基于激光跟蹤儀的飛機(jī)方向舵零位測(cè)量實(shí)踐

王鉦云

【摘 要】本文以某型號(hào)飛機(jī)垂尾和方向舵測(cè)量為研究背景，重點(diǎn)開展對(duì)飛機(jī)大部件之間相對(duì)位置測(cè)量方法的研究。對(duì)基于激光跟蹤儀的測(cè)量方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為激光跟蹤儀在飛機(jī)生產(chǎn)制造、對(duì)接裝配中的運(yùn)用提供可行性的技術(shù)依據(jù)。飛機(jī)垂尾零位測(cè)量過程中表明，激光跟蹤儀測(cè)量公差滿足要求，飛機(jī)方向舵偏差小于0.18o，飛機(jī)方向舵裝配良好。

【關(guān)鍵詞】激光跟蹤儀；方向舵；測(cè)量

現(xiàn)代民用飛機(jī)對(duì)經(jīng)濟(jì)型，安全性的追求，對(duì)飛機(jī)制造，裝配精度提出了很高的要求，其中飛機(jī)大部件裝配精度很大程度上決定了飛機(jī)的質(zhì)量。傳統(tǒng)意義上的裝配檢測(cè)精度差、效率低，已經(jīng)很難滿足民用飛機(jī)的發(fā)展要求。國(guó)內(nèi)外的飛機(jī)制造公司都在大力發(fā)展精確測(cè)量技術(shù)和方法，以期提高飛機(jī)的生產(chǎn)效率和制造精度，增加產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

隨著航空制造業(yè)的迅速發(fā)展，航空測(cè)量技術(shù)也隨之快速發(fā)展，激光跟蹤儀具有靈活輕便、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，在現(xiàn)代飛機(jī)部件測(cè)量中被廣泛應(yīng)用。本文通過對(duì)某型飛機(jī)垂尾和方向舵進(jìn)行測(cè)量，來檢測(cè)其裝配的精度和方向舵零位位置的準(zhǔn)確性。對(duì)激光跟蹤儀在飛機(jī)部件測(cè)量上的運(yùn)用進(jìn)行了驗(yàn)證，為國(guó)內(nèi)飛機(jī)制造企業(yè)提供了借鑒和參考。

1 工作流程和測(cè)量方法

激光跟蹤儀能夠獲取飛機(jī)部件外形測(cè)量數(shù)據(jù)，通過測(cè)量數(shù)據(jù)與理論數(shù)字化模型對(duì)比，實(shí)現(xiàn)零組件、部件外形的制造質(zhì)量分析。激光跟蹤儀的基本原理是：根據(jù)激光干涉的原理測(cè)量出靶鏡與跟蹤頭的距離，通過跟蹤儀的俯仰軸和偏航軸上的測(cè)量傳感器測(cè)出靶鏡與跟蹤頭的角度，進(jìn)而計(jì)算出測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)。其能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)的靜態(tài)坐標(biāo)測(cè)量和動(dòng)態(tài)軌跡跟蹤。

方向舵零位測(cè)量的工作重點(diǎn)是利用激光跟蹤儀測(cè)量垂尾和方向舵的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。測(cè)量的工作流程分為以下幾步：場(chǎng)地布置，地面基準(zhǔn)建立，數(shù)據(jù)測(cè)量，結(jié)果分析。工作流程圖如圖1所示。

在測(cè)量開始前，需要對(duì)場(chǎng)地和設(shè)備進(jìn)行布置。由于測(cè)量要求精度極高，所以對(duì)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)和測(cè)量環(huán)境要求嚴(yán)格，首先測(cè)量之前需將飛機(jī)調(diào)成水平狀態(tài)，測(cè)量應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行，避免風(fēng)對(duì)測(cè)量造成影響，測(cè)量時(shí)飛機(jī)各部件應(yīng)安裝完整，飛機(jī)處于空機(jī)狀態(tài)，機(jī)上不得有其它作業(yè)。對(duì)垂尾和方向舵進(jìn)行測(cè)量前，要將方向舵調(diào)至電子零位，然后斷開電源和液壓，使飛機(jī)的方向舵處于零位狀態(tài)。

由于需要測(cè)量垂尾和方向舵左右兩側(cè)，激光跟蹤儀在一個(gè)站位無(wú)法測(cè)量到所有點(diǎn)，必須在測(cè)量前在測(cè)量場(chǎng)地上布置基點(diǎn)，建立全局坐標(biāo)系，測(cè)量期間激光跟蹤儀利用固定的地面基點(diǎn)進(jìn)行站位轉(zhuǎn)換。地面基點(diǎn)是全局坐標(biāo)系建立的基礎(chǔ)，直接影響測(cè)量結(jié)果，所以在測(cè)量期間，基點(diǎn)不得移動(dòng)。整個(gè)測(cè)量過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制激光跟蹤儀的轉(zhuǎn)站次數(shù)，避免因轉(zhuǎn)站導(dǎo)致誤差累計(jì)。

垂尾和方向舵的測(cè)量點(diǎn)應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求盡可能布置均勻，選擇形變較小的位置，最終選擇在安定面上左右各安置10個(gè)點(diǎn)，分別為A1-A4，B1-B6，均位于垂直安定面的前、后梁附近，其中包括4個(gè)水平測(cè)量點(diǎn)，圖2中以紅點(diǎn)標(biāo)出。方向舵上左右各安置8個(gè)點(diǎn)，分別為C1-C4，D1-D4。垂尾、方向舵測(cè)量點(diǎn)如圖2所示。

2 結(jié)果分析

使用激光跟蹤儀完成對(duì)垂尾安定面和方向舵的測(cè)量，將原始測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至飛機(jī)坐標(biāo)系中，并將垂尾外形數(shù)模導(dǎo)入CATIA中進(jìn)行分析，垂尾、方向舵測(cè)量結(jié)果如圖3所示。

作出左右對(duì)稱點(diǎn)的中點(diǎn)，由于水平測(cè)量點(diǎn)的變形最小，最為精準(zhǔn)，所以用4個(gè)水平測(cè)量點(diǎn)的中點(diǎn)（A1，A4，B3，B6）擬合出對(duì)稱平面，在CATIA中測(cè)量出各個(gè)中點(diǎn)與對(duì)稱平面的距離（點(diǎn)位于對(duì)稱面左側(cè)為正）。中點(diǎn)與對(duì)稱面的間距如表1所示。

從表1中可以看出，垂直安定面上的A1-A4，B1-B6，與對(duì)稱面間距較小，都控制在0.5mm以內(nèi)，由此可知，對(duì)稱面質(zhì)量較好，與實(shí)際情況較為符合。C1-C4為方向舵上靠近垂尾后梁的一排點(diǎn)，與對(duì)稱面間距也較小，裝配較好。而D1-D4為方向舵上遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸一側(cè)的一排點(diǎn)，與對(duì)稱面間距較大?？梢缘贸?，方向舵與對(duì)稱面存在一定的夾角。

根據(jù)D1-D4與對(duì)稱面的距離，可以換算出D1-D4各點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的方向舵零位偏離度數(shù)，D1-D4位置偏離度數(shù)如表2所示。

從表中可以看出D1-D4個(gè)點(diǎn)都存在偏轉(zhuǎn)，在D1處偏轉(zhuǎn)最小，在D3處偏轉(zhuǎn)最大，約為0.18°。

3 結(jié)論

根據(jù)飛機(jī)的測(cè)量檢查結(jié)果分析，并與理論數(shù)模對(duì)比，得到如下結(jié)論：利用垂直安定面前、后梁作出的對(duì)稱面符合性良好，安定面各中點(diǎn)與該對(duì)稱面的差異均小于0.5mm，這也說明，垂直安定面自身的對(duì)稱性良好；方向舵中立位置存在一定偏離，偏離最大的剖面約向右偏0.18°，滿足飛機(jī)外形要求。本次方向舵零位檢測(cè)利用了激光跟蹤儀進(jìn)行測(cè)量，提高了測(cè)量效率和精度，有效的檢測(cè)了飛機(jī)垂尾裝配精度和方向舵的零位位置。該方法可以廣泛的運(yùn)用到飛機(jī)制造和裝配中，能有效的檢測(cè)飛機(jī)的制造精度和效率。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王金丹.激光跟蹤儀在飛機(jī)翼下整流罩測(cè)量的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2016 （26）.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]