飞机新型舵面偏角测量系统的研究

夏芝玮

（西飞公司 陕西西安 710089）

飞机新型舵面偏角测量系统的研究

夏芝玮

（西飞公司 陕西西安 710089）

本文描述了传统舵面测量方法的弊端，并提出了一种新型的舵面偏角自动化测量系统。分别从整体测量系统设计及详细实现方案等方面进行了论述。通过分析各组成部分的工作原理及特点、测量系统的工作原理及布局分析，表明该新型舵面偏角测量系统能够节省人力、提高生产效率、缩短生产周期。

舵面测量；测量系统

引言

飞机操纵舵面包括副翼、扰流板、方向舵、等，它们的装配质量直接影响着飞机的飞行轨迹及安全。

某型机飞行控制系统为三轴四余度电传的操纵系统。在生产制造过程中，需要检查飞机的后缘襟翼、前缘缝翼和扰流板、副翼等舵面的安装位置是否满足设计要求，在安装位置满足要求的情况下，还需进一步检查舵面的极限偏角是否满足设计要求，该过程需要通过反复的调整、舵面测量来实现最终的合格数据。

传统的检测方法依靠人力、使用传统的机械量具分别对舵面进行测量，效率低、周期长。随着计算机技术的发展，采用自动化的测量方法对飞机舵面进行检测的条件日趋成熟。

1 新型舵面偏角测量系统总体方案

传统的检测方法是使用测角仪对飞机的操纵舵面分别进行测量，操作者工作量大、效率低。

新型舵面偏角测量系统设计一套具有控制中心及数据采集前端的完备测量系统。该测量系统使用电子部件准确测量飞机各舵面的偏摆角度，将数据采集前端收集的舵面偏摆角度通过具有防干扰的数据线传输至数据采集器进行初步数据处理，进而传送至控制中心，进行解算，最后将测试结果图形化显示、存储和生成报表。

系统工作时，将数据采集前端通过机械夹具或者粘贴的方式安装固定在被测位置。数据采集前端电缆与集线器连接，然后将集线器电缆与系统控制中心连接。通过控制中心的上位机，可以观察所有数据采集前端的角度数据和角度曲线等。

2 新型测量系统详细实施方案

2.1 数据采集前端实现方法分析

某型机舵面数量多，一部分舵面有转轴，而一部分舵面没有转轴只有运动曲面，例如襟、缝翼处于中立位置时与大地水平面有一定夹角，且运动轨迹为弧形，精准测量存在困难。

对于上述两种舵面偏转方式，设计两种类型数据采集前端，以保证高精度的测量要求。下面分别介绍：

2.1.1 有固定转轴型舵面数据采集前端实现方法

当舵面转动时，连接舵面与飞机结构之间的螺栓随之转动，因此可以通过工装将一只转角传感器同该螺栓固定，当舵面转动时，安装在螺栓处的转角传感器随之转动，从而测出舵面转动的角度。因此，此种类型的数据采集前端采用转角传感器和连接工装组合的方式实现。

2.1.2 无固定转轴型舵面数据采集前端实现方法

由于此类型舵面没有可以固定转角传感器的转轴，因此，考虑在舵面的外表面上粘贴传感器的方式来实现前端数据采集。

关于角度的测量，现有技术中，主要有机械指针式测角仪、电子罗盘、倾角传感器和陀螺仪等。倾角传感器用于测量相对于水平面的测量角度，但不能测量方位。本运动组件需要测量的对象是绕一轴（没有转角传感器固定点）旋转的相对角度，并不需要测量具体方位，并且该旋转轴并不平行于水平面，因此，本测量系统中选择倾角传感器对舵面运动角度进行测量。

舵面偏角测量组件将双轴倾角传感器粘贴固定于舵面外表面上，当舵面运动时，双轴倾角传感器就会输出其敏感轴与水平面夹角成一定关系的电信号，通过计算即可测量得到舵面偏角。

无转轴的舵面运动可分解为沿某方向的相对平动与绕理论偏转轴的转动，由于相对平动不引起舵面偏角，因此只需考虑绕理论偏转轴的转动。

2.2 信号调理器实现原理

信号调理是数字化测量系统中保证信号的准确性、可靠性和安全性的关键性措施。信号调理的目的在于提高信号测量的准确性，并保护测量系统，防止外界异常信号或异常变化给系统造成的损坏。

信号调理分别配置增益调整、零点调节和传感器激励调节。设计滤波选择开关，可根据试验要求选择不同截止频率的有源滤波器。它的功能是保护信号调理模块和对传输线路上的干扰信号进行抑制。实现多种增益的组合选择，可以满足大多数测试的需求。

信号调理电路由输入保护电路、信号放大电路、滤波电路和输出电路组成。

另外，信号调理器放大衰减信号。由于试验中有些信号幅值比较小，所以需要通过放大器来提高测量的精度。放大器通过匹配信号电平和A/D转换器的测量范围，来达到提高测量分辨率的目的。

2.3 软件实现

程序主要分三部分，包括主程序、倾斜角计算子程序和校准子程序。在倾斜传感器第一次使用前必须对其进行校准。综合各个状态时的数据完成零点偏移和横轴补偿量计算。

在倾斜角计算中，首先读数据进行零点偏移补偿和横轴补偿，接着对严重受干扰的数据丢弃，进行数据融合，再判断倾斜角度大小。当角度较小时，利用两轴数据进行计算，当角度过大时运用三轴数据进行计算。

软件以控制中心计算机硬件为载体，数据采集前端信号经过调理器处理后输入计算机进行解算，将实测数据与理论要求数据对比，计算出最终是否满足要求的结果。若满足要求则将试验结果形成数据表单，由打印机输出；若不满足要求，控制中心人员通知调试人员进行飞机系统调试，直到满足要求为止。

3 结论

经以上分析可知，某型机新型舵面偏角测量系统能够实现对飞机的测量，并能实现图形显示和数据存储等功能，系统测量方法满足测试要求。系统采用模块化设计思想，便于现场安装和管理。这种自动化舵面偏角测量系统的实现可大大节省人力、提高生产效率、缩短生产周期，同时也为与高集成工作平台的集成奠定了基础。

V241.02

A

1004-7344（2016）32-0235-01

2016-10-27