一種傾斜方向舵的轉(zhuǎn)動(dòng)間隙測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明創(chuàng)造屬于飛機(jī)舵面轉(zhuǎn)動(dòng)間隙測(cè)量領(lǐng)域，特別是涉及一種傾斜方向舵的轉(zhuǎn)動(dòng) 間隙測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于飛機(jī)的零件制造和部件裝配中都會(huì)存在誤差，積累后在舵面上產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)間 隙，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)間隙超標(biāo)后，不僅會(huì)影響飛機(jī)的控制精度和飛行品質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)誘發(fā)顫振，弓丨 起災(zāi)難性后果，因此飛機(jī)研制過(guò)程中必須嚴(yán)格控制舵面的轉(zhuǎn)動(dòng)間隙。按國(guó)軍標(biāo)要求，飛機(jī)的 外側(cè)副翼、全動(dòng)垂尾（或鴨翼）的轉(zhuǎn)動(dòng)間隙分別應(yīng)不超過(guò)0.13°和0.034°，在測(cè)量舵面 轉(zhuǎn)動(dòng)間隙時(shí)，對(duì)外側(cè)副翼、全動(dòng)垂尾（或鴨翼）的轉(zhuǎn)動(dòng)間隙測(cè)量精度分別應(yīng)達(dá)到〇.〇1°和 0.001° 量級(jí)。
[0003] 與普通的水平機(jī)翼和垂直尾翼不同的是，傾斜方向舵采用具有空間角度的轉(zhuǎn)軸， 其轉(zhuǎn)軸既不垂直于水平面又不垂直于鉛垂面，這種特點(diǎn)使得精確測(cè)量?jī)A斜方向舵的微小轉(zhuǎn) 角進(jìn)而獲取轉(zhuǎn)動(dòng)間隙的大小變得極為困難。
[0004] 以往在測(cè)量?jī)A斜方向舵轉(zhuǎn)動(dòng)間隙時(shí)，獲取微小轉(zhuǎn)角主要有兩種途徑：采用基于陀 螺原理的三軸傾角儀直接測(cè)量，或者利用位移傳感器測(cè)量線(xiàn)性位移后折算?；谕勇菰?的三軸傾角儀的優(yōu)點(diǎn)是可直接獲取角度，傳感器在舵面上的安裝位置不受限制，但由于陀 螺存在固有漂移，難以實(shí)現(xiàn)高精度角度測(cè)量，且測(cè)量設(shè)備的集成制造成本高昂；采用線(xiàn)位移 傳感器則安裝不便，對(duì)傳感器安裝位置和安裝基準(zhǔn)有很高的要求。為了克服這些缺點(diǎn)，有必 要探索一種新的測(cè)量方法，快速的實(shí)現(xiàn)對(duì)傾斜方向舵微小轉(zhuǎn)角的精確測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)傾斜 方向舵轉(zhuǎn)動(dòng)間隙的高精度測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是：本發(fā)明創(chuàng)造的目的是提供一種易操作的、低成本的傾斜方向舵 轉(zhuǎn)動(dòng)間隙的高精度測(cè)量方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種傾斜方向舵的轉(zhuǎn)動(dòng)間隙測(cè)量方法，其技術(shù)方案是，采用 本發(fā)明測(cè)量?jī)A斜方向舵的轉(zhuǎn)動(dòng)間隙的步驟為：
[0007]a、調(diào)節(jié)飛機(jī)水平，使機(jī)翼位于水平面內(nèi)，將傾斜方向舵鎖定于中立位置；
[0008]b、將雙軸傾角傳感器貼在傾斜方向舵的外表面，并使雙軸傾角傳感器的x測(cè)量軸 平行于機(jī)身軸線(xiàn)，y測(cè)量軸在傾斜方向舵的弦平面內(nèi)，將x測(cè)量軸測(cè)量通道置零；
[0009]c、用第一鋼絲繩、第二鋼絲繩連接舵面卡板、舵面加載設(shè)備和測(cè)力傳感器，使加載 方向與傾斜垂尾的弦平面保持垂直；
[0010] d、調(diào)節(jié)舵面加載設(shè)備，對(duì)傾斜方向舵反向加載，記錄反向加載載荷Pn和雙軸傾角 傳感器的x測(cè)量軸輸出值0n ;
[0011] e、拆除第一鋼絲繩、第二鋼絲繩，用第三鋼絲繩、第四鋼絲繩連接舵面卡板、舵面 加載設(shè)備和測(cè)力傳感器，使加載方向與傾斜垂尾的弦平面保持垂直；
[0012] f、調(diào)節(jié)舵面加載設(shè)備，對(duì)傾斜方向舵進(jìn)行正向加載，記錄正向加載載荷Pn和雙軸 傾角傳感器的x測(cè)量軸輸出值0n ;
[0013] g、解算傾斜方向舵微小轉(zhuǎn)角Sn，舵面轉(zhuǎn)角6"與傳感器測(cè)量值0n之間的解算關(guān) 系為
|其中a為方向舵的外傾角，P為方向舵轉(zhuǎn)軸 的后掠角，V=arctan(cota?sinlO;
[0014]h、繪制S-P曲線(xiàn)，選擇曲線(xiàn)線(xiàn)性段的數(shù)據(jù)^和6"后，求解正、反向加載曲線(xiàn)的擬 合直線(xiàn)方程S+ =k+ ?P+S+，。和 5 =k?P+S,。；
[0015]i、得到傾斜方向舵轉(zhuǎn)動(dòng)間隙：A5 = 5+，。-5,。。
[0016] 所述的雙軸傾角傳感器為角度測(cè)量精度達(dá)到0.oor的重力敏感型雙軸傾角傳感 器。
[0017] 所述的步驟b中，當(dāng)X測(cè)量軸輸出值在0±0. 02°范圍內(nèi)時(shí)，認(rèn)為雙軸傾角傳感器 的x測(cè)量軸與機(jī)身軸線(xiàn)平行。
[0018] 所述的傾斜方向舵轉(zhuǎn)動(dòng)間隙測(cè)量方法已用于某傾斜垂尾無(wú)人機(jī)的方向舵轉(zhuǎn)動(dòng)間 隙測(cè)量，其擬合精度優(yōu)于0.oor，操作簡(jiǎn)便，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
[0019] 下面對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0020] 定義本發(fā)明涉及到的兩個(gè)坐標(biāo)系如下：坐標(biāo)系Oxyz，Ox軸沿機(jī)身軸線(xiàn)方向、逆航 向?yàn)檎?，〇z軸為鉛垂方向、向上為正，0y軸與Ox軸和0z軸構(gòu)成右手系，Oxy平面即為當(dāng)?shù)?水平面；坐標(biāo)系〇xiyiZl，〇Zl軸沿舵面轉(zhuǎn)軸方向，向上為正；〇Xl軸在方向舵弦平面內(nèi)，逆航向 為正；Oy:軸與軸和〇Zl軸構(gòu)成右手系。
[0021] 坐標(biāo)系Oxyz繞Ox軸旋轉(zhuǎn)a角度后，再繞〇yi軸旋轉(zhuǎn)0角度，再沿Ox%平移|00」 即可得坐標(biāo)系〇XlylZl，其中a為舵面轉(zhuǎn)軸的外傾角，0為舵面轉(zhuǎn)軸的后掠角。
[0022] 在舵面鎖定于中立位置（即方向舵偏度為0°的位置）時(shí)，將傳感器安裝于被測(cè) 舵面上N點(diǎn)位置，使傳感器的任意一個(gè)測(cè)量軸（假定為y測(cè)量軸）在Oxy平面內(nèi)與0N軸平 行，如圖2所示。對(duì)y測(cè)量軸置零，則舵面未加載時(shí)0N軸在水平面內(nèi)，測(cè)量軸與水平面的夾 角為0。對(duì)舵面加載后，由于舵面變形，測(cè)量點(diǎn)N相對(duì)舵面轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度S后，0N轉(zhuǎn)到ONi 位置，傳感器y測(cè)量軸輸出的角度值e即為OR軸與水平面的夾角。在測(cè)量過(guò)程中，S與 e為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此獲取0K軸與水平面的夾角0后，可以根據(jù)二者之間的映射關(guān)系， 得到測(cè)量點(diǎn)N相對(duì)舵面轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度6。
[0023] 令Of=L，根據(jù)幾何關(guān)系可以得到：
[0024] 0〇! | = 0:N=L?tan^ (1-1)
[0025] 傳感器y測(cè)量軸的輸出值Q應(yīng)為：
[0026]sin9 =AH/L(1-2)
[0027] 當(dāng)向左傾的舵面后緣右偏或者向右傾舵面的后緣左偏時(shí)0為負(fù)，反之0為正。
[0028]在 0lXiyi 坐標(biāo)系中，坐標(biāo)分別為[Z. 0O]7、Zwu)'()];，根據(jù)坐 標(biāo)旋轉(zhuǎn)及平移原理，這兩點(diǎn)在Oxy坐標(biāo)中描述為：
[0031] 則N與Ni在Oxyz坐標(biāo)系中的高度差為：
[0032]AH=ZfZi=L?(cosasin3-cosasin3cosS+sinasinS) (1-5)
[0033] 由式（1-3)和式（1-6)可以得到：
[0034]sin9 =cosasin3-cosasin3cosS+sinasinS(1-6)
[0035] 簡(jiǎn)化得到：
[0036]
(1-7)
[0037] 其中 ￥ =arctan(cota?sin3 )。
[0038] 在傾斜方向舵的偏轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，傾斜方向舵的偏轉(zhuǎn)角度S與雙軸傾角傳感器對(duì)應(yīng) 測(cè)量軸的輸出角度Q為 對(duì)應(yīng)關(guān)系：
[0039]
(1-8)
[0040] 對(duì)傾斜方向舵進(jìn)行正、反向加載，分別獲取n組正、反向加載載荷Pn及傳感器對(duì)應(yīng) 測(cè)量軸的輸出值en后，根據(jù)式（1-8)解算舵面測(cè)量點(diǎn)轉(zhuǎn)角sn，繪制s-p曲線(xiàn)，對(duì)曲線(xiàn)的 線(xiàn)性段擬合得到直線(xiàn)方程：
[0041] 8 + =k+ ?P+ 8 +_ 0 (1-9)
[0042] 6 =k?P+ 8 _〇(1-10)
[0043] 其中，下標(biāo)" + "表示正向加載，表示反向加載。
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