舵面角度測(cè)試方法研究

唐曦文

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院 民用飛機(jī)模擬飛行國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201210）

舵面角度測(cè)試方法研究

唐曦文

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院 民用飛機(jī)模擬飛行國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201210）

在飛機(jī)地面模擬試驗(yàn)中需大量測(cè)量各系統(tǒng)舵面角度，通過(guò)利用LVDT伸長(zhǎng)量變化的方式實(shí)現(xiàn)舵面角度的測(cè)量，并用實(shí)例說(shuō)明如何根據(jù)被測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)合理選擇LVDT的量程和安裝支架滿足測(cè)試要求。

線性差動(dòng)傳感器；舵面角度測(cè)試；量程；安裝支架

0 引言

線性差動(dòng)傳感器（LVDT）是機(jī)械-電信號(hào)傳感器，它的輸入信號(hào)是鐵芯的機(jī)械位移量，輸出是一對(duì)與鐵芯位移成正比的交流信號(hào)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、分辨率高、性能穩(wěn)定、輸出功率大等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和檢測(cè)產(chǎn)品的位移、振動(dòng)、角度、應(yīng)變等多種物理量的測(cè)量。

1 舵面角度的測(cè)試原理

圖1 舵面角度測(cè)試原理圖

某型號(hào)飛機(jī)鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)中就采用了大量此類傳感器來(lái)測(cè)試各系統(tǒng)舵面角度（如圖1所示）。當(dāng)舵面圍繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生角度變化值Δ?，此時(shí)由于舵面運(yùn)動(dòng)使安裝在舵面安裝支架與臺(tái)架安裝支架間的LVDT產(chǎn)生位移變化量Δl。由于LVDT產(chǎn)生位移變化Δl使得LVDT輸出不同的電壓值Ui。當(dāng)舵面下偏到最大時(shí)，通過(guò)安裝在舵面上的傾斜傳感器讀出角度值?1，此時(shí)LVDT輸出的電壓值為Umax。然后將舵面上偏2°～5°分別讀出舵面的角度值?2和LVDT的電壓值U2，依次往復(fù)此動(dòng)作分別讀出舵面角度值?i和LVDT的電壓值Ui，直到舵面上偏到最大角度?n和LVDT的電壓值Umin（一般n取10～15個(gè)點(diǎn)）。此時(shí)可以得到舵面角度{?1，?2，…，?n}和{Umax，U2，…，Umin}兩個(gè)數(shù)組，通過(guò)最小二乘法擬合出一個(gè)角度與電壓值的高階公式：?=b0+a1U+ a2U2+，…，+anUn（n通常取2或3），這樣就實(shí)現(xiàn)了通過(guò)LVDT來(lái)測(cè)試舵面角度。

2 LVDT的選型原則

LVDT選型主要有兩個(gè)原則

1）實(shí)際使用的測(cè)試行程大約占LVDT整個(gè)量程的70%～80%，考慮到被測(cè)對(duì)象和LVDT安裝可能帶來(lái)的偏差，實(shí)際使用的測(cè)試行程應(yīng)處于LVDT整個(gè)量程的中間區(qū)域，兩頭各留出10%～15%的余量（如圖2所示）。

圖2 LVDT實(shí)際使用的測(cè)試行程選擇

2）LVDT的機(jī)械外形結(jié)構(gòu)應(yīng)為套筒式。套筒運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的氣體，所以在套筒表面應(yīng)留有導(dǎo)氣孔。此外，LVDT支架在安裝時(shí)可能產(chǎn)生一定的偏差從而導(dǎo)致LVDT在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生卡阻現(xiàn)象，所以LVDT兩端頭上應(yīng)有球軸承（相對(duì)于中心軸有12°偏角）消除這種偏差導(dǎo)致LVDT損壞的可能（如圖3所示）。

圖3 典型的LVDT機(jī)械外形結(jié)構(gòu)

3 LVDT安裝支架的設(shè)計(jì)

1）根據(jù)舵面運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)LVDT安裝支架需注意：臺(tái)架安裝支架中心面與舵面安裝支架中心面共面；通過(guò)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的舵面旋轉(zhuǎn)軸線需與臺(tái)架安裝支架中心面垂直（如圖4所示）。

圖4 LVDT安裝支架示意圖

2）根據(jù)圖1設(shè)計(jì)臺(tái)架安裝支架和舵面安裝支架時(shí)，需先確定懸點(diǎn)1和懸點(diǎn)2兩個(gè)重要的參數(shù)點(diǎn)，這兩個(gè)參數(shù)點(diǎn)決定了LVDT的安裝位置。同時(shí)，在確定這兩個(gè)懸點(diǎn)位置時(shí)還需滿足圖2的LVDT實(shí)際使用的測(cè)試行程選擇原則。當(dāng)舵面位于中立位置時(shí)，在圖4中的舵面安裝支架中心面（或臺(tái)架安裝支架中心面）作草繪（如圖5所示）。

（1）以旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為圓心做一個(gè)直徑為260mm的圓，懸點(diǎn)1落在這個(gè)圓上，懸點(diǎn)1到舵面上表面在該平面上投影的距離大約為50mm～150mm（本例為97.941mm）。然后連接懸點(diǎn)1和旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的連線；再在圓上畫(huà)兩點(diǎn)A、 B，并分別與旋轉(zhuǎn)點(diǎn)連接，使得兩連線與懸點(diǎn)1、旋轉(zhuǎn)點(diǎn)之間連線的夾角均為30°（表示舵面從中立位置上偏或下偏到最大角度）。

（2）當(dāng)舵面向下偏30°時(shí)，LVDT伸長(zhǎng)量最大（135mm）；當(dāng)舵面向上偏轉(zhuǎn)30°時(shí)，LVDT伸長(zhǎng)量最短（15mm）。由于LVDT外形尺寸為285mm（伸長(zhǎng)量為0mm），此時(shí)對(duì)應(yīng)A點(diǎn)，LVDT長(zhǎng)度為15+285=300mm；對(duì)應(yīng)B點(diǎn)，LVDT長(zhǎng)度為135+285=420mm。

（3）以B點(diǎn)為圓心，作一個(gè)半徑為420mm的圓；以A點(diǎn)為圓心，作一個(gè)半徑為300mm的圓；當(dāng)這個(gè)兩個(gè)圓相交產(chǎn)生懸點(diǎn)2，該點(diǎn)到鐵鳥(niǎo)梁在該平面上的投影距離為50～150mm（本例為96.371mm）。如果距離不合適或無(wú)交點(diǎn)，則在圓上適當(dāng)調(diào)整懸點(diǎn)1的位置，直到懸點(diǎn)2滿足上述要求。

圖5 LVDT安裝支架理論圖

3）根據(jù)上述方法得到懸點(diǎn)1和懸點(diǎn)2兩個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)點(diǎn)位置后，基于這兩點(diǎn)分別設(shè)計(jì)舵面安裝支架和臺(tái)架安裝支架。值得注意的是支架必須壓入銅襯套配合LVDT端頭的球軸承使用（如圖6所示）。

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圖6 典型的支架裝配圖

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述方法利用LVDT伸長(zhǎng)量的變化實(shí)現(xiàn)了舵面角度的測(cè)量。通過(guò)飛機(jī)地面模擬試驗(yàn)驗(yàn)證，這種方法可靠性高、精度高、重復(fù)性好，能很好的滿足試驗(yàn)要求，且實(shí)現(xiàn)起來(lái)也較為容易，因此具有一定的工程應(yīng)用參考價(jià)值。

[1] 尤春風(fēng).CATIA V5機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.

[2] 尤春風(fēng).CATIA V5曲面造型[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[3] 尤春風(fēng).CATIA V5高級(jí)應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

Airplane control surface defl ection test method research

TANG Xi-wen

TH124

：A

1009-0134(2017)03-0075-02

2016-12-09

唐曦文（1981 -），男，江蘇無(wú)錫人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事飛機(jī)地面模擬試驗(yàn)測(cè)控的研究。