RVSM區(qū)域波紋度的測(cè)量方法研究

朱宇　王茹　李瑾

摘要：RVSM（縮小最小垂直間隔）的精度提高可以增加飛機(jī)飛行高度層和空域容量，使航路得到優(yōu)化，提升飛機(jī)的運(yùn)營(yíng)效率， 提高航空公司的運(yùn)行效益。飛機(jī)全靜壓探頭附近蒙皮波紋度對(duì)RVSM具有重要影響。本文主要探討了數(shù)種可以用來(lái)測(cè)量飛機(jī)蒙皮波紋度的方法，包括先進(jìn)的光學(xué)方法和依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出的樣條曲線法，并對(duì)其中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：RVSM；波紋度；測(cè)量方法

引言

RVSM（Reduced Vertical Separation Minimum）縮小最小垂直間隔標(biāo)準(zhǔn)是在實(shí)行RVSM 運(yùn)行的空域內(nèi)，在高度29000 英尺（8850米）—41000 英尺（12500米）之間的垂直間隔標(biāo)準(zhǔn)由2000 英尺縮小到1000 英尺。該空間范圍內(nèi)飛行高度層的數(shù)量從原來(lái)的7個(gè)增加到13個(gè)。按照這樣的標(biāo)準(zhǔn)從事的飛行活動(dòng)稱(chēng)之為RVSM運(yùn)行。

縮小垂直間隔有眾多優(yōu)點(diǎn)一、可以在可使用的空間中增加飛行高度層和空域容量，航路得到優(yōu)化，提升飛機(jī)的運(yùn)營(yíng)效率；二、該標(biāo)準(zhǔn)有利于航空公司減少航班延誤率；三、有利于機(jī)場(chǎng)管制人員調(diào)配飛行沖突，減輕空中管制的工作負(fù)荷；四、提高航油利用效率，節(jié)約燃油，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；五、與國(guó)際航線網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，降低由非RVSM區(qū)域向RVSM區(qū)域轉(zhuǎn)換難度，減少事故發(fā)生的概率。

1.蒙皮波紋度對(duì)RVSM的影響

波紋度，也稱(chēng)波度，是形成工件或零件表面形貌特征的形狀誤差成分之一。在航空界，它是指那些在加工過(guò)程中， 因零件進(jìn)行拉伸或者進(jìn)行熱處理時(shí)受壓力與變形諸因素的影響而產(chǎn)生的， 在工件表面呈一定周期性重復(fù)出現(xiàn)的、作波浪形高低起伏的一種較小的形狀誤差輪廓起伏的高度及間距的大、小。

進(jìn)行RVSM 運(yùn)行就必須要求飛機(jī)自身能夠比較精確地測(cè)量飛機(jī)的飛行高度，這需要靜壓探頭在進(jìn)行氣壓測(cè)量時(shí)不受較大影響。影響

飛機(jī)高度測(cè)量的誤差有系統(tǒng)誤差和制造偏離誤差。為了保證高度測(cè)量精度，控制RVSM 區(qū)域波紋度是必不可少的。

2.蒙皮波紋度的測(cè)量方法

2.1光學(xué)照相法

在使用光學(xué)照相法測(cè)量波紋度過(guò)程中，在目前各種CAD軟件中，都能夠?qū)崿F(xiàn)各類(lèi)樣條曲線功能，這對(duì)于根據(jù)飛機(jī)蒙皮的實(shí)測(cè)外形數(shù)據(jù)進(jìn)行樣條曲線包絡(luò)，從而進(jìn)行精確分析檢查外形，得出外形波紋度的具體數(shù)據(jù)，提供了可能性。

首先，利用光學(xué)攝影掃描儀器對(duì)RVSM區(qū)域的機(jī)身外蒙皮進(jìn)行測(cè)量獲取外形數(shù)據(jù)，攝影測(cè)量采用MAXscan 激光掃描與攝影測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行定位，用EXAscan 自定位參考點(diǎn)技術(shù)掃描系統(tǒng)進(jìn)行表面掃描，將測(cè)量采集的數(shù)據(jù)通過(guò)特殊的數(shù)據(jù)接口傳入CATIA 系統(tǒng)，生成數(shù)據(jù)點(diǎn)云。

利用光學(xué)測(cè)量?jī)x器所配備的軟件功能，按照一定的間隔，利用多個(gè)和水平面相平行的平面將點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割成數(shù)段，分割所得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)就是該位置蒙皮的實(shí)際情況。點(diǎn)云數(shù)據(jù)切割后，對(duì)數(shù)據(jù)云線進(jìn)行人工凸包分析，提取凸包特征點(diǎn)，再用樣條方法生成曲線，用點(diǎn)云分析功能分析點(diǎn)云與這些曲線的距離，遠(yuǎn)離該曲線的為波谷，貼近該曲線的為波峰，并判斷波峰之間的距離大小作為波谷深度即波幅B，作為波長(zhǎng)L，記錄波谷深度和波長(zhǎng)，可以計(jì)算得到斜率K，通過(guò)以上各數(shù)據(jù)來(lái)分析飛機(jī)外形的波紋度。

從測(cè)量精度上考慮，照相掃描法相比較于一般的物理測(cè)量精度會(huì)高出很多，但是由于測(cè)量?jī)x器的費(fèi)用較高，操作過(guò)程以及分析過(guò)程過(guò)于繁瑣，該測(cè)量方法不適用于生產(chǎn)過(guò)程中的多次測(cè)量和廣泛使用，只能在最終產(chǎn)品交付時(shí)或者要求精度較高時(shí)進(jìn)行精確測(cè)量，保證蒙皮的波紋度要求。

2.2樣條曲線法

樣條曲線有非常好的保凸性和支撐性，在飛機(jī)外形設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。由于飛機(jī)設(shè)計(jì)外形的保凸特性，使得在進(jìn)行飛機(jī)制造外形的波紋度檢查時(shí)，會(huì)自然和樣條聯(lián)系在一起，事實(shí)證明，良好的外形與樣條的貼合良好，而凹凸不平的外形用樣條可很明顯地檢查出來(lái)。在找出飛機(jī)蒙皮外形的凹凸特性后，可以利用斜尺來(lái)確定飛機(jī)外蒙皮和樣條之間的間隙值，從而確定飛機(jī)蒙皮的波幅數(shù)據(jù)。航空制造中用樣條的方法檢查波紋度是最合適也是生產(chǎn)過(guò)程中比較方便簡(jiǎn)潔的辦法，在歐美和原蘇聯(lián)已長(zhǎng)期使用。

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中一般采用有機(jī)玻璃作為生產(chǎn)樣條的原材料，該材料一般只會(huì)產(chǎn)生彈性變形，同時(shí)易于彎曲，較容易和飛機(jī)蒙皮相貼合，同時(shí)又有一定的剛性。通常在RVSM區(qū)域每隔一定距離選取一個(gè)和構(gòu)造水平面相平行的平面，沿測(cè)量剖面將樣條兩端貼于蒙皮表面，先壓緊樣條一端，然后沿測(cè)量剖面將樣條抹平，使樣條貼緊蒙皮。抹平后將樣條兩端與蒙皮壓緊，在兩端施加一定的橫向力使樣條可以較好地和飛機(jī)蒙皮貼平，利用楔形塞尺測(cè)量樣條與蒙皮最大間隙，記做該剖面最大波幅，標(biāo)記最大波幅對(duì)應(yīng)的蒙皮與樣條接觸點(diǎn)，測(cè)量?jī)山佑|點(diǎn)的曲面距離，記做該剖面最大波幅對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。

樣條測(cè)量方法相比較于激光掃描測(cè)量法來(lái)說(shuō)，可達(dá)精度上有所欠缺，如果需要十分精確的反映出機(jī)身蒙皮的波紋度，此方法無(wú)法達(dá)到，只能采用激光掃描測(cè)量法，但是樣條測(cè)量方法也有著它自身的優(yōu)勢(shì)，它在現(xiàn)場(chǎng)操作中較能容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也可以直觀的反映出蒙皮波紋度所存在的問(wèn)題，適合于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的多次簡(jiǎn)單操作。

2.3短鋼板尺測(cè)量

由于有些飛機(jī)RVSM區(qū)域采用密框結(jié)構(gòu)這種特殊的結(jié)構(gòu)形式，它會(huì)在機(jī)身蒙皮上出現(xiàn)波長(zhǎng)很短的波紋度。針對(duì)這一情況，操作更加方便的就是鋼板尺測(cè)量法。

該方法就是利用300mm或者150mm鋼板尺，對(duì)可能出現(xiàn)波幅的機(jī)身蒙皮位置進(jìn)行快速測(cè)量，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)得到機(jī)身蒙皮波紋度的大致測(cè)量數(shù)據(jù)，該方法適用范圍較小，只能適用于密框結(jié)構(gòu)的蒙皮表面，且測(cè)量精度不高，只能進(jìn)行粗略測(cè)量。

3.結(jié)束語(yǔ)

上述幾種機(jī)身表面的波紋度測(cè)量方法可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)配和選擇，同時(shí)可挖掘的現(xiàn)有資源，并將理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，使生產(chǎn)過(guò)程中的RVSM區(qū)域波紋度的測(cè)量更加方便，更加準(zhǔn)確，從而保證飛機(jī)在天空中的高度測(cè)量也更加的精確，真正實(shí)現(xiàn)RVSM運(yùn)行。