專利名稱：一種適用于非線性舵系統(tǒng)的間隙測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛行器上的舵系統(tǒng)，尤其是一種舵系統(tǒng)間隙的測量方法。
背景技術(shù)：
飛行器的舵系統(tǒng)由舵機(jī)、連桿機(jī)構(gòu)、軸承、舵面等多個(gè)部件構(gòu)成，各個(gè)運(yùn)動副之間的配合公差積累帶來了結(jié)構(gòu)間隙。間隙具有很強(qiáng)的非線性，會使操縱面出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，降低操縱的靈敏度、準(zhǔn)確性及扭轉(zhuǎn)頻率，增加操縱面抖動和顫振的可能性，對飛行安全有著重要影響，因此，間隙指標(biāo)非常關(guān)鍵，其是根據(jù)飛行性能要求(滯后和顫振等)及結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可能性綜合提出來的。給舵面施加載荷時(shí)，在外載荷作用下，轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)角度基本與載荷成非線性關(guān)系，只有當(dāng)外載荷大于MO后，轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)角度和作用載荷呈一定的線性比例變化。因此，在轉(zhuǎn)軸扭 轉(zhuǎn)角度與作用載荷呈線性變化前的角度變化量被認(rèn)為是舵系統(tǒng)的間隙。傳統(tǒng)的間隙測量方法均基于此理論。然而，對于傳遞環(huán)節(jié)較多、非線性極強(qiáng)的舵系統(tǒng)來說，在外載荷作用下無法呈現(xiàn)線性變化趨勢，采用傳統(tǒng)的間隙測量方法進(jìn)行了測量，很難獲得間隙值。而且，傳統(tǒng)的間隙測量方法無法將間隙與彈性變形完全的區(qū)分開來，結(jié)果中包含有彈性變形的成分。如圖I所示，采用傳統(tǒng)的舵系統(tǒng)間隙測量方法，給舵面施加載荷時(shí)，在外載荷作用下，轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)角度基本與載荷成非線性關(guān)系，只有當(dāng)外載荷大于MO后，轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)角度和作用載荷呈一定的線性比例變化。因此，在轉(zhuǎn)軸位置與作用載荷成線性變化前的位置變化量“2e”可認(rèn)為是舵系統(tǒng)的間隙。MO可以作為間隙測量時(shí)施加的最小載荷，如果載荷大于MO，則會將舵系統(tǒng)的彈性變形量引入測量結(jié)果，使得間隙值偏大。綜合來看，傳統(tǒng)的間隙測量理論對于剛度較好、近似線性的舵系統(tǒng)來說比較適用。但用該方法對剛度較小、非線性的舵系統(tǒng)進(jìn)行測量時(shí)，卻無法獲得舵系統(tǒng)的間隙值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的飛行器舵系統(tǒng)間隙測量方法，克服傳統(tǒng)測量方法無法將間隙與彈性變形區(qū)分的缺陷，尤其適用于非線性舵系統(tǒng)的間隙測量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的飛行器舵系統(tǒng)間隙測量方法包括以下步驟I)在舵面根部任意選取以舵軸中心線為中心對稱的兩點(diǎn)A、B ；2)將舵機(jī)斷電，舵系統(tǒng)的舵面偏角調(diào)整為0°，以F為一個(gè)加載單位，分別在A、B點(diǎn)進(jìn)行加載試驗(yàn)以獲得使舵面轉(zhuǎn)動的最小載荷G' = nXF,其中，F(xiàn)為任意大小的力，η =1,2,3,4-；3)將舵面偏角重新調(diào)整為0°，以F單位，對A點(diǎn)逐步施加載荷G，至G= (n-1) XF時(shí)停止，記錄此時(shí)的舵面偏轉(zhuǎn)角度α ;4)以F為單位，對A點(diǎn)逐步卸載載荷，至G = O時(shí)停止，分別記錄不同加載載荷G下的舵面偏轉(zhuǎn)角度α的值； 5)保持舵面偏角，在B點(diǎn)重復(fù)逐步加載和卸載的過程，使舵面向相反方向偏轉(zhuǎn)，記錄不同加載載荷G及其對應(yīng)的α值；6)根據(jù)步驟3)至5)的結(jié)果繪制“載荷-角度”關(guān)系曲線，其中，載荷G和舵面偏轉(zhuǎn)角度α均為向量；7)保持舵面偏角，重復(fù)對A點(diǎn)和B點(diǎn)依次進(jìn)行逐步加載和卸載的過程并繪制“載荷-角度”曲線，直到獲得兩條閉合的曲線為止，所述閉合曲線在G = O處的角度差值即為所述舵系統(tǒng)的間隙。在載荷為零處即力矩為零時(shí)，舵系統(tǒng)不受外力作用，無彈性變形，故此時(shí)測得的間隙值不含彈性變形，達(dá)到了本發(fā)明的目的。本發(fā)明的有益效果是提供了一種新的飛行器舵系統(tǒng)間隙的測量方法，克服傳統(tǒng)間隙測量方法在非線性系統(tǒng)中應(yīng)用的不足，得到的間隙值可以將彈性變形完全區(qū)分。該方法操作簡單，尤其解決了非線性舵系統(tǒng)間隙測量的難題，在非線性舵系統(tǒng)間隙測量方面有廣闊的應(yīng)用前景。


圖I是傳統(tǒng)間隙測量方法的間隙-載荷曲線示意圖；圖2是本發(fā)明方法的加載、讀數(shù)點(diǎn)示意圖；圖3是本發(fā)明方法實(shí)際應(yīng)用所得的百分表讀數(shù)-載荷曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下將以剛度較小的非線性舵系統(tǒng)為例，詳細(xì)說明本發(fā)明的飛行器舵系統(tǒng)間隙測量方法。在該實(shí)施例中，選取了本領(lǐng)域常見的舵面水平布置的舵系統(tǒng)作為測量對象。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，該方法同樣適用于其他舵系統(tǒng)，以下實(shí)施例的描述不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。如圖2所示，為舵系統(tǒng)中舵面的示意圖。其中，舵軸2通過法蘭與舵機(jī)(圖中未示出)相連，舵軸2帶動舵面I圍繞舵軸中心線旋轉(zhuǎn)。(I)由于舵面水平安裝，在舵面根部安裝了加載工裝，加載工裝設(shè)計(jì)時(shí)平衡了由于舵面自身重量而作用在舵軸上的載荷。(2)如圖2所示，在舵面根部任意選取對稱的兩個(gè)點(diǎn)①、②作為加載點(diǎn)，其與舵軸中心線的距離為L，本實(shí)施例中L = 260_。另外，在舵面根部任意選?、埸c(diǎn)作為百分表度數(shù)點(diǎn)，其與舵軸中心線的距離為D = 293mm。(3)將舵面偏角調(diào)整為0°，將位置③處的百分表讀數(shù)調(diào)零，將舵機(jī)斷電；(4)以任意大小的力F為單位(本實(shí)施例中F取值為Ikgf)分別在位置①、②處逐步施加載荷，直至舵面轉(zhuǎn)動。分別記錄在位置①、②處加載時(shí)舵面轉(zhuǎn)動時(shí)的載荷G'=nXF,本實(shí)施例中均為16kfg(n = 16),即最小載荷為G' = 16 X Ikgf = 16kgf。(5)保持舵面偏角0°，百分表讀數(shù)調(diào)零，舵機(jī)斷電，以Ikgf為單位在位置①處開始逐步施加載荷G,直至加載到G = (n-1) XF即15kgf,記錄載荷15kgf下的百分表讀數(shù)(見表I第二列)；(6)以Ikgf為單位在位置①處開始逐步卸載載荷，直至卸載到0，分別記錄不同加載載荷下的百分表讀數(shù)(見表I第3列)；(7)以Ikgf為單位在位置②處開始逐步施加載荷，直至加載到15kgf，分別記錄不同加載載荷下的百分表讀數(shù)(見表I第4列)；(8)以Ikgf為單位在位置②處開始逐步卸載載荷，直至卸載到0，分別記錄不同加載載荷下的百分表讀數(shù)(見表I第5列)；(9)以Ikgf為單位在位置①處開始逐步施加載荷,直至加載在15Kgf,分別記錄不同加載載荷下的百分表讀數(shù)(見表I第6列)；以步驟(5) (9)為例，可以采用下表方式記錄各步驟中的數(shù)據(jù)表I
權(quán)利要求
1.一種適用于非線性舵系統(tǒng)的間隙測量方法，其特征在于，包括以下步驟 1)在舵面根部任意選取以舵軸中心線為中心對稱的兩點(diǎn)A、B; 2)將舵機(jī)斷電，舵系統(tǒng)的舵面偏角調(diào)整為0°，以F為一個(gè)加載單位，分別在A、B點(diǎn)進(jìn)行加載試驗(yàn)以獲得使舵面轉(zhuǎn)動的最小載荷G' = nXF,其中，F(xiàn)為任意大小的力，η = 1,2,3,4···； 3)將舵面偏角重新調(diào)整為0°，以F單位，對A點(diǎn)逐步施加載荷G，至G=(n-l)XF時(shí)停止，記錄此時(shí)的舵面偏轉(zhuǎn)角度α ； 4)以F為單位,對A點(diǎn)逐步卸載載荷,至G= O時(shí)停止,分別記錄不同加載載荷G下的舵面偏轉(zhuǎn)角度α的值； 5)保持舵面偏角，在B點(diǎn)重復(fù)逐步加載和卸載的過程，使舵面向相反方向偏轉(zhuǎn)，記錄不同加載載荷G及其對應(yīng)的α值； 6)根據(jù)步驟3)至5)的結(jié)果繪制“載荷-角度”關(guān)系曲線，其中，載荷G和舵面偏轉(zhuǎn)角度α均為向量； 7)保持舵面偏角，重復(fù)對A點(diǎn)和B點(diǎn)依次進(jìn)行逐步加載和卸載的過程并繪制“載荷-角度”曲線，直到獲得兩條閉合的曲線為止，所述閉合曲線在G = O處的角度差值即為所述舵系統(tǒng)的間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述舵系統(tǒng)的舵面為水平安裝，所述步驟2)中，首先要平衡由于舵面自身重量而作用在舵軸上的力矩，然后再開始加載和卸載過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法,其特征在于，F(xiàn)= Ikgf。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述方法中使用百分表測量舵面偏轉(zhuǎn)角度。
全文摘要
一種適用于非線性舵系統(tǒng)的間隙測量方法，包括以下步驟在舵面根部任意選取以舵軸中心線為中心對稱的兩點(diǎn)A、B；將舵機(jī)斷電，舵系統(tǒng)的舵面偏角調(diào)整為0°，以F為一個(gè)加載單位，分別在A、B點(diǎn)進(jìn)行加載試驗(yàn)以獲得使舵面轉(zhuǎn)動的最小載荷G′＝n×F；3)將舵面偏角重新調(diào)零，以F單位，對A點(diǎn)和B點(diǎn)依次進(jìn)行逐步加載和卸載的過程，分別記錄不同加載載荷G下的舵面偏轉(zhuǎn)角度α的值，并繪制“載荷-角度”關(guān)系曲線，直到獲得兩條閉合的曲線為止，所述閉合曲線在G＝0處的角度差值即為所述舵系統(tǒng)的間隙。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)間隙測量方法在非線性系統(tǒng)中應(yīng)用的不足，得到的間隙值可以將彈性變形完全區(qū)分。
文檔編號G01B21/16GK102829747SQ20121027359
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者宋鋒, 李增文, 宋月娥, 張可 申請人:北京機(jī)電工程研究所