襟縫翼舵面疲勞試驗通路觸點保護技術

李宏亮 路璐 孟立

摘? 要：襟縫翼舵面結構疲勞試驗不同于常規的疲勞試驗，在飛機結構活動舵面隨動加載時，活動舵面和加載裝置的位置關系隨時在改變，即加載裝置跟隨舵面一起運動。通常飛機結構強度試驗都是靜止加載，一般不用考慮運動中的隨動加載問題，加載過程中的保護裝置采用限位開關與多路故障檢測器連接就可以實現，為了防止在試驗過程中由于意外情況導致活動舵面和加載裝置相碰引起試驗件的損傷，必須在兩個活動部位加裝一對保護裝置，當這一對保護裝置相碰時，試驗卸載卸壓，根據該試驗的特殊性及重要性，設計了通路觸點保護，分別安裝在試件與加載裝置的關鍵部位，當活動舵面和加載裝置觸碰時，控制系統保護，試驗停止，故障信號鎖存，隨后進行檢查處理，從而保證了試驗的安全運行。

關鍵詞：活動舵面;通路保護;隨動加載;信號鎖存

中圖分類號：V216 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0017-03

引言

飛機結構強度試驗是驗證飛機結構強度是否合格，證明多選結構形式是否合理的關鍵過程，在試驗過程中因意外所產生的結構破壞對整個試驗的結果有著巨大的影響[1]，所以在運行試驗時對試驗件的正常保護十分重要，通常試驗件的保護措施分為軟件保護和硬件保護，軟件保護即控制系統內部因觸發保護條件導致試驗保護，系統卸載卸壓;硬件保護即在試驗件或加載機構上設置的如觸點、光電以及人工應急按鈕等保護裝置，針對襟/縫翼舵面結構疲勞試驗不同于常規的疲勞試驗，在飛機結構活動舵面隨動加載時，活動舵面和加載裝置的位置關系隨時間的變化而變化，即加載裝置隨舵面一起運動。為了防止在試驗過程中由于意外情況導致活動舵面和加載裝置相碰引起試驗件的損傷，例如某型飛機襟縫翼結構疲勞試驗，加載過程中舵面與加載裝置均處于活動狀態，舵面易觸碰到加載裝置[2]，其加載模型如圖1所示，為了保證試驗件的安全，設計了一種通路觸點保護技術，將多組觸點保護裝置安裝在兩個活動部位，當任意一組或多組保護裝置觸碰時，試驗卸載卸壓，并鎖存故障位置信號，由此保護試驗件的意外損壞，同時能夠快速查找到故障保護位置，保障了試驗的安全運行。

1 基本原理

在結構強度試驗中，為了保護試驗件的安全，將所有外部保護裝置串聯接入協調加載控制系統互鎖保護接口，當某一路保護起作用時，整個系統便處于互鎖保護狀態，系統停止試驗[3]，如圖2所示。

本文所涉及的通路觸點保護技術由兩部分組成，分別為電極控制和電極測試，電極是觸點與接觸面的統稱，每個電極由一個觸點和一個接觸面組成，試驗過程中當有一路觸點與接觸面相碰時電極控制繼電器常閉觸點打開，輸出故障保護信號，該信號傳輸到協調加載控制系統，使試驗停止，并卸載卸壓，同時繼電器常開開關與故障鎖存信號等形成閉環，故障鎖存信號燈亮。將該裝置的金屬觸點安裝在隨動加載裝置上，用來監測需保護的試驗件部位，并將通路觸點保護裝置串聯接入控制系統保護環路中，通過檢測觸點與接觸面是否觸碰來判定試驗是否需要停止，以此來有效的保護試驗件[4]。由于觸點和接觸面分開安裝，只有當其相碰時才會形成回路起到保護作用。為了防止觸點與接觸面上的導線脫落而使保護失效，在各觸點和接觸面之間并聯相接了測試指示燈，該部分電路組成電極測試盒。試驗前，分別按壓電極測試盒中的測試開關，檢查控制線是否有效，當所有指示燈亮時，表明控制線正常，方可加壓啟動試驗。通路觸點保護機制如圖3所示。

2 通路觸點保護裝置電路設計

2.1 電極控制盒設計

根據需求，當任何一路觸點與接觸面觸碰時，控制系統都應互鎖保護，停止試驗，并且能夠顯示發生故障的具體位置，因此設計了如圖4所示的電極控制電路，電極控制盒由電源及六對電極、繼電器、LED顯示燈共同夠成了有六路輸入，六路輸出（繼電器常閉觸點）的或非門電路[5]。

設電路輸入：電極接通為邏輯1，斷開為邏輯0。

設電路輸出：繼電器常閉觸點接通為邏輯1，斷開為邏輯0。

電路輸入/輸出之間的邏輯為或非關系。其邏輯表達式為：

=（1）+（2）+（3）+（4）+（5）+（6）

式中：（1）～（6）表示6對電極。

：為輸出結果（K1的常閉觸點）

只要或非門電路中任意一個輸入為1，不管其它輸入是0還是1，輸出? 都是0。使用F（K1的常閉觸點）與試驗控制系統相連，達到試驗有故障時系統卸壓/卸載，起到保護試件的目的，同時繼電器常開觸點兩端與LED顯示燈和電源連接，當某一路? 為0時，該路故障鎖存信號LED燈亮，將保護信號鎖存[6]。

2.2 電極測試盒設計

結構強度疲勞試驗是一個動態且長久的疲勞試驗，加載過程中加載裝置與試驗件一直處于動態，連接觸點的線纜會長時間老化或被拉斷等導致保護失效，因此設計了電極檢測盒，該裝置由LED指示燈、閉合開關、電源組成，電源共享電極控制盒中的電源[7]，電路如圖所示5所示，試驗開始啟動前，通過分別按下開關（1）～（6）來檢查控制線是否脫落斷開，當所有燈亮時表明控制線纜正常，能夠保證電極控制良好。

3 功能驗證

將電路連接成功后，用金屬桿代替接觸面分別對電極控制與電極測試盒進行了測試。

3.1 電極測試盒測試

電源打開后，按下1-6路測試開關，LED顯示燈均亮，隨后對其中一路及多路進行斷線測試[8]，斷線后指示燈不亮，系統保護，即電極測試盒能夠監測電極控制線纜是否損壞。

3.2 電極控制盒測試

利用金屬桿代替接觸面，將觸點與接觸面單個觸碰后控制系統互鎖[9]，故障鎖存信號燈亮，隨后進行多個隨機組合觸碰測試，同樣控制設備互鎖，故障鎖存信號燈均變亮，系統保護。

3.3 通路觸點保護測試

手動按下1-6路電極測試盒中的測試開關，LED全部變亮，隨機將觸點與接觸面進行觸碰，系統均互鎖保護，故障鎖存信號燈亮，故障位置對應準確。當對控制線纜短線處理后。對應指示燈熄滅，提示該路控制線纜有故障，系統互鎖保護。

隨后進行了長達一周的不斷電功能測試，結果表明該保護裝置安全可靠，能夠滿足試驗保護要求[10]。

4 試驗應用

在某型飛機襟縫翼疲勞試驗中通路觸點保護裝置的應用。

觸點安裝位置如圖6所示，在隨動加載過程中，觸點與接觸面始終保持一定安全距離，當出現某種故障導致觸點與接觸面觸碰時，系統立即互鎖，故障鎖存燈報出觸碰點，試驗保護并停止，響應迅速，及時制止了因意外導致的試驗件二次破壞，保護了試驗件的安全，試驗如圖7所示。

5 結果

本試驗通過對通路觸點保護功能的測試，結果顯示，電極測試可判斷電極控制線纜是否斷開或損壞，為電極控制提供有效的控制回路，保障電極控制的正常工作，電極控制可檢測出某一路或多路觸點與接觸面是否觸碰，即是否存在試驗件損壞隱患，并且通過試驗應用表明該保護技術功能正常，保護及時，可有效提高試驗運行的安全性。

6 結論

通過對通路觸點保護裝置的測試與應用可以得出：

（1）通路觸點保護技術使用元器件簡單，組成電路簡易，易實現。

（2）保護區域范圍大，可在多處安裝，可同時監測較多位置的安全隱患，能夠解決飛機活動舵面隨動加載時試驗件保護問題。

（3）采用了串聯并行機制，任何一路出故障，系統均可互鎖保護。

（4）可廣泛應用于隨動加載舵面疲勞試驗，如飛機襟縫翼疲勞試驗等。

（5）具有信號鎖存功能，可快速有效的判斷出故障出處，提高試驗運行效率。

通路觸點保護在襟縫翼疲勞試驗的長期測試與應用過程中，可有效保護試驗件的安全，具有耗材成本低、組裝簡便等特點;該保護方式主要針對飛機襟縫翼等舵面疲勞試驗試驗件的安全保護進行研究與驗證，在疲勞試驗中的其他性能及對疲勞試驗的影響有待進一步研究。

參考文獻：

[1]李健，趙俊杰.結構疲勞試驗控制系統關鍵技術[J].測控技術，2013，32（12）：83-86.

[2]劉金甫.飛機結構疲勞試驗系統的研制及其發展動向[J].測控技術，1992，26（4）：8-9.

[3]斯而健.民用飛機結構的全尺寸疲勞試驗[J].民用飛機設計與研究，2012（1）：47-52.

[4]衛朝霞，茹鵬.數字邏輯[M].北京：清華大學出版社，2011.

[5]胡壽松.自動控制原理（第五版）[M].北京：科學出版社，2007.

[6]張國雄，金篆芷.測控電路[M].北京：機械工業出版社，2001.

[7]史紅梅.測控電路及應用[M].湖北：華中科技大學出版社，2011.

[8]王道憲，賀名臣，劉偉.VHDL電路設計技術[M].北京：國防工業出版社，2004.

[9]趙洪偉.結構疲勞試驗系統仿真技術研究[D].北京：中國航空研究院，2015.

[10]宋志安，曹連民.MATLAB/Simulink與液壓控制系統仿真（第2版）[M].北京：國防工業出版社，2012.