飛機慣性傳感器測試系統(tǒng)研究與設(shè)計

李躍東

（空軍第一航空學(xué)院，河南 信陽 464000）

1 引言

負角加速度產(chǎn)生裝置用來模擬飛機著陸減速滑跑過程中機輪角速度的變化，廣泛用于我軍各型殲敵飛機防滑剎車系統(tǒng)慣性傳感器的性能測試。慣性傳感器是飛機自動防滑剎車系統(tǒng)核心部件，直接關(guān)系到飛機飛行安全。因此，測試準(zhǔn)確、操作簡便、綜合性強的慣性傳感器測試設(shè)備，是保證飛機著陸安全，提高飛機維修能力、發(fā)揮飛機戰(zhàn)斗力的重要保障。目前，殲敵飛機各制造單位、修理單位、部隊所使用的慣性傳感器測試設(shè)備仍是五、六十年代引進的俄式產(chǎn)品，存在著技術(shù)落后、操控特性差，測試精度不高等諸多問題，亟待解決。

2 傳統(tǒng)負角加速度產(chǎn)生裝置簡介

現(xiàn)役老式（俄式）慣性傳感器測試設(shè)備是利用偏心曲柄機構(gòu)（如圖1所示），通過機械傳動方式產(chǎn)生負角加速度。其主要工作部分是一個偏心曲柄機構(gòu)。它由偏心軸、主軸、曲柄等組成。偏心軸和主軸的軸線間有一個偏心距e，主軸轉(zhuǎn)動時，通過圓盤、滑塊和曲柄傳動偏心軸，使它也產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。滑塊既作旋轉(zhuǎn)運動，又作直線運動，滑塊通過短軸帶動偏心軸旋轉(zhuǎn)。滑塊作直線運動時，就使主軸與短軸的中心距作周期性變化。當(dāng)角速度ω由大變小時，按圖2幾何關(guān)系可推導(dǎo)出輸出軸的角加速度表達式為：

ω-主軸的角速度；r-短軸至偏心軸距離

由上式可以看出，輸出軸的負角加速度與偏心距和轉(zhuǎn)速有關(guān)，測量負角加速度只能通過間接測量偏心距，通過理論推導(dǎo)計算得到，不是實測值，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差。

圖2 傳動幾何關(guān)系

3 新型負角加速度產(chǎn)生與控制系統(tǒng)

3.1 組成與工作

新型負角加速度產(chǎn)生裝置是以伺服電機為核心的、具有轉(zhuǎn)速反饋的計算機控制系統(tǒng)如圖3所示。該系統(tǒng)由計算機、高精度伺服電機、伺服電機驅(qū)動器、輔助電路等組成。

圖3 伺服電機控制系統(tǒng)

伺服電機是整個系統(tǒng)的執(zhí)行元件，輸出轉(zhuǎn)速和負角加速度。伺服電機的核心部件是電子碼盤、50對磁極和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速可達3000轉(zhuǎn)/分，輸出的最大負角加速度可以達到1000弧度/秒2。工作時，驅(qū)動器首先將參數(shù)進行運算處理，然后發(fā)送給伺服電機，電機就按照給定的參數(shù)進行運轉(zhuǎn)，輸出所設(shè)定的轉(zhuǎn)速和負角加速度，同時電子碼盤感受伺服電機的轉(zhuǎn)速和負角加速度，并將信號反饋給驅(qū)動器，經(jīng)過驅(qū)動器運算和上位機的參數(shù)比較，得到電機調(diào)整偏差，然后再將調(diào)整偏差返回給電機，從而使得電機的輸出轉(zhuǎn)速和負角加速度嚴(yán)格按照給定的參數(shù)運行。

3.2 負角加速度產(chǎn)生原理

SU-2軍用飛機慣性傳感器（YA58）測試時，要求轉(zhuǎn)速960n/min時，負加速度在325～475 l/s2范圍內(nèi)變化。即，在一定的平均轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生一定的負角加速度。傳統(tǒng)偏心曲拐機構(gòu)生成負角加速度時，齒輪箱的傳動比為1：6.25，對應(yīng)的驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速為960÷6.25=153.6 r/min。根據(jù)偏心曲拐機構(gòu)的工作原理，偏心輪每轉(zhuǎn)一圈，輸出軸應(yīng)對應(yīng)一個加速減速過程，即一個周期。也就是說輸出軸在平均轉(zhuǎn)速為960r/min的前提下，每分鐘應(yīng)有153.6個加減速周期。

根據(jù)這個要求，我們設(shè)計了伺服電機的運行控制規(guī)律（如圖4所示）。在伺服電機控制系統(tǒng)中，輸入軸和輸出軸的速比為3：1，因此，伺服電機的轉(zhuǎn)速應(yīng)為960÷3=320 r/min，每分鐘要完成153.6個加減速周期（每秒153.6÷60=2.56個），每個周期 T為 1/2.56=0.4s。

圖4 電機運行規(guī)律

又：n1+n2=640（電機平均轉(zhuǎn)速 320）

這里，T=0.4s

測試時，在程序上設(shè)定周期T，從計算機輸入被測產(chǎn)品的最小負角加速度值325 1/s2，系統(tǒng)自動計算n1、n2值，電機將依次以325/3、330/3、335/3、340/3、345/3 1/s2……，伺服電機就在計算機控制下按預(yù)定規(guī)律作周期性加減速轉(zhuǎn)動，輸出325～475 l/s2的負角加速度。從（1）式可以看出，改變周期T和轉(zhuǎn)速n1，n2就可得到不同得負角加速度。

4 結(jié)論

慣性傳感器測試設(shè)備的基本功能就是產(chǎn)生與飛機機輪減速過程中相同的負角加速度，其核心是負角加速度產(chǎn)生裝置。隨著現(xiàn)代計算機控制技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，負角加速度的產(chǎn)生的方法和設(shè)備將越來越多。利用伺服電機控制系統(tǒng)的技術(shù)特點，通過對下位機的編程，在變轉(zhuǎn)速、變負載的情況下，準(zhǔn)確的實現(xiàn)了電機以特定負角加速度運行是飛機慣性傳感器測試設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，代表了這一領(lǐng)域的發(fā)展方向。

[1]姜榮.一種基于運動控制卡的伺服電機控制系統(tǒng)[J].機電產(chǎn)品與開發(fā)，2006（3）

[2]《YA58型自動防滑裝置技術(shù)條件》.中國人民解放軍第五七二零工廠

[3]程明學(xué).殲七飛機附件修理.空軍第一航空學(xué)院出版,1999.