黄海峰

【摘 要】对于弹簧激振法在舵面上的应用示例、试验测量、测量装置及提高测量精度的途径进行研究及分析。

【关键词】民用飞机；操纵舵面；转动惯量；测量；弹簧激振法

中图分类号： V216 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）20-0027-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.009

【Abstract】This article research the Spring Oscillate method and its application in the airplane control surface， then build the test /measure device， research method to enhanceprecision.

【Key words】Civil Aircraft； Control Surface； Moment of Inertia； Measure； Spring Oscillate Method

0 引言

现代飞机一般采用电传操控系统控制飞机的操纵舵面，一般操纵舵面包括副翼、方向舵、升降舵等，上述结构类似，一般都为楔形盒段结构，在开口区域布置接头定轴旋转。本文以副翼为例子，副翼主要负责飞机绕机身的滚装运动，便于飞机快速转向，对转动惯量测量进行研究。

副翼的绕轴转动惯量是影响副翼颤振性能的重要指标，影响飞机的操控安全，在制造过程中要严格控制副翼的绕轴转动惯量，老式飞机在操纵面上通过加装补偿片的方式调整惯量，目前常用放啊发是通过电控驱动器自动调控，因此，需要采用精度较高的测量方法测量副翼结构的实际转动惯量。

副翼目前设计采用较多的复合材料，使用比例在某型飞机达到70%以上，重量分布的离散性较金属结构一般要大，需要通过多架次测量才能给出平均值。

另外在自动化设计平台如CATIA等可以输出部段的重心、转动惯量等参数，但由于目前在紧固件、喷漆、密封等影响还不能完全精确估算，理论值不能作为唯一的参考，试验作为一个强有力的补充对于结构设计还是必不可少的工具。

目前有三种方法可用于测量副翼的转动惯量：扭摆、单摆法和弹簧激振法。前两种方法需测量副翼的重心及重量，测量重心的方法误差较大且操作困难，导致转动惯量测量结果存在较大误差。

1 弹簧激振法简介

弹簧激振法测量转动惯量需建立专用测量台架，将副翼通过铰链点连接，后缘用弹簧激励，使副翼小幅振动，测量其振动频率fa。翻转副翼后，再次测量副翼振动频率fb。卸下副翼后，使用弹簧校准块连接于弹簧上，使弹簧拉伸长度L与副翼平衡时弹簧拉伸长度相等，测出此时弹簧振动频率f1，见公式1。测出后缘夹具质量及弹簧校准块质量等数据，代入公式2即可求出副翼绕轴转动惯。

弹簧激振法的优点通过测量副翼翻转前后绕铰链轴线振动的频率，抵消了重心位置对测量结果的影响，测量方法中没有测量副翼重心位置的步骤，因此测量的精度较高。

采用弹簧激振法测量副翼转动惯量时，将副翼的上翼面（或下翼面）向上，安装于测量台架上。副翼前缘悬挂接头铰链孔与台架铰接，后缘通过夹具夹持。夹具上的连接点通过弹簧钩于台架上，见下图1。

2 测量台架建立

副翼通过弹簧及悬挂铰链连接至台架，注意下列事项才能保证台架的测量功能。

2.1 基本要求

a）台架铰链站位选择与所测试舵面需匹配，至少设计2个铰链点，两铰链点站位至少保证舵面具有较好的支撑刚度。

b）台架悬挂接头的铰链孔必须安装轴承。

c）轴承安装完成后，台架接头的同轴度应不大于Φ0.2mm/3m展长，使副翼能够绕铰链轴线自由转动。

d）后缘夹具夹持点位于副翼理论重心站位面上，夹具表面须标有夹具的重心位置。

e）弹簧上悬挂点沿垂直方向必须可调节。

2.2 保护要求

a）后缘夹具在安装及副翼振动过程中，不得对副翼结构造成损伤。

b）台架须具备保护缓冲措施，防止振动过程中后缘夹具脱落造成副翼损伤。

2.3 测量要求

a）小幅度拨动副翼，要求弹簧能使副翼振幅明显（便于测量副翼振动周期），否则需调整弹簧刚度。

b）靠近副翼后缘位置须放置观测参照物，便于观察判断副翼的初始位置是否处于平衡状态、以及振动时的振幅是否满足要求。

c）采用秒表测量副翼振动周期，秒表精度0.01s。

d）在进行惯量测量之前，应确认副翼所有模块均已装配完成，包括橡胶密封件等。

2.4 重要参数选择

a）弹簧刚度K值应选择合适，避免刚度太强，无法形成足够的振动次数，一般以30-50次为宜。避免选择过弱，产生过度变形。在测试过程中应使用同一根弹簧或经校准刚度一致的弹簧。

b）尾缘夹具重量应尽量小，在满足功能的额情况下，避免影响测量精度。

c）弹簧校准快重量应选择合适，不大于部段重量。可使用多个测量用小砝码使用布袋扎紧，亦可使用如沙粒等物质使用布袋/塑料袋装盛并扎紧，避免晃动。

3 提高测量精度的方法

3.1 精度影响分析

根据公式2，分析相关参数对测量精度的影响。公式中重量及尺寸因素只要保证固定可靠及正确测量，对精度影响不大。主要是振动次数及时间频率的测量影响测量结果的精度。主要需要保证的前提如下：

a）保证副翼自由转动：

b）保证弹簧自由振动；

c）提高时间计量精度，避免人为因素影响。

3.2 提高措施

a）保证副翼悬挂轴线处自由转动

铰链轴承类型可选用关节轴承、自调心滚珠球轴承，可以起到调节铰链同轴度的作用。建议使用自调心滚珠球轴承可减少铰链的带来的摩擦，提高周期测量的精度，并进行适当润滑。

b）保证弹簧自由振动

弹簧两端与支架及夹具连接应使用万向节类连接，避免弹簧端部在振动式受限，无法完全自由振动，造成钟摆式運动影响周期测量。

c）提高时间计量精度

秒表测量为最低要求，计时及计数存在人为因素影响。可选用自动计时计数器，处理数据时应去除振动开始及结束阶段的数据，保留中间数据。

4 结语

通过对弹簧激振法的原理分析及测量装置的建立，给出实测量试验实施方案并根据飞机实际试验结果对照理论估算结果，可满足部件测量要求。针对对影响的设计因素进行分析，提取了重要影响因素，并提出提高精度的相关措施。

【参考文献】

[1]徐小方，张华，飞行器转动惯量测量方法研究，科学技术与工程，2006，卷9，第6期，1654页.

[2]陶增衙，一种测定操纵面转动惯量的新方法-两次振动法，南京航空学院学报，1992年2月，第24卷，第1期.