基于水平測量的飛機改裝頂升實踐

王宇晨

【摘 要】某型民機中央翼改裝時需卸載翼身對接肋應力。采用多點頂升方案使飛機機翼姿態(tài)接近型架外形。采用水平測量判定頂升姿態(tài)，選擇飛機水平狀態(tài)、機翼上反角、安裝角及對稱性作為水平測量項，經(jīng)過水平測量與調(diào)整頂升力相互迭代實現(xiàn)頂升目標，頂升方案成功實施。改裝實施過程中的監(jiān)測表明，水平測量項在公差范圍內(nèi)變化，同時頂升力相對變化小于5%，飛機姿態(tài)和頂升力存在較精確的對應關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】民用飛機；水平測量；頂升；飛機維修

【Abstract】Stress is required to be reduced to a minimum in the wing-body-connecting rib for civil airplane central wing modification. Wings are supposed to approximate the model shape by jacking at multi positions， for which purpose leveling measurement including anhedral and incidence of wings are needed. Operate an iteration over leveling measurement and adjustment of jacking forces to meet the certain goals of jacking. Jacking project succeeded and monitoring measurement showed its reliability： Measurement results varied within tolerance， and jacking forces， meanwhile， varied within 5% relatively， indicating an accurate connection between wings shape and jacking force.

【Key words】Civil airplane； Leveling measurement； Jacking； Airplane maintenance

0 概述

根據(jù)適航條款要求，飛機頂升是民用飛機設計時需考慮的情況之一，用以支持并穩(wěn)固飛機機身、機翼及尾翼等部件以保證飛機維修維護順利進行[1]，制造商有時還要根據(jù)特定的維修需求制定專門的結(jié)構(gòu)支撐方案。波音公司等對飛機頂升做出了詳細規(guī)定，并指出使用水平測量等手段對頂升姿態(tài)進行監(jiān)測。水平測量是檢驗飛機裝配質(zhì)量和檢測結(jié)構(gòu)變形的重要手段，可用于監(jiān)測飛機頂升維修過程中發(fā)生影響結(jié)構(gòu)安全的位移。

某型民機中央翼結(jié)構(gòu)改裝，需要拆裝翼身對接肋個別連接螺栓，保持原連接螺栓孔不變。飛機完成翼身對接后經(jīng)過地面停放和一定小時數(shù)的飛行，機翼連接部件已經(jīng)承受應力，直接拆解和更換對接肋連接的結(jié)構(gòu)零件難度較大，而且存在風險。所以應將飛機多點頂升，使連接螺栓在拆裝過程中不承受應力，不損壞復用零部件，降低拆卸難度，螺栓安裝孔位不致錯位，易于再次安裝緊固。為此，需將機身（包括尾翼和前起落架等）和機翼（包括主起落架等）的重量分別卸載，并使機翼姿態(tài)恢復到接近型架狀態(tài)以盡量卸載對接肋應力。因此，需制定相應水平測量方案在頂升和改裝實施過程中對飛機姿態(tài)進行監(jiān)測，以配合穩(wěn)定頂升，及時判定頂升是否到位，并在改裝過程中維持卸載狀態(tài)。

1 頂升與水平測量

1.1 頂升點布置

待改裝機型在左右機翼下表面和前后機身設計有頂升點。根據(jù)對接肋卸載及外翼姿態(tài)需求，還需在左右機翼利用翼身對接時使用過的頂升位置。除利用以上既有的頂升位置外，可在龍骨梁下也設置兩個頂升點以配合機身設計頂升點卸載機身及中央翼重量。

圖1是待改裝機型外翼3個頂升點（A，B，C）與起落架放下鎖緊時的外翼重心（G）在水平面投影的等比例幾何關(guān)系圖，可以看出外翼重心位于頂升點三角形內(nèi)，理論上頂升可以穩(wěn)定。機身頂升點位于機身下零縱線附近，在不會左右傾斜情況下，可以將機身重量卸載。

1.2 水平測量項目及公差

為在保證安全的前提下提高頂升效率，根據(jù)機翼型架姿態(tài)這一判定標準選擇水平測量項：采用飛機縱向水平、飛機橫向水平表征飛機水平，通過機翼上反角和安裝角表征機翼姿態(tài)，同時需保持外翼姿態(tài)的對稱性。以上各項可通過測量相應水平測量點得到，其中翼根附近的水平測量點除用于測量機翼姿態(tài)外，還可用左右側(cè)高差表征機身是否發(fā)生傾斜（滾轉(zhuǎn)），避免左右對接肋產(chǎn)生不對稱載荷。考慮到機身較長且改裝位置位于中央翼，除采用前后機身兩測量點（F1，F(xiàn)2）測量縱向水平外，還需要測量中機身上兩點（F1A，F(xiàn)2A）以驗證中機身水平。表1列出了各測量項的參考值和公差，參考值用水平測量點的相對高差表示。根據(jù)水平測量項及場地條件安置水準儀或激光跟蹤儀等儀器，并按需設置轉(zhuǎn)站。

1.3 水平測量與頂升力的迭代

頂升在機庫內(nèi)分兩階段進行：第一階段，按全機水平測量程序，將飛機用設計頂升點頂升并調(diào)平；第二階段，在增加的頂升點逐步加載，頂升參考加載力和限制加載力已根據(jù)飛機裝機狀態(tài)、載荷和邊界條件通過有限元模擬得到。頂升完成需根據(jù)水平測量結(jié)果進行判定，判定標準是：在不超過限制加載力的條件下，維持飛機水平，使外翼姿態(tài)接近型架外形。

飛機縱向和橫向水平狀態(tài)監(jiān)測涉及水平測量點較少，可在頂升過程中多次實施。頂升加載至參考力值附近后，根據(jù)機翼水平測量結(jié)果小幅調(diào)整頂升加載，如此迭代數(shù)次使外翼安裝角和上反角達到表1要求，且飛機處于水平姿態(tài)，表示頂升到位。由于機翼下架后自重影響難以徹底消除，根據(jù)對接肋卸載的工程需要，在左右機翼姿態(tài)對稱的前提下，迭代結(jié)束時建議以保證內(nèi)段機翼上反角和安裝角接近型架外形為主。

2 分析與改進

頂升方案在某架次改裝中獲得首次實施。頂升到位后鎖定頂升加載力進入改裝。為盡量避免對飛機姿態(tài)和受力產(chǎn)生影響，嚴格控制上機人員的數(shù)量和位置。改裝過程中進行了多次水平測量監(jiān)測飛機姿態(tài)，測量要求仍按表1執(zhí)行。測量結(jié)果顯示水平測量項在公差范圍內(nèi)變化，頂升姿態(tài)穩(wěn)定，飛機水平及對稱性保持良好。對接肋連接螺栓拆裝和其他改裝工作順利實施，表明頂升方案獲得成功。

因該頂升方案屬首次實施，考慮到頂升力分析與判讀的經(jīng)驗有所欠缺，頂升過程中采用水平測量對外形進行監(jiān)測更加直觀，而通過有限元模擬獲得的對接肋低應力時的頂升力僅作為參考值。實際上，不同頂升點加載力值差別很大，而頂升到位后實際加載力與參考加載力在分布趨勢和量級上是一致的，表明有限元分析和水平測量兩種決策手段可以初步相互印證，對接肋應力已基本卸載。

在對頂升狀態(tài)監(jiān)測中，水平測量的優(yōu)點是可以精確直觀地測量機翼姿態(tài)是否接近型架外形，如果采用激光跟蹤儀配合多個固定靶球，或采用其他自動化光電設備還可大幅提高測量效率。但在改裝過程中，水平測量的不足是不便于進行長時間實時監(jiān)測，而通過實時測讀頂升力進行監(jiān)測顯得更直接。實際監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，水平測量項在公差范圍內(nèi)變化時，頂升力變化幅度最大不超過5%，大部分情況下更低，說明飛機姿態(tài)和頂升力存在較精確的對應關(guān)系。建議今后在類似的頂升改裝或維修中，若頂升力便于實時精確測讀，頂升到位后可使用測力讀數(shù)進行監(jiān)測，僅在讀數(shù)發(fā)生較大偏差時進行水平測量。

3 結(jié)論

通過基于水平測量的多點頂升實現(xiàn)了某型民機翼身對接肋卸載。采用水平測量項表征機翼姿態(tài)，并將水平測量應用于頂升力和姿態(tài)的主動迭代中，以機翼接近型架外形作為頂升到位的主要判定依據(jù)。改裝過程中監(jiān)測測量顯示飛機姿態(tài)平穩(wěn)。

得益于工程和工藝人員的周密設計和靈活實施，頂升條件下的中央翼改裝得以順利完成，為國內(nèi)民機設計和維修改裝積累了寶貴經(jīng)驗。在此基礎(chǔ)上可進一步開展水平測量和頂升力模擬分析相結(jié)合的頂升方案設計。

【參考文獻】

[1]薄曉莉.民機機翼千斤頂頂升裝置分析[J].民用飛機設計與研究，2011（4）：58-61.

[責任編輯：王楠]