飛機(jī)系統(tǒng)誤差標(biāo)定研究

摘 要：本文基于系統(tǒng)誤差標(biāo)定基礎(chǔ)上，分析了國(guó)產(chǎn)系列飛機(jī)諸多測(cè)試系統(tǒng)的誤差現(xiàn)狀，指出了測(cè)量系統(tǒng)滿足不了飛機(jī)測(cè)試使用精度要求的原因，提出了系統(tǒng)誤差的可靠彌補(bǔ)措施——系統(tǒng)誤差標(biāo)定方法，在實(shí)際工作中取得了較好的效果，對(duì)國(guó)內(nèi)飛機(jī)的調(diào)整、試飛等機(jī)務(wù)保障工作具有普遍指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)誤差;標(biāo)定;精度

中圖分類號(hào)：V249.322 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）02-0062-04

0 引言

國(guó)內(nèi)多種型號(hào)飛機(jī)載調(diào)整與試飛中，經(jīng)常遇到測(cè)量系統(tǒng)誤差大，滿足不了飛機(jī)實(shí)際測(cè)試使用精度要求的現(xiàn)象，使許多本應(yīng)有效的飛行科目終止或報(bào)廢，嚴(yán)重影響了科研試飛任務(wù)的順利進(jìn)行，因而需要分析飛機(jī)測(cè)量系統(tǒng)原理與測(cè)試對(duì)象的關(guān)系，采取有效措施，以彌補(bǔ)飛機(jī)測(cè)量系統(tǒng)自身精度的不足。

1 誤差與系統(tǒng)誤差標(biāo)定

誤差是物體物理量的測(cè)量值與實(shí)際值之間的差異，誤差分為人為誤差與系統(tǒng)誤差兩種。人為誤差是由于人為的因素引起的，人為誤差一般是動(dòng)態(tài)的、不規(guī)則、隨機(jī)的，在一般情況下，人為誤差限定不超過一個(gè)最小刻度單位，通過多次測(cè)量取平均值方法可以減小人為誤差;系統(tǒng)誤差是由于測(cè)量系統(tǒng)自身引起的誤差，系統(tǒng)誤差一般是動(dòng)態(tài)、有規(guī)律、定向的，且受測(cè)試環(huán)境影響，可選用較高精度的測(cè)量?jī)x器標(biāo)定方法可以減小系統(tǒng)誤差。

在一般情況下為了減小系統(tǒng)誤差，首先要考慮測(cè)試環(huán)境因素影響，盡可能消除環(huán)境影響因素，其次要選用比原測(cè)量?jī)x器精度更高的儀器對(duì)被測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差進(jìn)行標(biāo)定[1]，標(biāo)定方法有多種形式，有直接標(biāo)定、間接標(biāo)定，也有局部開環(huán)標(biāo)定和測(cè)試系統(tǒng)整體閉環(huán)標(biāo)定。

直接標(biāo)定就是在測(cè)量?jī)x器上重新標(biāo)定刻度，測(cè)量者在標(biāo)定過的儀表上直接讀取測(cè)量值，對(duì)于新標(biāo)定或出廠的測(cè)量?jī)x表，用在履歷本上的標(biāo)定直接修正測(cè)量結(jié)果;間接標(biāo)定是測(cè)量者把儀表（或飛參、顯示器）上直接讀取的測(cè)量值減去系統(tǒng)誤差，作為最終測(cè)量值。

用系統(tǒng)誤差標(biāo)定過的系統(tǒng)“測(cè)量值”要比不標(biāo)定的更貼近物體實(shí)際值，能保證測(cè)量數(shù)值的可靠、準(zhǔn)確，可見，系統(tǒng)誤差標(biāo)定方法可作為彌補(bǔ)飛機(jī)測(cè)試系統(tǒng)精度設(shè)計(jì)不足的一種工藝措施。

2 飛機(jī)測(cè)量系統(tǒng)中的誤差現(xiàn)狀

在某型飛機(jī)調(diào)試與試飛中，經(jīng)常遇到發(fā)動(dòng)機(jī)高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、液壓系統(tǒng)液壓壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪后排氣溫度、飛機(jī)交直流電源電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣振動(dòng)值、飛機(jī)進(jìn)氣道大氣總溫值等超標(biāo)故障，這些故障現(xiàn)象經(jīng)常使許多本應(yīng)有效的飛行科目報(bào)廢或終止，影響著飛機(jī)的調(diào)試、試飛和出勤率，統(tǒng)計(jì)表明某試飛單位僅在某一年試飛中，飛機(jī)因測(cè)試參數(shù)不準(zhǔn)確而導(dǎo)致報(bào)廢的飛行起落架次就達(dá)七次，浪費(fèi)了巨大的人力和物力。

2.1 某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪后T4溫度測(cè)量子系統(tǒng)

某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪后T4溫度測(cè)量系統(tǒng)由排氣溫度指示器與GR-20發(fā)動(dòng)機(jī)熱電偶組成[2]，其工作原理如下：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作時(shí)，熱電偶的冷熱端產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，溫度指示器內(nèi)串聯(lián)的熱電偶組產(chǎn)生串聯(lián)疊加電動(dòng)勢(shì)，排氣溫度指示器根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)大小產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的測(cè)試溫度，系統(tǒng)誤差主要來源于排氣溫度指示器和發(fā)動(dòng)機(jī)熱電偶。

排氣溫度指示器在測(cè)量范圍500℃～800℃上的最小刻度為10℃，其它最小刻度為50℃或100℃。

發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪后溫度是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的重要參數(shù)之一，經(jīng)常在地面試車及飛行中檢查，其中需要檢查的狀態(tài)有全加力狀態(tài)、部分加力狀態(tài)、小加力狀態(tài)和中間狀態(tài)等，以上溫度基本在730℃～830℃以內(nèi)，而這個(gè)區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)基本誤差為±14℃，排氣溫度指示器誤差為±9℃，由全套系統(tǒng)引起的誤差最大達(dá)28℃，由排氣溫度指示器引起的誤差最大達(dá)18℃，而發(fā)動(dòng)機(jī)大推力狀態(tài)實(shí)際排氣溫度測(cè)量值大都在760℃～800℃之間，并且以780℃～800℃尤為集中。由于系統(tǒng)誤差大，在試飛過程中渦輪后排氣溫度經(jīng)常指示假“超溫”，導(dǎo)致飛機(jī)本應(yīng)有效的飛行起落報(bào)廢。

2.2 某型飛機(jī)高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速測(cè)量子系統(tǒng)

某型飛機(jī)高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)由2ZZT-5雙組合通用轉(zhuǎn)速指示器及GZT-1A通用轉(zhuǎn)速傳感器組成[2]。其工作原理如下： 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，2ZZT-5轉(zhuǎn)速表通過GZT-1A發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器把發(fā)動(dòng)機(jī)的高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算成與發(fā)動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速成比例的頻率電壓信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)傳感器轉(zhuǎn)子，靜子線圈產(chǎn)生三相交流電，輸送到組合指示器的同步電機(jī)，同步電機(jī)帶動(dòng)磁鐵組一起旋轉(zhuǎn)，經(jīng)磁感應(yīng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成指針角位移，從而指示發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)速指示器全程最小刻度值為1%，發(fā)動(dòng)機(jī)高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般在發(fā)動(dòng)機(jī)全加力狀態(tài)、小加力狀態(tài)、中間狀態(tài)等狀態(tài)檢查，其中，地面上述狀態(tài)低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為（101±0.5）%，空中上述狀態(tài)轉(zhuǎn)速為，而測(cè)試系統(tǒng)在100%～110%區(qū)間段誤差最小為±1.0%，因而系統(tǒng)引起的測(cè)試值最大誤差為2%。可見，由于系統(tǒng)誤差大，足以讓發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在儀表上指示“超轉(zhuǎn)”;同樣發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子最大指示值為（106.5±0.5）%，而系統(tǒng)在100%～110%區(qū)間段最小誤差為±1.0%，引起系統(tǒng)測(cè)試值最大差異為2%，足以使測(cè)試值無效。

2.3 某型飛機(jī)液壓壓力測(cè)量子系統(tǒng)

某型飛機(jī)液壓壓力測(cè)量系統(tǒng)由液壓指示器與液壓壓力傳感器GYY-4組成[2]。當(dāng)液壓泵工作時(shí)，產(chǎn)生的液壓壓力進(jìn)入壓力傳感器GYY-4的包端管的自由端，自由段變形產(chǎn)生位移信號(hào)，引起GYY-4壓力傳感器上的電位計(jì)電刷滑動(dòng)，電位計(jì)便產(chǎn)生與壓力大小相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)輸入ZFZ-1液壓組合指示器上的壓力指示器上，液壓壓力指示器便指示液壓壓力，液壓壓力指示器測(cè)量范圍為～上的最小刻度值是。

一般情況下，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)慢車狀態(tài)以上液壓系統(tǒng)工作壓力應(yīng)為MPa，在檢查液壓壓力降信號(hào)時(shí)，液壓壓力降燈亮壓力為MPa;當(dāng)液壓壓力≤17.2MPa時(shí)，液壓壓力降燈亮和液壓壓力降燈滅壓差不小于1.2MPa。而液壓傳感器的最小基本誤差為±，一般為±，引起測(cè)試值最大差異為～，因而足以使測(cè)試值無效，在飛機(jī)調(diào)試與試飛過程中，也經(jīng)常出現(xiàn)液壓告警與液壓壓力假超標(biāo)現(xiàn)象。

2.4 某型飛機(jī)冷氣壓力測(cè)量子系統(tǒng)

某型飛機(jī)冷氣壓力測(cè)量該系統(tǒng)一般包含主副（正常與應(yīng)急）冷氣系統(tǒng)、剎車?yán)錃庀到y(tǒng)和蓄壓器氮?dú)庀到y(tǒng)組成[2]。

主副（正常與應(yīng)急）冷氣系統(tǒng)由BYQ150-H雙組合壓力表組成。其工作原理是系統(tǒng)冷氣壓力直接進(jìn)入冷氣壓力表，引起冷氣壓力表內(nèi)彈簧管自由端變形，從而帶動(dòng)儀表指針指示冷氣壓力。雙組合壓力表在全量程范圍內(nèi)最小刻度值為，一般情況下冷氣壓力為～，壓力表BYQ150-H的基本誤差最小為±，最大為±，因此，引起系統(tǒng)的測(cè)試值最大差異為～，會(huì)引起冷氣系統(tǒng)指示壓力過大或者過小，影響著飛機(jī)冷氣系統(tǒng)的正常工作，這種影響一般在夏天高溫天氣與冬天低溫天氣時(shí)更突出。

某型飛機(jī)冷氣剎車系統(tǒng)由一個(gè)代號(hào)為BYQ30-H雙組合壓力表組成，其工作原理同BYQ150-H雙組合壓力表，一般情況下檢查冷氣剎車壓力：機(jī)輪剎車壓力為（20±1），自動(dòng)剎車壓力為（7±1），在常溫（20℃±5℃）下，雙組合壓力表誤差為×（±4%），在+60℃～-55℃范圍內(nèi)，雙組合壓力表誤差為×（±6%），系統(tǒng)誤差引起的測(cè)試值最大差異為2.4～3.6，不能滿足飛機(jī)系統(tǒng)測(cè)試要求。

蓄壓器氮?dú)庀到y(tǒng)由BYQ250-2蓄壓器微型氣壓表組成，其工作原理同BYQ150-H雙組合壓力表。在測(cè)量范圍～上的最小刻度值為，在測(cè)量范圍～上的最小刻度值為。用來檢查液壓系統(tǒng)緩沖器充氮壓力值為，此工作點(diǎn)誤差為±，系統(tǒng)誤差引起的測(cè)試值最大差異為，也不能滿足飛機(jī)系統(tǒng)測(cè)試要求。

2.5 某型飛機(jī)交直流電電壓測(cè)量子系統(tǒng)

某型飛機(jī)交直流電電壓測(cè)量系統(tǒng)包含一套交直流電壓表，飛機(jī)交直流電壓表工作原理是飛機(jī)匯流條內(nèi)的電流直接進(jìn)入電壓表內(nèi)動(dòng)圈，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩，偏轉(zhuǎn)力矩大小與動(dòng)圈的電流對(duì)應(yīng)，動(dòng)圈的游絲偏轉(zhuǎn)帶動(dòng)指針指示。交流電壓表在測(cè)量范圍（90～120）V上的最小刻度值為5V，其它范圍為10V，直流電壓表全量程最小刻度值為2V。

一般情況下飛機(jī)交直流電壓測(cè)量子系統(tǒng)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功前后交直流電壓，交流電壓：地面電源為（115±3）V、機(jī)上電源為（115±1.5）V;直流電壓：地面電源為（27±2.7）V、機(jī)上電源為（28.5±0.75）V，系統(tǒng)誤差如下：在（110～120）V交流工作范圍為±3.0%，其它為±4.0%;在（19～30）V直流工作范圍為±3.0%，其它為±4.0%。由此可見，由系統(tǒng)誤差引起的電壓測(cè)試值最大誤差：交流為8.4V、直流為2.1V，不能滿足飛機(jī)測(cè)試精度要求，經(jīng)常導(dǎo)致飛機(jī)報(bào)交直流電壓超標(biāo)。

2.6 某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣振動(dòng)值測(cè)量子系統(tǒng)

某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣振動(dòng)值測(cè)量子系統(tǒng)由電磁式振動(dòng)速度傳感器組成，該型傳感器精度隨測(cè)試對(duì)象的振動(dòng)頻率變化，使用中需要依據(jù)頻率變化，分段標(biāo)定振動(dòng)傳感器的精度，目前國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)采用、為主考核頻點(diǎn)，很難滿足發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試精度要求。

某型發(fā)動(dòng)機(jī)=100%時(shí)高壓轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)物理轉(zhuǎn)速為14675r/min，即對(duì)應(yīng)頻率為，對(duì)于某一特定N2轉(zhuǎn)速下的特定振動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)傳感器接受頻率為，某型振動(dòng)傳感器，對(duì)應(yīng)精度為? ，在頻率對(duì)應(yīng)精度為 ，其它頻率段靈敏度見表1，可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)傳感器在非主頻率段≥80%靈敏度系數(shù)：相對(duì)誤差達(dá)-5%，折合振動(dòng)速度誤差為-3mm/s左右，飛參軟件將發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣振動(dòng)值人為地減小3mm/s～13mm/s，危害著發(fā)動(dòng)機(jī)的安全與可靠性，不能滿足飛機(jī)測(cè)試精度要求。

2.7 某型飛機(jī)油量測(cè)量子系統(tǒng)

某型飛機(jī)油量測(cè)量子系統(tǒng)由指示器、電器控制盒、油量傳感器和傳感信號(hào)器等組成。其工作原理是利用安裝于各組油箱內(nèi)的傳感器，能靈敏地感受燃油體積、密度和油位變化，采用帶有閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng)的L、C交流電橋原理，將非電量的變化轉(zhuǎn)化為電量的變化，經(jīng)L、C電橋輸出一個(gè)失調(diào)信號(hào)，經(jīng)放大控制隨動(dòng)系統(tǒng)使電橋達(dá)到平衡，從而得到一個(gè)定量的指示公斤數(shù)，達(dá)到測(cè)量機(jī)上實(shí)際載油量的目的，油量傳感器的安裝位置偏差與油量表和油量指示器的自身偏差影響著油量誤差最多可達(dá)200kg～300kg。

2.8 某型飛機(jī)進(jìn)氣道大氣總溫測(cè)量子系統(tǒng)

某型飛機(jī)進(jìn)氣道大氣總溫測(cè)量由阻滯式大氣總溫傳感器組成，在小M數(shù)（M<0.4）時(shí)，總溫測(cè)量系統(tǒng)負(fù)誤差比較明顯，尤其是在地面試車情況下，測(cè)試總溫總小于試車場(chǎng)外溫度計(jì)所測(cè)試的靜溫，最大可達(dá)-2℃～-10℃左右，系統(tǒng)誤差對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)影響主要、、、、值偏低，最多使、偏低2%左右，最多偏低10%左右，最多偏低20%左右，最多偏低60℃左右（見表2），使發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)調(diào)整后性能處于較低狀態(tài)[3-5]，影響著飛機(jī)大表速、升限、大表速等戰(zhàn)技指標(biāo)，影響著飛機(jī)安全。

3 系統(tǒng)誤差的標(biāo)定

鑒于飛機(jī)系統(tǒng)誤差現(xiàn)狀，研究一套行之有效的工藝測(cè)量方法，可以提高系統(tǒng)測(cè)量精度，并有效防止飛機(jī)系統(tǒng)誤報(bào)故。

一般被測(cè)物體的總系統(tǒng)誤差表達(dá)為，N為影響系統(tǒng)誤差因素的N個(gè)環(huán)節(jié)，為第i個(gè)環(huán)節(jié)上的系統(tǒng)誤差，飛機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的誤差影響因素多種多樣（見圖1），要充分考慮各環(huán)節(jié)的影響因素，既要分清主次，保證標(biāo)定工作簡(jiǎn)捷可行，又要保證系統(tǒng)精度滿足測(cè)試要求。

對(duì)于飛機(jī)液壓壓力測(cè)量系統(tǒng)、冷氣壓力測(cè)量系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，用高精度壓力表對(duì)各壓力傳感器的工藝檢查測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)誤差部分標(biāo)定，能將系統(tǒng)誤差減小到原來的20%～40%，可以滿足飛機(jī)測(cè)試精度要求。如：飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速表指示器系統(tǒng)誤差在100%～110%標(biāo)定為+1%，如果空中飛行發(fā)動(dòng)機(jī)在最大狀態(tài)轉(zhuǎn)速在飛機(jī)儀表或飛參中顯示為103%，飛機(jī)儀表雖然顯示超轉(zhuǎn)（空中規(guī)定為），但由于實(shí)際值為102%，那么我們就判斷轉(zhuǎn)速符合規(guī)定，而系統(tǒng)誤差標(biāo)定工作就是讓飛行員在飛行前知道該表頭誤差為+1%，飛行時(shí)需要修正，尤其在大M數(shù)和升限科目飛行時(shí)更應(yīng)該提醒飛行員對(duì)轉(zhuǎn)速顯示器的修正，防止飛行員誤操縱發(fā)動(dòng)機(jī)。

對(duì)于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪后T4溫度測(cè)量系統(tǒng)、交直流電壓測(cè)量系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣振動(dòng)值測(cè)量系統(tǒng)，需要用高精度傳感器和數(shù)學(xué)建模、曲線擬合、軟件修正等辦法分別標(biāo)定各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差[4]，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)誤差閉環(huán)標(biāo)定，能將原來系統(tǒng)誤差減小到原來的10%～20%，滿足了飛機(jī)測(cè)試精度要求。

對(duì)于進(jìn)氣道總溫測(cè)試系統(tǒng)誤差主要是由于受總溫傳感器溫度恢復(fù)系數(shù)和時(shí)間常數(shù)等特性影響，故在飛機(jī)試車場(chǎng)陰涼無風(fēng)處，用一個(gè)精度較高的溫度傳感器（如煤油式溫度傳感器）實(shí)時(shí)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)試車場(chǎng)的環(huán)境溫度（即大氣靜溫），當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)無風(fēng)或弱風(fēng)環(huán)境下試車時(shí)，飛參采集到的進(jìn)氣道總溫應(yīng)當(dāng)與外界環(huán)境溫度傳感器所指示的溫度有差異，這個(gè)差值便為這個(gè)飛機(jī)進(jìn)氣道總溫測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差，以后在小M數(shù)（M<0.4）試車中，用這個(gè)值去修正飛參上、、、、值，使發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整后的性能更加真實(shí)可信，保證了發(fā)動(dòng)機(jī)安全。

系統(tǒng)誤差雖然在一段時(shí)間內(nèi)基本不變，但隨著使用時(shí)間的推移和使用環(huán)境等因素的影響也有可能發(fā)生變化，因而必須適時(shí)地對(duì)飛機(jī)測(cè)量系統(tǒng)誤差進(jìn)行標(biāo)定。

4 結(jié)語

在限定的飛機(jī)設(shè)計(jì)條件下，通過運(yùn)用系統(tǒng)誤差標(biāo)定方法，很好地解決批次性飛機(jī)系統(tǒng)測(cè)試問題，能使飛機(jī)測(cè)試精度大大提高，彌補(bǔ)了飛機(jī)設(shè)計(jì)的不足，減小了機(jī)務(wù)工作者飛機(jī)調(diào)試與維護(hù)工作量，節(jié)約了飛機(jī)生產(chǎn)成本，降低了飛行報(bào)廢架次，減輕了飛行員心理負(fù)擔(dān)，保證了試飛安全，對(duì)國(guó)內(nèi)飛機(jī)的調(diào)整、試飛等機(jī)務(wù)保障工作具有普遍指導(dǎo)意義。

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