马军辉，徐向荣

(上海飞机设计研究院飞控部，上海 200232)

民用飞机高升力系统分为缝翼系统和襟翼系统。以波音737飞机为例，缝翼包括1个内缝翼和4个外缝翼，襟翼包括1个内襟翼和1个外襟翼。在襟缝翼正常的收起和放下时，襟、缝翼系统要分别保持翼面的一致性。如果翼面不一致，将造成实际与预期的气动特性不一致，在飞机起降阶段降低高升力系统的升阻作用。翼面不一致主要由作动机构的故障引起，如作动器内齿轮啮合的脱开、驱动齿轮齿条的脱开等。因此，有必要引入襟缝翼倾斜探测系统，通过检测翼面的倾斜来检测作动机构的故障并锁止系统以防止更严重的故障发生，并提供告警。

1 倾斜探测方案

倾斜探测系统包括襟/缝翼计算机、倾斜传感器、运动机构等。

襟缝翼计算机通常有两个，用来进行逻辑运算、发送指令和接收信号。

倾斜传感器采用双通道的方式分别与两个襟缝翼计算机相连，以增加系统的可靠性。传感器类型有接近传感器、resolver、LVDT、光纤传感器等。

运动机构的作用是将翼面的运动转换成传感器可检测到的运动。典型的运动机构有钢索机构、交联机构和曲柄连杆机构等。其他种类的运动机构，基本都由这3种运动机构演变而来，例如光纤式探测系统，就是由钢索式探测系统演变而来。

1.1 钢索机构

钢索式倾斜探测系统一般用在缝翼上，用以检测多个并排翼面的不一致。以US5648277专利［1］为例，主要由计算机、接近传感器、钢索、机械结构(锁止装置、预紧弹簧)等组成，如图1所示。

图1 钢索式倾斜探测器

当翼面倾斜时，钢索被拉伸，拉杆将压缩软弹簧和硬弹簧，直到卡壳被卡锁锁住。这时接近传感器会检测到信号，并传递给计算机，用于判断翼面是否倾斜。

软弹簧是抵抗正常干扰的阻尼器。卡锁卡住卡壳，以保证得到稳定的传感器信号，信号只有在持续一段时间后才会被计算机检测到。

1.2 交联机构

交联机构安装在两块翼面之间，通过检测两个翼面的相对运动来判断是否发生倾斜，如图2所示。当两块翼面运动不一致时，就会拉伸交联机构。阻尼器吸收冲击能量，并尽可能保证翼面的一致。当交联机构的拉伸值超出设定值时，传感器将被触发。

图2 交联机构式倾斜探测器

1.3 曲柄连杆机构

以专利 US6299108为例［2］，曲柄连杆机构安装在每个作动器站位上。曲柄连杆机构将翼面的平移运动转化为可供传感器检测到的旋转位移。

连杆与翼面相连，曲柄与传感器相连。计算机通过比较不同站位上的传感器输出值来判断翼面是否倾斜，如图3所示。

图3 曲柄连杆式倾斜探测器

2 设计要素

在设计倾斜探测系统时，需要考虑如下设计要素：

a．安全性需求。

是否设计倾斜探测系统应根据高升力系统安全性需求确定。

系统功能危害评估文件对功能失效状态进行分级并确定安全性指标。如果襟、缝翼发生倾斜对应的功能失效等级较低且概率小于安全性指标，可以选择不对此功能失效进行监控。这可以解释A320飞机缝翼没有倾斜探测系统的原因。

b．襟、缝翼翼面布局。

倾斜探测系统的设计还应考虑襟、缝翼翼面的布局。B737飞机采用双缝襟翼而A320采用单缝襟翼。B737采用了较适合于双缝襟翼的曲柄连杆机构，而A320飞机则采用了交联机构。

c．高升力系统的架构。

除了倾斜探测功能，高升力系统还应具有位置检测和非对称检测功能。因此，设计倾斜探测方案应考虑位置检测和非对称检测方案。例如B737飞机的襟翼采用在各个作动器站位上安装曲柄连杆式倾斜探测器，其中最外侧站位的传感器还可以用来检测位置和非对称。

d．转换曲线。

传感器检测到的位移与翼面位移的关系曲线称为转换曲线，用函数y=f(x)表示，其中y为传感器检测到的位移，x为翼面的位移。转换曲线的理想状态应是斜率适中的直线。斜率过大，阈值增大，会增加检测不出的概率;斜率过小，阈值减小，会造成误检测。在实际情况中，转换曲线一般都为曲线。转换曲线与运动机构及其安装点有关，并受翼面变形的影响。

e．比较方式。

比较方式分为两种：比较传感器检测值与预先设定值;比较对称位置的传感器值。

第一种比较方式，比较曲线应为y1=f1(t)±z(t)，其中t为时间，z(t)为阈值。当实际检测值y2超出y1的范围，系统报警。第二种方式，直接将左右机翼对称位置的传感器检测值相比较。若采用第一种方法，需要通过设计和试飞实验来保证曲线的准确性;若采用第二种方法，需要考虑飞机滚转的影响，由于比较了两个传感器的值，所以传感器的误差带会累积，造成系统精度降低。

f．阈值。

由于设计、制造、安装误差和飞行时受气流扰动的影响，将会对倾斜探测造成干扰，因此应设置合理的阈值，尽可能排除误报警。阈值的设定，还应考虑气动载荷的影响。

g．检测精度。

传感器、运动机构、转换曲线、比较方式和阈值都能影响倾斜探测系统的检测精度。不同的传感器，精度不同，但是选取传感器时，还要考虑成本、可靠性等问题。

h．质量和成本。

成本是民用飞机竞争力的主要指标之一，因此在设计倾斜探测系统时还应考虑质量大小和成本高低的问题。

i．部件安装。

由于在飞机机翼前后缘的空间有限，因此还应考虑部件安装、拆卸、开检查孔等问题。

3 结束语

民用飞机高升力倾斜探测系统的设计需要考虑众多因素，但减少误检测和提高检测灵敏度始终是一对不可调和的矛盾。因此，转换曲线、比较方式和阈值的设计在硬件方案日趋成熟的环境下显得更加重要，已成为倾斜探测系统设计的主要研究方向。

［1］ The Boeing company．Auxiliary airfoil lost motion detector and actuator：United States，US5628477［P］．1997-05-13．

［2］ The Boeing company．Method and apparatus for detecting skew and asymmetry of an airplane flap：United States，US6299108B1［P］．2001-10-09．