起落架接近傳感器的布置要求與安裝調(diào)試方法

沈強

【摘 要】本文以一種安裝在起落架上的典型接近傳感器為研究對象，以開關(guān)信號特征曲線為基礎(chǔ)，對傳感器及其靶標的相對運動方式和行程設置、信號干擾因素的影響以及安裝的穩(wěn)定性和調(diào)試等給出了設計要求和建議。

【關(guān)鍵詞】起落架；接近傳感器；布置；安裝；調(diào)試

電感式接近傳感器是一種有開關(guān)量輸出的位置指示與告警設備，主要由高頻振蕩器和放大處理電路組成。接電后，傳感器的振蕩感應頭產(chǎn)生電磁場，當由金屬制成的靶標向感應頭靠近至電磁場作用范圍內(nèi)時，靶標內(nèi)部產(chǎn)生渦流，這個渦流反作用于傳感器，引起內(nèi)部電路參數(shù)的變化，由此識別出靶標的接近與否，進而控制開關(guān)信號的通或斷。

由于電感式接近傳感器具有工作可靠、性能穩(wěn)定、重復定位精度高、無機械磨損、使用壽命長、無火花、無噪音、抗干擾能力強、環(huán)境適應性強等突出優(yōu)點[1]，得以在飛機起落架控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。典型的例子是起落架收放機構(gòu)中安裝在鎖撐桿上的一對接近傳感器，傳感器和金屬靶標分別固定安裝于兩段式鎖撐桿的上、下部分，收放過程中，隨著鎖撐桿的折疊或展開，靶標與傳感器感應頭的距離也會接近或者遠離，從而完成對位置量的測量，并將其轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號反饋給駕駛艙，實現(xiàn)機組對起落架收放的位置感知和控制。

本文以某型飛機裝備的一種典型接近傳感器為對象，介紹了以傳感器-靶標距離為基本變量的信號開關(guān)控制曲線。從運動方式和運動行程的選擇、運動終點位置的精度分析、傳感器信號干擾因素等幾個方面，重點對接近傳感器及其靶標的布置設計進行了探討。同時，給出了傳感器安裝時的穩(wěn)定性等一般性要求以及安裝后的調(diào)試需求。

1 傳感器信號開關(guān)控制曲線

由接近傳感器的工作原理可知，靶標與傳感器感應頭之間的距離是控制信號開關(guān)的唯一外部激勵。為便于分析，又將這一距離向量分解為X，Y，Z三個方向分量，其中X表示為從靶標前緣到傳感器中心軸線的距離，Y表示為靶標端面對稱線與傳感器感應端面對稱線之間的距離，Z表示為靶標端面與傳感器感應頭端面之間的距離。

以X和Z為基本變量，反映靶標-傳感器距離與信號開關(guān)之間關(guān)系的就是傳感器的信號開關(guān)控制曲線，如下圖1所示，是分別表示觸發(fā)“靶標接近”和“靶標離開”信號時“門檻”位置的兩條邊界曲線。

當靶標與傳感器的距離位于藍色邊界，即Ga曲線以下時，可確保傳感器發(fā)生的信號被處理并反饋給機組的信息是“靶標接近”，即顯示為“起落架放下”；同理，當靶標與傳感器的距離位于紅色邊界，即Gd曲線以上時，可確保傳感器發(fā)生的信號被處理并反饋給機組的信息是“靶標離開”，即顯示為“起落架收起”。

2 傳感器及其靶標的布置要求

傳感器與靶標的布置應當以確保信號的發(fā)生精度和可靠性為主要目標，需要重點考慮的包括靶標向傳感器接近的方式、由機構(gòu)運動學計算得到的運動行程需求、靶標在其行程終點位置的運動精度以及對傳感器信號能夠形成干擾的各類因素，是一個通過綜合權(quán)衡之后得出的最優(yōu)化結(jié)果。

2.1 運動方式選擇及行程需求

靶標與傳感器之間相互靠近的運動方式大致可以分為兩類，其一是靶標端面與傳感器感應頭端面相向運動的方式，稱為“迎頭對進”式，兩者的靠近主要表現(xiàn)為Z距離分量的變化；另一類是靶標從傳感器側(cè)面向其接近的方式，稱為“側(cè)向滑入”式，運動過程中靶標端面與傳感器感應端面相互平行，兩者的靠近主要表現(xiàn)為X距離分量的變化。

“迎頭對進”式的布置方式對靶標在X方向上的安裝誤差不敏感，比較適合于對微幅運動有較高檢測精度要求的場合，如對起落架放下時鎖連桿機構(gòu)過中心狀態(tài)的檢測。“側(cè)向滑入”的布置方式與“迎頭對進”式相比則存在以下2個突出優(yōu)點：

（1）當傳感器感應頭附著了結(jié)冰冰晶或其它雜質(zhì)時，“側(cè)向滑入”的運動方式天然地具備利用靶標將冰晶/雜質(zhì)從感應端面“擦除”的能力，如圖2所示。而“迎頭對進”式則可能會造成靶標對冰晶/雜質(zhì)的面內(nèi)擠壓，導致傳感器感應端面受損；

（2）“側(cè)向滑入”布置方式使傳感器感應端面與靶標的運動軌跡相互垂直，最大限度地避免了靶標與傳感器發(fā)生正面撞擊的可能性，從而降低傳感器因撞擊導致內(nèi)部電路斷開或者短路的風險。

靶標行程的估算和相應運動學關(guān)系的選擇應遵循以下原則：在不考慮公差的前提下，所選的行程應使“靶標接近”的信號觸發(fā)位置位于Ga邊界曲線以下且與之距離足夠遠，同時使“靶標離開”觸發(fā)位置位于Gd邊界曲線以上且與之距離足夠遠。

任何情況下，靶標行程都應當大于Ga-Gd兩條邊界曲線之間的間距，行程超出邊界曲線間距的部分應當通過公差分析進行分配。如果給 “靶標離開”和“靶標接近”信號賦予的行程公差相同，則行程超出邊界曲線間距的余量應當跨Gd和Ga曲線平均分配。如果給“靶標離開”信號賦予的行程公差要高一些，則行程超出邊界曲線間距的余量應當跨Gd和Ga曲線給Gd曲線一側(cè)分配得多一些。

2.2 靶標終點位置運動精度分析

在靶標接近和靶標離開兩個行程的末端都要針對最不利工況進行位置公差分析，以確保不會因為運動誤差的累積而達到Ga/Gd邊界，導致信號發(fā)生提前或者延后。公差分析應當對各種制造/安裝公差、動態(tài)公差（如氣動載荷、熱膨脹、沖擊、共振等等）和磨損公差進行累加。下圖3中例1和例2所展示的靶標前緣位置安裝設計是正確的，例3、例4和例5所示的設計方案則不可接受。

2.3 信號干擾因素對布置和設計的影響

靶標材料選擇的不恰當，或者有除了靶標以外的其它金屬部件進入感應區(qū)域，以及當存在一個以上的接近傳感器鄰近布置在一起時，都會對改變傳感器感應頭的磁通分布，形成信號干擾。

靶標的材料應當使用鐵磁性的材料，常見的有15-5PH等不銹鋼材，而諸如銅、鋁和銀等非磁性又具有較高導電性的材料則對傳感器的磁場影響很大，如果置于感應區(qū)域附近，將嚴重降低信號觸發(fā)距離，是不能用于靶標材料的。為消除此類干擾，應根據(jù)傳感器的感應作用范圍乘以一定的安全系數(shù)，設置一個禁止除靶標以外的其它金屬結(jié)構(gòu)件進入的“拒止區(qū)域”。對于多個傳感器同時并存的情況，在布置時，傳感器軸線之間的距離應至少大于2倍的拒止區(qū)域半徑。或當兩個傳感器感應端面對向安裝時，兩個端面的間距應當大于2倍的拒止區(qū)域半徑，如下圖4所示。

3 傳感器的安裝與調(diào)試設計要求

3.1 安裝的穩(wěn)定性要求

為保證“靶標接近”和“靶標離開”的信號名義觸發(fā)位置不受傳感器和靶標安裝支架變形的影響，支架的剛度應該足夠大。這樣做的另一個好處是防止維修人員在使用工具對傳感器調(diào)試時無意識地造成支架彎折。

傳感器電纜的設計及其鋪設方式應當滿足應變釋放的功能，防止出現(xiàn)電線扭結(jié)或者磨損腐蝕。為了避免因為不正確的接頭指向而產(chǎn)生這些不良影響，傳感器安裝時采用了一個帶有定向指針的鍵位墊圈，如圖5所示。與之相配合，安裝目標結(jié)構(gòu)或者支架為該指針提供一個插孔。

3.2 安裝調(diào)試的設計考慮因素

為了消除安裝公差對傳感器信號發(fā)生精度的影響，在傳感器和靶標安裝結(jié)束后，還需要根據(jù)測試結(jié)果進行安裝調(diào)試。

“迎頭對進”式的傳感器/靶標運動方式僅需針對Z方向上的安裝要素進行調(diào)整。“側(cè)向滑入”式則通常需要在2軸方向或者所有3軸方向上進行調(diào)試。如果靶標行程很大，通常只針對“靶標近進”進行調(diào)試。

傳感器和靶標設計時應當考慮提供了一些為安裝調(diào)試提供便利的設計特征。典型的組合方案有以下三種，如圖6所示：

對于槽縫結(jié)構(gòu)要注意保證有足夠的摩擦力來確保安裝的穩(wěn)固性。

4 結(jié)論

本文針對起落架上一種典型接近傳感器，就傳感器和靶標在布置過程中應考慮的要素和基本要求進行了探討，以期對類似的工程實踐提供有益的參考。

【參考文獻】

[1]鄭連澤，王偉鋼.全金屬電感式接近傳感器的關(guān)鍵技術(shù)及應用[J].海軍航空工程學院學報，2010，25（6）：707.

[責任編輯：楊玉潔]