某座艙蓋電動執行機構模擬測試系統設計與開發

□張超

西安航空職業技術學院 西安 710089

某座艙蓋電動執行機構模擬測試系統設計與開發

□張超

西安航空職業技術學院 西安 710089

隨著未來戰斗機概念設計的發展，飛機性能和要求有進一步的提升，從飛機座艙蓋工作要求入手，分析了座艙蓋電動執行機構的工作任務以及模擬測試系統開發的重要性。闡述了模擬測試系統的組成、設計過程、設計的關鍵技術，為模擬測試系統設計人員提供一定的技術參考。

座艙蓋 電動執行機構 模擬測試 液壓加載

隨著飛機性能的大幅提高，飛機結構和系統的設計與性能日趨復雜，向功能化、模塊化和集成化發展，座艙蓋系統也逐漸發展為復雜的、具備多功能的保障飛行員生命安全的救生系統［1］。艙蓋運動的關鍵件是電動執行機構,該機構必須經過模擬測試才能出廠使用，以確保裝機成品能可靠有效地工作，確保飛機正常飛行。因此必須開發一套檢驗電動機構是否合格的模擬測試系統，確保產品上機前的可靠性。

1 座艙蓋坐標系分析

根據座艙蓋在飛機上的安裝形式及相對運動關系，建立以下坐標系。

動系：固定在飛機上的坐標系，以OXYZ表示。原點固定在座艙蓋后鉸處（拋蓋旋轉點），逆航向為X軸正向，垂直向上為Y軸正向，Z軸正向指向航向左側［2］。

總體坐標系：飛機設計和制造工程中在數據庫中定義的坐標系，以O1X1Y1Z1表示。原點位于機身對稱軸線上機頭處或前任選的一點，X1軸正向為垂直飛機對稱面，指向航向左側；Y1軸正向為逆航向；Z1軸垂直向上。

如圖1所示，動系OXYZ與總體坐標系O1X1Y1Z1的坐標變換關系為：

▲圖1 坐標系示意圖

2 模擬測試系統設計

模擬測試系統主要由液壓加載系統、計算機數據采集系統和計算機控制系統組成。加載系統部分為液壓系統，通過總控臺控制面板上的壓力閥控制旋鈕，調節加載力值大小；位移傳感器與加載液壓缸同步，主要采集液壓缸的位移和測量產品的動作行程。

測力傳感器與產品另一端連接，測試時同步顯示力值的大小。傳感器通過控制面板上的二次儀表，讀出數值大小，同時傳輸到計算機數據采集卡中。

2.1 液壓加載簡介［3］

液壓部分主要由高壓柱塞泵組、蓄能器、油濾器、液壓方向控制閥及加載壓力值控制旋鈕部分組成。高壓柱塞泵組從油箱中抽取液壓油，經精密高壓過濾器過濾后，由比例壓力控制閥調壓，通過單向閥供給電磁方向閥。電磁方向閥根據需要使液壓油回油箱或供給液壓活塞缸的上下兩腔［4］，控制液壓活塞缸活塞桿的收縮或伸出。

2.2 計算機數據采集系統

數據采集部分配置相應的傳感器對電機的電壓、電流、加載力值和動作行程進行測量，利用A/D板進行數據采集,由軟件來完成數據的處理、性能測試結果的顯示和打印。

模擬測試系統是以標準的工業控制計算機為基礎構建的硬件平臺，在系統上采用了模塊化設計。主要由控制計算機、信號調整采集模塊、通信模塊、監控模塊和電源系統組成，如圖2所示。

模擬測試系統要求的直流電源為0～35V/100A，電源的電壓和電流由系統控制面板上的嵌入式電壓和電流表進行實時監測，通過采集系統將電壓和電流信號輸入計算機中進行實時監控和管理，在邊界條件下

為州和地方社區領導提供支持。通過簡化接收聯邦資金的申請流程，提供更多靈活性使聯邦資源更好地應對不斷變化的教育和經濟需求。

會自動啟動保護裝置。

▲圖2 計算機數據采集系統組成

3 模擬測試系統關鍵技術及實現

利用坐標系統對飛機座艙蓋運動軌跡及受力進行分析，建立運動模型，如圖3所示。

▲圖3 運動模型

3.1 模擬測試系統關鍵技術

模擬測試系統的難點在于完全真實地模擬座艙蓋電動機構在飛機上安裝及工作的運動過程，必須準確定位及安裝產品固定支點、動點及飛機艙蓋的旋轉點。鉸接零件裝配后必須轉動靈活，保證其間隙在0.01 mm內，其它零件加工采用數控多軸加工，保證空間孔位置的精度，安裝示意圖如圖4所示。

▲圖4 模擬安裝位置圖

3.2 模擬測試系統動力學模型建立［5］

根據零部件的安裝位置，建立動力學模型，如圖5所示。同時進行受力分析和計算［5］（電動執行機構質量忽略不計）。

座艙蓋初始點液壓活塞缸所需力的計算：

由三角函數的定義得：

▲圖5 動力學模型

由相似三角定理得：

根據三角函數求得液壓活塞缸所需的初始力為：

式中：FAB為電動執行機構的初始力；FA是FAB的向上分力；FC是FA反力；FCD為液壓活塞缸的初始力；α為電動執行機構初始位置與模擬艙架的夾角；δ為液壓活塞缸初始位置與FC的夾角；L1為模擬艙架的支點到電動執行機構初始位置A點的距離；L2為模擬艙架的支點到液壓活塞缸初始位置C點的距離。

座艙蓋終點液壓活塞缸所需力的計算，由三角函數的定義得：

根據三角函數求得液壓活塞缸將座艙蓋推到終點所需的力為：

式中：FA1B為電動執行機構變化到 A1點的力；FA1為FA1B的向上分力；FC1為FA1的反力；FC1D為液壓活塞缸終點的力；β為FA1B與向上分力的夾角；γ為FC1D與FC1的夾角。

根據上述計算得出的力，進行模擬測試系統的加載。加載過程由計算機控制軟件設置，通過對液壓系統中比例壓力控制閥進行控制，使液壓活塞缸的輸出力達到可控、漸變和恒力。圖6為模擬測試效果，圖7為

直線測試效果。

▲圖6 模擬測試效果

▲圖7 直線測試效果

4 總結

根據GJB1393-1992飛機座艙蓋系統通用規范,利用本模擬測試系統先后對電動執行機構產品進行測試，完成了產品循環疲勞長試，產品性能考核，各項指標均符合產品實際運動軌跡和受力，能準確確保電動執行機構產品在某機型上使用。

［1］蔡三軍 新型整體式座艙蓋系統概念設計［D］.南京：南京航空航天大學，2007.

［2］吉國明,趙良松.活動座艙蓋結構設計中連接形式分析［J］.西安工業大學學報，2006（2）：150-154.

［3］張志偉.液壓實驗臺的電氣控制系統改造［J］.裝備制造技術，2008（12）：104-106.

［4］高永強,呂其惠,李懷俊.液壓實驗臺的二次開發探析［J］.廣東交通職業技術學院學報，2009（2）：49-51.

［5］宋壽南.平面匯交二力桿系問題解法的新途徑［J］.力學與實踐，1987（2）：53.

（編輯 美 華）

V211.73

A

1000-4998（2015）10-0054-03

2015年4月