角位移傳感器測量直升機(jī)腳蹬行程的方法研究

黃盼　鮑志澤

摘 要：介紹了電位計式角位移傳感器的工作原理與其在測量直升機(jī)腳蹬行程中的應(yīng)用，并得到了直升機(jī)實際飛行過程中的測試數(shù)據(jù)。測試數(shù)據(jù)表明，該測試方法可行，達(dá)到預(yù)期測試目的，對此領(lǐng)域的工程應(yīng)用具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：角位移傳感器 腳蹬行程 直升機(jī)飛行測試

中圖分類號：V22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0025-03

Abstract：The working principle and the application of the measurement about the pedal stroke of a helicopter of the potentiometer type angular displacement senor were introduced，the test data of the helicopter in the flight were got. Test data shows that this test method is feasible and achieved the desired purpose， and it has a certain referencing merit of engineering application in this field.

Key Words：Angular displacement senor； Pedal stroke； Helicopter flight test

直升機(jī)在真實的飛行環(huán)境條件下需要進(jìn)行各種試驗，飛行試驗貫穿于直升機(jī)研究、設(shè)計、鑒定、生產(chǎn)和使用的全過程，是直升機(jī)研發(fā)過程中重要、不可缺的手段和一環(huán)。飛行試驗的結(jié)果通過大量的飛行測量、記錄數(shù)據(jù)結(jié)合試飛員的飛行操作感觀進(jìn)行評定，小部分常規(guī)或簡單的飛行試驗只需要試飛員的飛行操作感觀作定性評估即可，而大量的、重要的飛行試驗則需要借助于各類先進(jìn)的測試手段，獲取海量般的飛行數(shù)據(jù)，經(jīng)精確定量分析處理才能完成，因此飛行試驗測試工作是飛行試驗中的一項十分重要、關(guān)鍵的工作。

直升機(jī)的飛行測試中，對直升機(jī)操縱測量是一個重要的項目。某型直升機(jī)尾槳操縱系統(tǒng)中有左右兩幅腳蹬，兩幅腳蹬是聯(lián)動的。直升機(jī)啟動后，當(dāng)飛行員蹬腳蹬時，與腳蹬固連的轉(zhuǎn)軸帶動拉桿、搖臂、鋼索等部件運(yùn)動，從而改變尾槳操縱聯(lián)桿伸出量的大小，進(jìn)而改變尾槳葉的安裝角。而當(dāng)尾槳葉安裝角發(fā)生變化后，尾槳葉旋轉(zhuǎn)時迎角也會相應(yīng)發(fā)生改變，從而使尾槳拉力發(fā)生改變，由此來完成直升機(jī)的航向操作[1]。因此，對直升機(jī)腳蹬行程進(jìn)行測試，分析腳蹬行程對直升機(jī)的影響、研究及改進(jìn)直升機(jī)的性能有很重要的意義。

1 測試方案及原理

1.1 電位計式角位移傳感器的工作原理

電位計式角位移傳感器的基本原理是通過電位器元件將被測物體的角位移變化轉(zhuǎn)換成與線性或一定函數(shù)關(guān)系的電壓輸出[2]。

電位計的移動端有一個可轉(zhuǎn)動的導(dǎo)電臂，導(dǎo)電臂接觸在環(huán)形電阻條上，導(dǎo)電臂的軸與被測物體通過輪盤相連。被測物體轉(zhuǎn)動，帶動導(dǎo)電臂在電阻條上旋轉(zhuǎn)滑動，從而引起導(dǎo)電臂與電阻條兩固定端之間的電阻發(fā)生變化。阻值的變化量反映了角位移的量值，阻值的增加還是減小則表明了角位移的方向。通常在電位器上通以電源電壓作為輸入電壓，把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出作為信號輸出。

1.2 角位移傳感器的測試原理

該試驗通過在腳蹬處加裝角位移傳感器，腳蹬轉(zhuǎn)動后經(jīng)測試用連桿機(jī)構(gòu)帶動角位移傳感器工作。

腳蹬與腳蹬轉(zhuǎn)軸固定連接，腳蹬相對于直升機(jī)機(jī)體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。如圖2所示，連桿機(jī)構(gòu)2與腳蹬轉(zhuǎn)軸通過抱箍2.1固連，經(jīng)連桿2.2帶動連桿2.3運(yùn)動，連桿2.4與角位移傳感器3通過旋轉(zhuǎn)輪盤固連。當(dāng)腳蹬運(yùn)動后，通過連桿機(jī)構(gòu)2帶動旋轉(zhuǎn)輪盤轉(zhuǎn)動，從而帶動角位移傳感器3工作。

該試驗采用UMA2000為核心的測試系統(tǒng)架構(gòu)，由測試設(shè)備和傳感器設(shè)備等組成。測試參數(shù)接入UMA2000采集系統(tǒng)后被采集、編碼生成PCM數(shù)據(jù)，PCM數(shù)據(jù)通過記錄保存在CF卡。

機(jī)載測試系統(tǒng)原理框圖見圖3，通過引接機(jī)上28VDC直流電源后，電源分兩路，一路給UMA測試系統(tǒng)供電，另一路接5V穩(wěn)壓電源后給角位移傳感器供電。角位移傳感器輸出的電壓信號進(jìn)入UMA采集板卡，經(jīng)濾波、A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換后以PCM編碼形式記錄存儲至CF卡。記錄控制盒可作為記錄開始和結(jié)束的通斷開關(guān)。PC機(jī)相連通過網(wǎng)絡(luò)接口與UMA測試系統(tǒng)相連，作調(diào)試及監(jiān)控用。

1.3 傳感器安裝及標(biāo)定

某型直升機(jī)有左右兩幅腳蹬，兩幅腳蹬是聯(lián)動的。當(dāng)左腳蹬處于前極限位置時，右腳蹬處于后極限位置；當(dāng)右腳蹬處于前極限位置時，左腳蹬處于后極限位置。現(xiàn)定義左腳蹬處于前極限位置時，對應(yīng)的腳蹬運(yùn)動行程百分比為0%；右腳蹬處于前極限位置時，對應(yīng)的腳蹬運(yùn)動行程百分比為100%。

通過角位移傳感器可以將腳蹬的角位移變化轉(zhuǎn)換成一定函數(shù)關(guān)系的電壓輸出，由此可以得到腳蹬運(yùn)動行程百分比和電壓值的函數(shù)關(guān)系。

在腳蹬運(yùn)動全行程范圍內(nèi)，均勻分布取6個行程點(diǎn)（包括左腳蹬前極限點(diǎn)、右腳蹬前極限點(diǎn)），按順序讀出各行程點(diǎn)的輸出電壓值U，共測量2個循環(huán)。如圖4所示，將記錄下來的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)擬合即可得到行程百分比和電壓值的函數(shù)關(guān)系直線[3]。

2 直升機(jī)飛行中的測試結(jié)果

圖5是某型直升機(jī)地面開車時腳蹬運(yùn)動行程曲線。由圖可知，地面開車時，由于腳蹬沒有運(yùn)動，左右腳蹬在平行位置，腳蹬運(yùn)動行程保持在50%左右。橫軸為時間軸，圖5中顯示該次地面開車持續(xù)5 min。

圖6是某型直升機(jī)在試飛過程中腳蹬運(yùn)動行程曲線。由圖6可知，在該次飛行過程中，腳蹬運(yùn)動行程在0%～100%過程中變化。由于飛行員在操縱過程中留有一定的操作余量，腳蹬運(yùn)動行程沒有達(dá)到極限位置。腳蹬運(yùn)動行程測試數(shù)據(jù)與實際飛行操縱狀態(tài)相符，該測試方法滿足直升機(jī)腳蹬操縱要求。

3 結(jié)語

該文介紹了電位計式角位移傳感器的工作原理，分析了角位移傳感器測量直升機(jī)腳蹬行程的測試方案及測試原理。在此基礎(chǔ)上，得到了直升機(jī)飛行中的腳蹬行程的測試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表明該測試方案可行，并對此領(lǐng)域的工程應(yīng)用具有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 張文軍，呂伯平.某型直升機(jī)飛行中腳蹬偏斜的故障分析[J].中國民航飛行學(xué)院學(xué)報，2006，17（1）：15-16.

[2] 郭華玲，孟立凡，馮偉.電位計式角位移傳感器測試系統(tǒng)的動態(tài)性能研究[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報，2010，28（6）：87-89.

[3] 劉瑩，楊寧.角位移傳感器校準(zhǔn)方法的探討[J].計量技術(shù)，2011（3）：56-58.endprint