RVSM区域波纹度的测量方法研究

朱宇　王茹　李瑾

摘要：RVSM（缩小最小垂直间隔）的精度提高可以增加飞机飞行高度层和空域容量，使航路得到优化，提升飞机的运营效率， 提高航空公司的运行效益。飞机全静压探头附近蒙皮波纹度对RVSM具有重要影响。本文主要探讨了数种可以用来测量飞机蒙皮波纹度的方法，包括先进的光学方法和依据现场工作经验总结得出的样条曲线法，并对其中的优缺点进行了研究。

关键词：RVSM；波纹度；测量方法

引言

RVSM（Reduced Vertical Separation Minimum）缩小最小垂直间隔标准是在实行RVSM 运行的空域内，在高度29000 英尺（8850米）—41000 英尺（12500米）之间的垂直间隔标准由2000 英尺缩小到1000 英尺。该空间范围内飞行高度层的数量从原来的7个增加到13个。按照这样的标准从事的飞行活动称之为RVSM运行。

缩小垂直间隔有众多优点一、可以在可使用的空间中增加飞行高度层和空域容量，航路得到优化，提升飞机的运营效率；二、该标准有利于航空公司减少航班延误率；三、有利于机场管制人员调配飞行冲突，减轻空中管制的工作负荷；四、提高航油利用效率，节约燃油，保护生态环境；五、与国际航线网络对接，降低由非RVSM区域向RVSM区域转换难度，减少事故发生的概率。

1.蒙皮波纹度对RVSM的影响

波纹度，也称波度，是形成工件或零件表面形貌特征的形状误差成分之一。在航空界，它是指那些在加工过程中， 因零件进行拉伸或者进行热处理时受压力与变形诸因素的影响而产生的， 在工件表面呈一定周期性重复出现的、作波浪形高低起伏的一种较小的形状误差轮廓起伏的高度及间距的大、小。

进行RVSM 运行就必须要求飞机自身能够比较精确地测量飞机的飞行高度，这需要静压探头在进行气压测量时不受较大影响。影响

飞机高度测量的误差有系统误差和制造偏离误差。为了保证高度测量精度，控制RVSM 区域波纹度是必不可少的。

2.蒙皮波纹度的测量方法

2.1光学照相法

在使用光学照相法测量波纹度过程中，在目前各种CAD软件中，都能够实现各类样条曲线功能，这对于根据飞机蒙皮的实测外形数据进行样条曲线包络，从而进行精确分析检查外形，得出外形波纹度的具体数据，提供了可能性。

首先，利用光学摄影扫描仪器对RVSM区域的机身外蒙皮进行测量获取外形数据，摄影测量采用MAXscan 激光扫描与摄影测量系统进行定位，用EXAscan 自定位参考点技术扫描系统进行表面扫描，将测量采集的数据通过特殊的数据接口传入CATIA 系统，生成数据点云。

利用光学测量仪器所配备的软件功能，按照一定的间隔，利用多个和水平面相平行的平面将点云数据分割成数段，分割所得的点云数据就是该位置蒙皮的实际情况。点云数据切割后，对数据云线进行人工凸包分析，提取凸包特征点，再用样条方法生成曲线，用点云分析功能分析点云与这些曲线的距离，远离该曲线的为波谷，贴近该曲线的为波峰，并判断波峰之间的距离大小作为波谷深度即波幅B，作为波长L，记录波谷深度和波长，可以计算得到斜率K，通过以上各数据来分析飞机外形的波纹度。

从测量精度上考虑，照相扫描法相比较于一般的物理测量精度会高出很多，但是由于测量仪器的费用较高，操作过程以及分析过程过于繁琐，该测量方法不适用于生产过程中的多次测量和广泛使用，只能在最终产品交付时或者要求精度较高时进行精确测量，保证蒙皮的波纹度要求。

2.2样条曲线法

样条曲线有非常好的保凸性和支撑性，在飞机外形设计中应用广泛。由于飞机设计外形的保凸特性，使得在进行飞机制造外形的波纹度检查时，会自然和样条联系在一起，事实证明，良好的外形与样条的贴合良好，而凹凸不平的外形用样条可很明显地检查出来。在找出飞机蒙皮外形的凹凸特性后，可以利用斜尺来确定飞机外蒙皮和样条之间的间隙值，从而确定飞机蒙皮的波幅数据。航空制造中用样条的方法检查波纹度是最合适也是生产过程中比较方便简洁的办法，在欧美和原苏联已长期使用。

生产现场中一般采用有机玻璃作为生产样条的原材料，该材料一般只会产生弹性变形，同时易于弯曲，较容易和飞机蒙皮相贴合，同时又有一定的刚性。通常在RVSM区域每隔一定距离选取一个和构造水平面相平行的平面，沿测量剖面将样条两端贴于蒙皮表面，先压紧样条一端，然后沿测量剖面将样条抹平，使样条贴紧蒙皮。抹平后将样条两端与蒙皮压紧，在两端施加一定的横向力使样条可以较好地和飞机蒙皮贴平，利用楔形塞尺测量样条与蒙皮最大间隙，记做该剖面最大波幅，标记最大波幅对应的蒙皮与样条接触点，测量两接触点的曲面距离，记做该剖面最大波幅对应的波长。

样条测量方法相比较于激光扫描测量法来说，可达精度上有所欠缺，如果需要十分精确的反映出机身蒙皮的波纹度，此方法无法达到，只能采用激光扫描测量法，但是样条测量方法也有着它自身的优势，它在现场操作中较能容易实现，同时也可以直观的反映出蒙皮波纹度所存在的问题，适合于生产现场的多次简单操作。

2.3短钢板尺测量

由于有些飞机RVSM区域采用密框结构这种特殊的结构形式，它会在机身蒙皮上出现波长很短的波纹度。针对这一情况，操作更加方便的就是钢板尺测量法。

该方法就是利用300mm或者150mm钢板尺，对可能出现波幅的机身蒙皮位置进行快速测量，在尽可能短的时间内得到机身蒙皮波纹度的大致测量数据，该方法适用范围较小，只能适用于密框结构的蒙皮表面，且测量精度不高，只能进行粗略测量。

3.结束语

上述几种机身表面的波纹度测量方法可根据现场的实际情况进行调配和选择，同时可挖掘的现有资源，并将理论知识和生产实际相结合，使生产过程中的RVSM区域波纹度的测量更加方便，更加准确，从而保证飞机在天空中的高度测量也更加的精确，真正实现RVSM运行。