舵面角度測試方法研究

唐曦文

（上海飛機設計研究院 民用飛機模擬飛行國家重點實驗室，上海 201210）

舵面角度測試方法研究

唐曦文

（上海飛機設計研究院 民用飛機模擬飛行國家重點實驗室，上海 201210）

在飛機地面模擬試驗中需大量測量各系統舵面角度，通過利用LVDT伸長量變化的方式實現舵面角度的測量，并用實例說明如何根據被測對象的運動特點合理選擇LVDT的量程和安裝支架滿足測試要求。

線性差動傳感器；舵面角度測試；量程；安裝支架

0 引言

線性差動傳感器（LVDT）是機械-電信號傳感器，它的輸入信號是鐵芯的機械位移量，輸出是一對與鐵芯位移成正比的交流信號。具有結構簡單可靠、分辨率高、性能穩定、輸出功率大等特點，廣泛應用于工業生產和檢測產品的位移、振動、角度、應變等多種物理量的測量。

1 舵面角度的測試原理

圖1 舵面角度測試原理圖

某型號飛機鐵鳥試驗中就采用了大量此類傳感器來測試各系統舵面角度（如圖1所示）。當舵面圍繞旋轉點轉動時產生角度變化值Δ?，此時由于舵面運動使安裝在舵面安裝支架與臺架安裝支架間的LVDT產生位移變化量Δl。由于LVDT產生位移變化Δl使得LVDT輸出不同的電壓值Ui。當舵面下偏到最大時，通過安裝在舵面上的傾斜傳感器讀出角度值?1，此時LVDT輸出的電壓值為Umax。然后將舵面上偏2°～5°分別讀出舵面的角度值?2和LVDT的電壓值U2，依次往復此動作分別讀出舵面角度值?i和LVDT的電壓值Ui，直到舵面上偏到最大角度?n和LVDT的電壓值Umin（一般n取10～15個點）。此時可以得到舵面角度{?1，?2，…，?n}和{Umax，U2，…，Umin}兩個數組，通過最小二乘法擬合出一個角度與電壓值的高階公式：?=b0+a1U+ a2U2+，…，+anUn（n通常取2或3），這樣就實現了通過LVDT來測試舵面角度。

2 LVDT的選型原則

LVDT選型主要有兩個原則

1）實際使用的測試行程大約占LVDT整個量程的70%～80%，考慮到被測對象和LVDT安裝可能帶來的偏差，實際使用的測試行程應處于LVDT整個量程的中間區域，兩頭各留出10%～15%的余量（如圖2所示）。

圖2 LVDT實際使用的測試行程選擇

2）LVDT的機械外形結構應為套筒式。套筒運動會產生一定的氣體，所以在套筒表面應留有導氣孔。此外，LVDT支架在安裝時可能產生一定的偏差從而導致LVDT在運動過程中產生卡阻現象，所以LVDT兩端頭上應有球軸承（相對于中心軸有12°偏角）消除這種偏差導致LVDT損壞的可能（如圖3所示）。

圖3 典型的LVDT機械外形結構

3 LVDT安裝支架的設計

1）根據舵面運動的特點，在設計LVDT安裝支架需注意：臺架安裝支架中心面與舵面安裝支架中心面共面；通過旋轉點的舵面旋轉軸線需與臺架安裝支架中心面垂直（如圖4所示）。

圖4 LVDT安裝支架示意圖

2）根據圖1設計臺架安裝支架和舵面安裝支架時，需先確定懸點1和懸點2兩個重要的參數點，這兩個參數點決定了LVDT的安裝位置。同時，在確定這兩個懸點位置時還需滿足圖2的LVDT實際使用的測試行程選擇原則。當舵面位于中立位置時，在圖4中的舵面安裝支架中心面（或臺架安裝支架中心面）作草繪（如圖5所示）。

（1）以旋轉點為圓心做一個直徑為260mm的圓，懸點1落在這個圓上，懸點1到舵面上表面在該平面上投影的距離大約為50mm～150mm（本例為97.941mm）。然后連接懸點1和旋轉點的連線；再在圓上畫兩點A、 B，并分別與旋轉點連接，使得兩連線與懸點1、旋轉點之間連線的夾角均為30°（表示舵面從中立位置上偏或下偏到最大角度）。

（2）當舵面向下偏30°時，LVDT伸長量最大（135mm）；當舵面向上偏轉30°時，LVDT伸長量最短（15mm）。由于LVDT外形尺寸為285mm（伸長量為0mm），此時對應A點，LVDT長度為15+285=300mm；對應B點，LVDT長度為135+285=420mm。

（3）以B點為圓心，作一個半徑為420mm的圓；以A點為圓心，作一個半徑為300mm的圓；當這個兩個圓相交產生懸點2，該點到鐵鳥梁在該平面上的投影距離為50～150mm（本例為96.371mm）。如果距離不合適或無交點，則在圓上適當調整懸點1的位置，直到懸點2滿足上述要求。

圖5 LVDT安裝支架理論圖

3）根據上述方法得到懸點1和懸點2兩個關鍵的參數點位置后，基于這兩點分別設計舵面安裝支架和臺架安裝支架。值得注意的是支架必須壓入銅襯套配合LVDT端頭的球軸承使用（如圖6所示）。

【】【】

圖6 典型的支架裝配圖

4 結束語

通過上述方法利用LVDT伸長量的變化實現了舵面角度的測量。通過飛機地面模擬試驗驗證，這種方法可靠性高、精度高、重復性好，能很好的滿足試驗要求，且實現起來也較為容易，因此具有一定的工程應用參考價值。

[1] 尤春風.CATIA V5機械設計[M].北京:清華大學出版社,2002.

[2] 尤春風.CATIA V5曲面造型[M].北京:清華大學出版社,2004.

[3] 尤春風.CATIA V5高級應用[M].北京:清華大學出版社,2006.

Airplane control surface defl ection test method research

TANG Xi-wen

TH124

：A

1009-0134(2017)03-0075-02

2016-12-09

唐曦文（1981 -），男，江蘇無錫人，高級工程師，碩士，主要從事飛機地面模擬試驗測控的研究。