舵面角度测试方法研究

唐曦文

（上海飞机设计研究院 民用飞机模拟飞行国家重点实验室，上海 201210）

舵面角度测试方法研究

唐曦文

（上海飞机设计研究院 民用飞机模拟飞行国家重点实验室，上海 201210）

在飞机地面模拟试验中需大量测量各系统舵面角度，通过利用LVDT伸长量变化的方式实现舵面角度的测量，并用实例说明如何根据被测对象的运动特点合理选择LVDT的量程和安装支架满足测试要求。

线性差动传感器；舵面角度测试；量程；安装支架

0 引言

线性差动传感器（LVDT）是机械-电信号传感器，它的输入信号是铁芯的机械位移量，输出是一对与铁芯位移成正比的交流信号。具有结构简单可靠、分辨率高、性能稳定、输出功率大等特点，广泛应用于工业生产和检测产品的位移、振动、角度、应变等多种物理量的测量。

1 舵面角度的测试原理

图1 舵面角度测试原理图

某型号飞机铁鸟试验中就采用了大量此类传感器来测试各系统舵面角度（如图1所示）。当舵面围绕旋转点转动时产生角度变化值Δ☒，此时由于舵面运动使安装在舵面安装支架与台架安装支架间的LVDT产生位移变化量Δl。由于LVDT产生位移变化Δl使得LVDT输出不同的电压值Ui。当舵面下偏到最大时，通过安装在舵面上的倾斜传感器读出角度值☒1，此时LVDT输出的电压值为Umax。然后将舵面上偏2°～5°分别读出舵面的角度值☒2和LVDT的电压值U2，依次往复此动作分别读出舵面角度值☒i和LVDT的电压值Ui，直到舵面上偏到最大角度☒n和LVDT的电压值Umin（一般n取10～15个点）。此时可以得到舵面角度{☒1，☒2，…，☒n}和{Umax，U2，…，Umin}两个数组，通过最小二乘法拟合出一个角度与电压值的高阶公式：☒=b0+a1U+ a2U2+，…，+anUn（n通常取2或3），这样就实现了通过LVDT来测试舵面角度。

2 LVDT的选型原则

LVDT选型主要有两个原则

1）实际使用的测试行程大约占LVDT整个量程的70%～80%，考虑到被测对象和LVDT安装可能带来的偏差，实际使用的测试行程应处于LVDT整个量程的中间区域，两头各留出10%～15%的余量（如图2所示）。

图2 LVDT实际使用的测试行程选择

2）LVDT的机械外形结构应为套筒式。套筒运动会产生一定的气体，所以在套筒表面应留有导气孔。此外，LVDT支架在安装时可能产生一定的偏差从而导致LVDT在运动过程中产生卡阻现象，所以LVDT两端头上应有球轴承（相对于中心轴有12°偏角）消除这种偏差导致LVDT损坏的可能（如图3所示）。

图3 典型的LVDT机械外形结构

3 LVDT安装支架的设计

1）根据舵面运动的特点，在设计LVDT安装支架需注意：台架安装支架中心面与舵面安装支架中心面共面；通过旋转点的舵面旋转轴线需与台架安装支架中心面垂直（如图4所示）。

图4 LVDT安装支架示意图

2）根据图1设计台架安装支架和舵面安装支架时，需先确定悬点1和悬点2两个重要的参数点，这两个参数点决定了LVDT的安装位置。同时，在确定这两个悬点位置时还需满足图2的LVDT实际使用的测试行程选择原则。当舵面位于中立位置时，在图4中的舵面安装支架中心面（或台架安装支架中心面）作草绘（如图5所示）。

（1）以旋转点为圆心做一个直径为260mm的圆，悬点1落在这个圆上，悬点1到舵面上表面在该平面上投影的距离大约为50mm～150mm（本例为97.941mm）。然后连接悬点1和旋转点的连线；再在圆上画两点A、 B，并分别与旋转点连接，使得两连线与悬点1、旋转点之间连线的夹角均为30°（表示舵面从中立位置上偏或下偏到最大角度）。

（2）当舵面向下偏30°时，LVDT伸长量最大（135mm）；当舵面向上偏转30°时，LVDT伸长量最短（15mm）。由于LVDT外形尺寸为285mm（伸长量为0mm），此时对应A点，LVDT长度为15+285=300mm；对应B点，LVDT长度为135+285=420mm。

（3）以B点为圆心，作一个半径为420mm的圆；以A点为圆心，作一个半径为300mm的圆；当这个两个圆相交产生悬点2，该点到铁鸟梁在该平面上的投影距离为50～150mm（本例为96.371mm）。如果距离不合适或无交点，则在圆上适当调整悬点1的位置，直到悬点2满足上述要求。

图5 LVDT安装支架理论图

3）根据上述方法得到悬点1和悬点2两个关键的参数点位置后，基于这两点分别设计舵面安装支架和台架安装支架。值得注意的是支架必须压入铜衬套配合LVDT端头的球轴承使用（如图6所示）。

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图6 典型的支架装配图

4 结束语

通过上述方法利用LVDT伸长量的变化实现了舵面角度的测量。通过飞机地面模拟试验验证，这种方法可靠性高、精度高、重复性好，能很好的满足试验要求，且实现起来也较为容易，因此具有一定的工程应用参考价值。

[1] 尤春风.CATIA V5机械设计[M].北京:清华大学出版社,2002.

[2] 尤春风.CATIA V5曲面造型[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3] 尤春风.CATIA V5高级应用[M].北京:清华大学出版社,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，江苏无锡人，高级工程师，硕士，主要从事飞机地面模拟试验测控的研究。