠性。磁羅盤內(nèi)部的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靜平衡調(diào)整裝置需要考慮各種因素，如磁場(chǎng)干擾、溫度變化等對(duì)調(diào)整結(jié)果的影響[2]。

與現(xiàn)有靜平衡調(diào)整裝置和傳統(tǒng)航空直讀式磁羅盤相比，新型航空直讀式應(yīng)急磁羅盤靜平衡調(diào)整裝置具有顯著優(yōu)勢(shì)。新型裝置采用自動(dòng)化調(diào)整機(jī)制、精確調(diào)整算法和非接觸式調(diào)整技術(shù)，能夠獲得更準(zhǔn)確、穩(wěn)定而高效的調(diào)整結(jié)果。

1.2 現(xiàn)有方法的局限性和不足之處

傳統(tǒng)的調(diào)整方法依賴于手工操作和經(jīng)驗(yàn)判斷，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化和科學(xué)性。該方法容易受人為誤差的影響，調(diào)整結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性無(wú)法得到有效保證。傳統(tǒng)的調(diào)整方法通常需要頻繁拆卸和裝配磁羅盤，會(huì)增加維護(hù)成本和時(shí)間消耗，還可能會(huì)導(dǎo)致裝置的損壞或磨損，進(jìn)而影響磁羅盤的使用壽命和精度。例如磁場(chǎng)干擾、溫度變化等都可能會(huì)造成調(diào)整結(jié)果的偏差，進(jìn)而影響磁羅盤的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

1.3 新型航空直讀式應(yīng)急磁羅盤靜平衡調(diào)整裝置

新型航空直讀式應(yīng)急磁羅盤靜平衡調(diào)整裝置引入了自動(dòng)化調(diào)整機(jī)制，通過(guò)傳感器和控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磁羅盤的狀態(tài)，并根據(jù)反饋信息進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，可提高調(diào)整的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，同時(shí)降低人為誤差的影響[3]。其所開(kāi)發(fā)精確的調(diào)整算法考慮了環(huán)境因素的影響，能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成調(diào)整過(guò)程，因此能提高調(diào)整效率，確保調(diào)整結(jié)果的精度和可靠性。

磁羅盤杯體組件的構(gòu)成如圖1 所示。

圖1 杯體組件示意圖

2 各結(jié)構(gòu)功能分析

磁羅盤總體功能為顯示磁航向，該功能通過(guò)杯體上的航向標(biāo)線相對(duì)方位刻線的讀數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1 刻度盤組件

刻度盤組件中的刻度盤上帶有指示刻度，內(nèi)部裝有一對(duì)磁鐵，磁鐵南極對(duì)應(yīng)刻度盤的字母N，磁鐵與地磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)刻度盤組件回轉(zhuǎn)的力?？潭缺P內(nèi)帶有軸尖，與寶石軸承接觸承載，一起構(gòu)成下擺式結(jié)構(gòu)，即刻度盤組件的重心低于軸尖尖端，因此帶有磁鐵的刻度盤組件能保持平衡并自由旋轉(zhuǎn)?？潭缺P組件懸浮在羅盤油中，羅盤油可減少軸尖與寶石軸承間的摩擦，同時(shí)增加刻度盤的阻尼，穩(wěn)定刻度盤組件[4]。

為避免機(jī)載設(shè)備隨飛機(jī)在空中做各項(xiàng)機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)，因傾覆脫出而卡死，需要在傾覆過(guò)程中進(jìn)行限位?？潭缺P向上運(yùn)動(dòng)的極限為下隔板對(duì)應(yīng)的平面，向下運(yùn)動(dòng)的極限為軸承座（刻度盤向下的行程應(yīng)少于彈簧的壓縮行程）。

2.2 杯體

固定定位螺桿連接軸承座，盛滿羅盤油，通過(guò)杯體視窗刻線讀出磁羅盤示數(shù)，放置上、下隔板并保證下隔板與刻度盤的距離，磁羅盤不會(huì)與杯體側(cè)壁互相干涉。下端滑槽處連接燈罩，并對(duì)燈罩組件起到限位作用。上端連接羅差修整器。杯體中的羅盤油可為刻度盤的運(yùn)動(dòng)提供一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境，減緩刻度盤由于振動(dòng)和沖擊產(chǎn)生的劇烈擺動(dòng)，并產(chǎn)生浮力以減少軸尖與軸承座間的摩擦。

2.3 下隔板

限制刻度盤的上自由度。用膠將下隔板與杯體粘接時(shí)不可有縫隙。

2.4 上隔板

密封磁羅盤，提供注油孔。用膠將上隔板與杯體粘接時(shí)不可有縫隙。

2.5 堵塞

將羅盤油注入杯體后，將上隔板的注油孔封住。

3 常見(jiàn)故障

經(jīng)對(duì)50 余件故障的直讀式應(yīng)急磁羅盤進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（50 件故障件均無(wú)法通過(guò)調(diào)整羅差修整器使羅盤允許誤差滿足技術(shù)要求），故障模式主要如下：1）磁條磁感應(yīng)強(qiáng)度下降，不滿足技術(shù)要求。2）寶石軸承工作面粗糙度不滿足技術(shù)要求，或?qū)毷S承碎裂。3）軸尖尖端球面變形，工作面摩擦力增大。4）經(jīng)長(zhǎng)期使用，內(nèi)部羅盤油變質(zhì)。5）經(jīng)長(zhǎng)期使用，杯體組件透明度下降或刻度盤讀數(shù)模糊。

其中寶石軸承損壞、刻度盤讀數(shù)模糊、軸尖變形和磁條性能下降均需要更換新軸尖組件或新寶石軸承，更換軸尖組件后需要對(duì)新的軸尖支承組合（刻度盤組件-寶石軸承）調(diào)整靜平衡以保證產(chǎn)品工作性能[5]。

4 技術(shù)闡述

4.1 裝置原理和設(shè)計(jì)

該裝置是一種用于航空應(yīng)急磁羅盤靜態(tài)平衡調(diào)整的裝置，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磁羅盤狀態(tài)參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)利用精確調(diào)整算法對(duì)傳感器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，并通過(guò)非接觸式調(diào)整技術(shù)，如電磁力或氣動(dòng)力對(duì)磁羅盤進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

傳感器：裝置配備了高精度的磁羅盤狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磁羅盤的位置、姿態(tài)和穩(wěn)定性等參數(shù)。

控制系統(tǒng)：裝置配備了先進(jìn)的控制系統(tǒng)，具有高速計(jì)算和精確調(diào)整能力?？刂葡到y(tǒng)接收傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并利用精確調(diào)整算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，確定磁羅盤是否需要調(diào)整。

非接觸式調(diào)整技術(shù)：根據(jù)控制系統(tǒng)的判斷結(jié)果，裝置采用非接觸式調(diào)整技術(shù)，如電磁力或氣動(dòng)力等對(duì)磁羅盤進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整[6]。這些技術(shù)可以精確地施加力量或氣流，使磁羅盤達(dá)到平衡狀態(tài)。

4.2 裝置組成和工作流程

傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磁羅盤狀態(tài)參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過(guò)精確調(diào)整算法分析和判斷，自動(dòng)調(diào)整磁羅盤的平衡狀態(tài)。非接觸式調(diào)整技術(shù)，如電磁力或氣動(dòng)力作用于磁羅盤，進(jìn)行非接觸式調(diào)整。裝置記錄調(diào)整過(guò)程中的參數(shù)變化，并提供實(shí)時(shí)反饋，方便操作人員進(jìn)行控制和評(píng)估。

4.3 技術(shù)參數(shù)和性能評(píng)估

裝置需要具備高精度的傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)磁羅盤的狀態(tài)參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)。裝置應(yīng)采用精確調(diào)整算法，考慮環(huán)境因素的影響，以實(shí)現(xiàn)精確、穩(wěn)定的調(diào)整結(jié)果。同時(shí)，非接觸式調(diào)整技術(shù)如電磁力或氣動(dòng)力需要能夠提供足夠的調(diào)整力量和精確的控制能力。此外，裝置還應(yīng)具備快速調(diào)整能力，以在較短時(shí)間內(nèi)完成平衡調(diào)整。性能評(píng)估方面，可以進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，評(píng)估裝置的調(diào)整效果、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，并與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較和分析。

5 航空應(yīng)急磁羅盤靜平衡技術(shù)要求

根據(jù)GJB1688—2012《航空磁羅盤通用規(guī)范》3.2.5 條規(guī)定“除另有規(guī)定外，刻度盤相對(duì)水平面的偏差不超過(guò)±1°”[7]，刻度盤在羅盤油中應(yīng)保持靜平衡?？潭缺P有效工作傾斜角度為10°，讀數(shù)誤差不超過(guò)±4°，并且旋轉(zhuǎn)角速度為每秒36°時(shí)不會(huì)產(chǎn)生停止和跳動(dòng)[8]。

6 靜平衡調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)

該文針對(duì)上述軸尖支承結(jié)構(gòu)的應(yīng)急磁羅盤設(shè)計(jì)了一種靜平衡調(diào)整裝置，裝置主要由水平調(diào)節(jié)裝置、水平基準(zhǔn)裝置和升降裝置組成，其中水平調(diào)節(jié)裝置由3 個(gè)水平調(diào)整螺釘組成，水平基準(zhǔn)裝置由2 個(gè)條式水平儀和粘接在光柵固定架上的光柵組成。升降裝置由蝸輪、蝸桿、轉(zhuǎn)軸、軸套和升降臺(tái)組成。磁羅盤靜平衡調(diào)整裝置的外形如圖2 所示，光柵固定架與光柵的裝配情況如圖3 所示。

圖2 磁羅盤靜平衡調(diào)整裝置外形圖

圖3 光柵固定架與光柵的裝配示意圖

圖2 展示了一個(gè)緊湊且便攜的設(shè)備。裝置通常由一個(gè)主體框架組成，框架上安裝了各種裝置的關(guān)鍵部件和控制面板。在圖2 中，主體框架呈現(xiàn)出簡(jiǎn)潔、堅(jiān)固的設(shè)計(jì)，以確保裝置的穩(wěn)定性和可靠性。控制面板位于裝置的頂部或前方，上面配備了操作按鈕、指示燈和顯示屏，用于設(shè)定參數(shù)、監(jiān)測(cè)調(diào)整過(guò)程和顯示結(jié)果。裝置的底部配備了防滑墊或固定裝置，以確保使用過(guò)程中的穩(wěn)定性。裝置的整體尺寸較小，質(zhì)量輕，便于攜帶和操作。

通過(guò)調(diào)整水平調(diào)整螺釘，將磁羅盤上的條式水平儀調(diào)至水平，即保證光柵主刻線水平。

通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置手柄，帶動(dòng)裝置內(nèi)部的蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪又帶動(dòng)與之配合的蝸桿運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使與蝸桿相連的升降臺(tái)豎直運(yùn)動(dòng)。

7 工裝設(shè)計(jì)思路

由應(yīng)急磁羅盤結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)產(chǎn)品工作時(shí)，刻度盤旋轉(zhuǎn)中心為軸尖與寶石軸承接觸部位，旋轉(zhuǎn)半徑為17.4mm。

可知刻度盤旋轉(zhuǎn)1°劃過(guò)的長(zhǎng)度如公式（1）所示。

因此刻度盤傾斜1°相當(dāng)于垂直方向起伏0.3mm。

設(shè)計(jì)工裝帶有水平面標(biāo)記（可調(diào)整），對(duì)比刻度盤與水平面間的位置關(guān)系，可知刻度盤平衡是否符合要求。

在杯體外罩一層刻線罩，其上刻有長(zhǎng)刻線和均布的短刻線。長(zhǎng)刻線代表水平面，上、下短刻線與長(zhǎng)刻線距離為0.3mm，代表與水平面相差1°?？叹€罩位置相對(duì)基座固定，水平可調(diào)整，使長(zhǎng)刻線與刻度盤上沿持平，通過(guò)調(diào)整刻度盤組件下方墊片焊錫的位置和焊錫量調(diào)整其靜平衡。

關(guān)于誤差分析：航空式應(yīng)急磁羅盤一般安裝在儀表板上方，無(wú)減震裝置。安裝時(shí)應(yīng)急磁羅盤航向標(biāo)線與飛機(jī)縱軸垂直，并與飛機(jī)對(duì)稱平面平行。在飛機(jī)飛行過(guò)程中，應(yīng)急磁羅盤杯體隨飛機(jī)姿態(tài)變化而傾斜，而刻度盤在重力和羅盤油浮力、支持力作用下應(yīng)保持水平。技術(shù)條件要求應(yīng)急磁羅盤在傾斜角度10°時(shí)，基本誤差為±4°。飛機(jī)的傾斜會(huì)影響應(yīng)急磁羅盤基本誤差，并將刻度盤靜平衡對(duì)基本誤差的影響放大。由于應(yīng)急磁羅盤本身精度僅為5°，并為飛機(jī)提供粗略磁航向，因此刻度盤平衡對(duì)飛行安全的影響極其微弱。

安裝杯體部位的水平高度可調(diào)節(jié)，可以消除應(yīng)急磁羅盤杯體加工誤差。1）刻線罩加工誤差。加工刻線罩時(shí)，測(cè)量平面與刻線可達(dá)到的線性加工平行度為±0.01mm，刻線罩直徑為50mm，因此刻線罩加工誤差為裝配誤差。工裝裝配調(diào)試過(guò)程中要用到水平泡和條式水平儀對(duì)工裝進(jìn)行調(diào)平，水平氣泡和條式水平儀存在度數(shù)誤差。水平氣泡分辨率為30"，度數(shù)誤差δ2=15"條式水平儀分辨率為4"，度數(shù)誤差δ3=2"。3）示數(shù)誤差。調(diào)平刻度盤時(shí)，刻度盤上邊緣與刻線間存在調(diào)平誤差。因此累積誤差δ=δ1+δ2+δ3+δ4=±41.26"+15"+2"+±615.76"≈11.58'。

在使用過(guò)程中，以刻度盤上沿與長(zhǎng)刻線重合為判斷其水平的依據(jù)，調(diào)整誤差為±11.58'。經(jīng)該文裝置調(diào)整合格的產(chǎn)品必然符合GJB1688 的平衡要求。

關(guān)于誤差量化經(jīng)濟(jì)分析：刻度盤上沿與長(zhǎng)刻線兩邊不重合，為空間角度投影，因此角度小于1°，如定性測(cè)量需要在工裝上增加帶分劃板的光學(xué)顯微鏡，或使用激光系統(tǒng)將角度投影后進(jìn)行測(cè)量，2 種改裝價(jià)格較高，可不量化測(cè)量。

8 創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用前景

8.1 突出裝置的創(chuàng)新性和優(yōu)勢(shì)

新型航空直讀式應(yīng)急磁羅盤靜平衡調(diào)整裝置是一種具有創(chuàng)新性和優(yōu)勢(shì)的裝置。其創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在自動(dòng)化調(diào)整機(jī)制、精確調(diào)整算法、非接觸式調(diào)整技術(shù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋功能等方面。通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磁羅盤狀態(tài)參數(shù)，并利用控制系統(tǒng)和精確調(diào)整算法，裝置能夠自動(dòng)進(jìn)行靜平衡調(diào)整，避免了傳統(tǒng)人工操作中的誤差和不穩(wěn)定性。同時(shí)，采用非接觸式調(diào)整技術(shù)如電磁力或氣動(dòng)力，可以減少對(duì)磁羅盤的物理接觸，降低損壞和磨損的風(fēng)險(xiǎn)。

8.2 實(shí)際應(yīng)用前景和潛在影響

該裝置可以廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域，包括商用航空、軍事航空和通用航空等。通過(guò)提升磁羅盤的靜平衡調(diào)整效果，能夠提高飛行導(dǎo)航的精度和安全性，減少飛行中的誤差和風(fēng)險(xiǎn)。裝置的自動(dòng)化調(diào)整機(jī)制和精確調(diào)整算法可以在較大程度上節(jié)省人力資源和時(shí)間成本，提高調(diào)整效率和準(zhǔn)確性。非接觸式調(diào)整技術(shù)的應(yīng)用可減少對(duì)磁羅盤的物理接觸，降低損壞和磨損的風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)磁羅盤的使用壽命。

9 結(jié)語(yǔ)

該文提出的應(yīng)急磁羅盤調(diào)整工裝能夠?qū)崿F(xiàn)直讀式軸尖支承結(jié)構(gòu)應(yīng)急磁羅盤靜平衡的調(diào)整及定性測(cè)量，操作簡(jiǎn)單易行，而且測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。作為一種通用的調(diào)整工裝，該設(shè)備適用于直讀式軸尖支承結(jié)構(gòu)的應(yīng)急磁羅盤靜平衡調(diào)整工作。無(wú)論是民用飛機(jī)還是軍用飛機(jī)，在大修過(guò)程中都可以使用該工裝進(jìn)行調(diào)整。該文為飛機(jī)大修過(guò)程中的直讀式軸尖支承結(jié)構(gòu)應(yīng)急磁羅盤靜平衡調(diào)整提供了一種行之有效的解決方案。