基于激光跟踪仪的飞机方向舵零位测量实践

王钲云

【摘 要】本文以某型号飞机垂尾和方向舵测量为研究背景，重点开展对飞机大部件之间相对位置测量方法的研究。对基于激光跟踪仪的测量方法进行了实验验证，为激光跟踪仪在飞机生产制造、对接装配中的运用提供可行性的技术依据。飞机垂尾零位测量过程中表明，激光跟踪仪测量公差满足要求，飞机方向舵偏差小于0.18o，飞机方向舵装配良好。

【关键词】激光跟踪仪；方向舵；测量

现代民用飞机对经济型，安全性的追求，对飞机制造，装配精度提出了很高的要求，其中飞机大部件装配精度很大程度上决定了飞机的质量。传统意义上的装配检测精度差、效率低，已经很难满足民用飞机的发展要求。国内外的飞机制造公司都在大力发展精确测量技术和方法，以期提高飞机的生产效率和制造精度，增加产品的市场竞争力。

随着航空制造业的迅速发展，航空测量技术也随之快速发展，激光跟踪仪具有灵活轻便、测量精度高等特点，在现代飞机部件测量中被广泛应用。本文通过对某型飞机垂尾和方向舵进行测量，来检测其装配的精度和方向舵零位位置的准确性。对激光跟踪仪在飞机部件测量上的运用进行了验证，为国内飞机制造企业提供了借鉴和参考。

1 工作流程和测量方法

激光跟踪仪能够获取飞机部件外形测量数据，通过测量数据与理论数字化模型对比，实现零组件、部件外形的制造质量分析。激光跟蹤仪的基本原理是：根据激光干涉的原理测量出靶镜与跟踪头的距离，通过跟踪仪的俯仰轴和偏航轴上的测量传感器测出靶镜与跟踪头的角度，进而计算出测量点的三维坐标。其能够实现目标的静态坐标测量和动态轨迹跟踪。

方向舵零位测量的工作重点是利用激光跟踪仪测量垂尾和方向舵的关键数据。测量的工作流程分为以下几步：场地布置，地面基准建立，数据测量，结果分析。工作流程图如图1所示。

在测量开始前，需要对场地和设备进行布置。由于测量要求精度极高，所以对测量现场和测量环境要求严格，首先测量之前需将飞机调成水平状态，测量应在室内进行，避免风对测量造成影响，测量时飞机各部件应安装完整，飞机处于空机状态，机上不得有其它作业。对垂尾和方向舵进行测量前，要将方向舵调至电子零位，然后断开电源和液压，使飞机的方向舵处于零位状态。

由于需要测量垂尾和方向舵左右两侧，激光跟踪仪在一个站位无法测量到所有点，必须在测量前在测量场地上布置基点，建立全局坐标系，测量期间激光跟踪仪利用固定的地面基点进行站位转换。地面基点是全局坐标系建立的基础，直接影响测量结果，所以在测量期间，基点不得移动。整个测量过程中，应严格控制激光跟踪仪的转站次数，避免因转站导致误差累计。

垂尾和方向舵的测量点应根据实际要求尽可能布置均匀，选择形变较小的位置，最终选择在安定面上左右各安置10个点，分别为A1-A4，B1-B6，均位于垂直安定面的前、后梁附近，其中包括4个水平测量点，图2中以红点标出。方向舵上左右各安置8个点，分别为C1-C4，D1-D4。垂尾、方向舵测量点如图2所示。

2 结果分析

使用激光跟踪仪完成对垂尾安定面和方向舵的测量，将原始测量数据转换至飞机坐标系中，并将垂尾外形数模导入CATIA中进行分析，垂尾、方向舵测量结果如图3所示。

作出左右对称点的中点，由于水平测量点的变形最小，最为精准，所以用4个水平测量点的中点（A1，A4，B3，B6）拟合出对称平面，在CATIA中测量出各个中点与对称平面的距离（点位于对称面左侧为正）。中点与对称面的间距如表1所示。

从表1中可以看出，垂直安定面上的A1-A4，B1-B6，与对称面间距较小，都控制在0.5mm以内，由此可知，对称面质量较好，与实际情况较为符合。C1-C4为方向舵上靠近垂尾后梁的一排点，与对称面间距也较小，装配较好。而D1-D4为方向舵上远离转轴一侧的一排点，与对称面间距较大。可以得出，方向舵与对称面存在一定的夹角。

根据D1-D4与对称面的距离，可以换算出D1-D4各点处对应的方向舵零位偏离度数，D1-D4位置偏离度数如表2所示。

从表中可以看出D1-D4个点都存在偏转，在D1处偏转最小，在D3处偏转最大，约为0.18°。

3 结论

根据飞机的测量检查结果分析，并与理论数模对比，得到如下结论：利用垂直安定面前、后梁作出的对称面符合性良好，安定面各中点与该对称面的差异均小于0.5mm，这也说明，垂直安定面自身的对称性良好；方向舵中立位置存在一定偏离，偏离最大的剖面约向右偏0.18°，满足飞机外形要求。本次方向舵零位检测利用了激光跟踪仪进行测量，提高了测量效率和精度，有效的检测了飞机垂尾装配精度和方向舵的零位位置。该方法可以广泛的运用到飞机制造和装配中，能有效的检测飞机的制造精度和效率。

【参考文献】

[1]王金丹.激光跟踪仪在飞机翼下整流罩测量的应用[J].科技创新导报.2016 （26）.

[责任编辑：朱丽娜]