起落架接近传感器的布置要求与安装调试方法

沈强

【摘 要】本文以一种安装在起落架上的典型接近传感器为研究对象，以开关信号特征曲线为基础，对传感器及其靶标的相对运动方式和行程设置、信号干扰因素的影响以及安装的稳定性和调试等给出了设计要求和建议。

【关键词】起落架；接近传感器；布置；安装；调试

电感式接近传感器是一种有开关量输出的位置指示与告警设备，主要由高频振荡器和放大处理电路组成。接电后，传感器的振荡感应头产生电磁场，当由金属制成的靶标向感应头靠近至电磁场作用范围内时，靶标内部产生涡流，这个涡流反作用于传感器，引起内部电路参数的变化，由此识别出靶标的接近与否，进而控制开关信号的通或断。

由于电感式接近传感器具有工作可靠、性能稳定、重复定位精度高、无机械磨损、使用寿命长、无火花、无噪音、抗干扰能力强、环境适应性强等突出优点[1]，得以在飞机起落架控制系统中得到广泛的应用。典型的例子是起落架收放机构中安装在锁撑杆上的一对接近传感器，传感器和金属靶标分别固定安装于两段式锁撑杆的上、下部分，收放过程中，随着锁撑杆的折叠或展开，靶标与传感器感应头的距离也会接近或者远离，从而完成对位置量的测量，并将其转换成开关信号反馈给驾驶舱，实现机组对起落架收放的位置感知和控制。

本文以某型飞机装备的一种典型接近传感器为对象，介绍了以传感器-靶标距离为基本变量的信号开关控制曲线。从运动方式和运动行程的选择、运动终点位置的精度分析、传感器信号干扰因素等几个方面，重点对接近传感器及其靶标的布置设计进行了探讨。同时，给出了传感器安装时的稳定性等一般性要求以及安装后的调试需求。

1 传感器信号开关控制曲线

由接近传感器的工作原理可知，靶标与传感器感应头之间的距离是控制信号开关的唯一外部激励。为便于分析，又将这一距离向量分解为X，Y，Z三个方向分量，其中X表示为从靶标前缘到传感器中心轴线的距离，Y表示为靶标端面对称线与传感器感应端面对称线之间的距离，Z表示为靶标端面与传感器感应头端面之间的距离。

以X和Z为基本变量，反映靶标-传感器距离与信号开关之间关系的就是传感器的信号开关控制曲线，如下图1所示，是分别表示触发“靶标接近”和“靶标离开”信号时“门槛”位置的两条边界曲线。

当靶标与传感器的距离位于蓝色边界，即Ga曲线以下时，可确保传感器发生的信号被处理并反馈给机组的信息是“靶标接近”，即显示为“起落架放下”；同理，当靶标与传感器的距离位于红色边界，即Gd曲线以上时，可确保传感器发生的信号被处理并反馈给机组的信息是“靶标离开”，即显示为“起落架收起”。

2 传感器及其靶标的布置要求

传感器与靶标的布置应当以确保信号的发生精度和可靠性为主要目标，需要重点考虑的包括靶标向传感器接近的方式、由机构运动学计算得到的运动行程需求、靶标在其行程终点位置的运动精度以及对传感器信号能够形成干扰的各类因素，是一个通过综合权衡之后得出的最优化结果。

2.1 运动方式选择及行程需求

靶标与传感器之间相互靠近的运动方式大致可以分为两类，其一是靶标端面与传感器感应头端面相向运动的方式，称为“迎头对进”式，两者的靠近主要表现为Z距离分量的变化；另一类是靶标从传感器侧面向其接近的方式，称为“侧向滑入”式，运动过程中靶标端面与传感器感应端面相互平行，两者的靠近主要表现为X距离分量的变化。

“迎头对进”式的布置方式对靶标在X方向上的安装误差不敏感，比较适合于对微幅运动有较高检测精度要求的场合，如对起落架放下时锁连杆机构过中心状态的检测。“侧向滑入”的布置方式与“迎头对进”式相比则存在以下2个突出优点：

（1）当传感器感应头附着了结冰冰晶或其它杂质时，“侧向滑入”的运动方式天然地具备利用靶标将冰晶/杂质从感应端面“擦除”的能力，如图2所示。而“迎头对进”式则可能会造成靶标对冰晶/杂质的面内挤压，导致传感器感应端面受损；

（2）“侧向滑入”布置方式使传感器感应端面与靶标的运动轨迹相互垂直，最大限度地避免了靶标与传感器发生正面撞击的可能性，从而降低传感器因撞击导致内部电路断开或者短路的风险。

靶标行程的估算和相应运动学关系的选择应遵循以下原则：在不考虑公差的前提下，所选的行程应使“靶标接近”的信号触发位置位于Ga边界曲线以下且与之距离足够远，同时使“靶标离开”触发位置位于Gd边界曲线以上且与之距离足够远。

任何情况下，靶标行程都应当大于Ga-Gd两条边界曲线之间的间距，行程超出边界曲线间距的部分应当通过公差分析进行分配。如果给 “靶标离开”和“靶标接近”信号赋予的行程公差相同，则行程超出边界曲线间距的余量应当跨Gd和Ga曲线平均分配。如果给“靶标离开”信号赋予的行程公差要高一些，则行程超出边界曲线间距的余量应当跨Gd和Ga曲线给Gd曲线一侧分配得多一些。

2.2 靶标终点位置运动精度分析

在靶标接近和靶标离开两个行程的末端都要针对最不利工况进行位置公差分析，以确保不会因为运动误差的累积而达到Ga/Gd边界，导致信号发生提前或者延后。公差分析应当对各种制造/安装公差、动态公差（如气动载荷、热膨胀、冲击、共振等等）和磨损公差进行累加。下图3中例1和例2所展示的靶标前缘位置安装设计是正确的，例3、例4和例5所示的设计方案则不可接受。

2.3 信号干扰因素对布置和设计的影响

靶标材料选择的不恰当，或者有除了靶标以外的其它金属部件进入感应区域，以及当存在一个以上的接近传感器邻近布置在一起时，都会对改变传感器感应头的磁通分布，形成信号干扰。

靶标的材料应当使用铁磁性的材料，常见的有15-5PH等不锈钢材，而诸如铜、铝和银等非磁性又具有较高导电性的材料则对传感器的磁场影响很大，如果置于感应区域附近，将严重降低信号触发距离，是不能用于靶标材料的。为消除此类干扰，应根据传感器的感应作用范围乘以一定的安全系数，设置一个禁止除靶标以外的其它金属结构件进入的“拒止区域”。对于多个传感器同时并存的情况，在布置时，传感器轴线之间的距离应至少大于2倍的拒止区域半径。或当两个传感器感应端面对向安装时，两个端面的间距应当大于2倍的拒止区域半径，如下图4所示。

3 传感器的安装与调试设计要求

3.1 安装的稳定性要求

为保证“靶标接近”和“靶标离开”的信号名义触发位置不受传感器和靶标安装支架变形的影响，支架的刚度应该足够大。这样做的另一个好处是防止维修人员在使用工具对传感器调试时无意识地造成支架弯折。

传感器电缆的设计及其铺设方式应当满足应变释放的功能，防止出现电线扭结或者磨损腐蚀。为了避免因为不正确的接头指向而产生这些不良影响，传感器安装时采用了一个带有定向指针的键位垫圈，如图5所示。与之相配合，安装目标结构或者支架为该指针提供一个插孔。

3.2 安装调试的设计考虑因素

为了消除安装公差对传感器信号发生精度的影响，在传感器和靶标安装结束后，还需要根据测试结果进行安装调试。

“迎头对进”式的传感器/靶标运动方式仅需针对Z方向上的安装要素进行调整。“侧向滑入”式则通常需要在2轴方向或者所有3轴方向上进行调试。如果靶标行程很大，通常只针对“靶标近进”进行调试。

传感器和靶标设计时应当考虑提供了一些为安装调试提供便利的设计特征。典型的组合方案有以下三种，如图6所示：

对于槽缝结构要注意保证有足够的摩擦力来确保安装的稳固性。

4 结论

本文针对起落架上一种典型接近传感器，就传感器和靶标在布置过程中应考虑的要素和基本要求进行了探讨，以期对类似的工程实践提供有益的参考。

【参考文献】

[1]郑连泽，王伟钢.全金属电感式接近传感器的关键技术及应用[J].海军航空工程学院学报，2010，25（6）：707.

[责任编辑：杨玉洁]