角位移传感器测量直升机脚蹬行程的方法研究

黄盼　鲍志泽

摘 要：介绍了电位计式角位移传感器的工作原理与其在测量直升机脚蹬行程中的应用，并得到了直升机实际飞行过程中的测试数据。测试数据表明，该测试方法可行，达到预期测试目的，对此领域的工程应用具有一定的参考价值。

关键词：角位移传感器 脚蹬行程 直升机飞行测试

中图分类号：V22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0025-03

Abstract：The working principle and the application of the measurement about the pedal stroke of a helicopter of the potentiometer type angular displacement senor were introduced，the test data of the helicopter in the flight were got. Test data shows that this test method is feasible and achieved the desired purpose， and it has a certain referencing merit of engineering application in this field.

Key Words：Angular displacement senor； Pedal stroke； Helicopter flight test

直升机在真实的飞行环境条件下需要进行各种试验，飞行试验贯穿于直升机研究、设计、鉴定、生产和使用的全过程，是直升机研发过程中重要、不可缺的手段和一环。飞行试验的结果通过大量的飞行测量、记录数据结合试飞员的飞行操作感观进行评定，小部分常规或简单的飞行试验只需要试飞员的飞行操作感观作定性评估即可，而大量的、重要的飞行试验则需要借助于各类先进的测试手段，获取海量般的飞行数据，经精确定量分析处理才能完成，因此飞行试验测试工作是飞行试验中的一项十分重要、关键的工作。

直升机的飞行测试中，对直升机操纵测量是一个重要的项目。某型直升机尾桨操纵系统中有左右两幅脚蹬，两幅脚蹬是联动的。直升机启动后，当飞行员蹬脚蹬时，与脚蹬固连的转轴带动拉杆、摇臂、钢索等部件运动，从而改变尾桨操纵联杆伸出量的大小，进而改变尾桨叶的安装角。而当尾桨叶安装角发生变化后，尾桨叶旋转时迎角也会相应发生改变，从而使尾桨拉力发生改变，由此来完成直升机的航向操作[1]。因此，对直升机脚蹬行程进行测试，分析脚蹬行程对直升机的影响、研究及改进直升机的性能有很重要的意義。

1 测试方案及原理

1.1 电位计式角位移传感器的工作原理

电位计式角位移传感器的基本原理是通过电位器元件将被测物体的角位移变化转换成与线性或一定函数关系的电压输出[2]。

电位计的移动端有一个可转动的导电臂，导电臂接触在环形电阻条上，导电臂的轴与被测物体通过轮盘相连。被测物体转动，带动导电臂在电阻条上旋转滑动，从而引起导电臂与电阻条两固定端之间的电阻发生变化。阻值的变化量反映了角位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了角位移的方向。通常在电位器上通以电源电压作为输入电压，把电阻变化转换为电压输出作为信号输出。

1.2 角位移传感器的测试原理

该试验通过在脚蹬处加装角位移传感器，脚蹬转动后经测试用连杆机构带动角位移传感器工作。

脚蹬与脚蹬转轴固定连接，脚蹬相对于直升机机体做旋转运动。如图2所示，连杆机构2与脚蹬转轴通过抱箍2.1固连，经连杆2.2带动连杆2.3运动，连杆2.4与角位移传感器3通过旋转轮盘固连。当脚蹬运动后，通过连杆机构2带动旋转轮盘转动，从而带动角位移传感器3工作。

该试验采用UMA2000为核心的测试系统架构，由测试设备和传感器设备等组成。测试参数接入UMA2000采集系统后被采集、编码生成PCM数据，PCM数据通过记录保存在CF卡。

机载测试系统原理框图见图3，通过引接机上28VDC直流电源后，电源分两路，一路给UMA测试系统供电，另一路接5V稳压电源后给角位移传感器供电。角位移传感器输出的电压信号进入UMA采集板卡，经滤波、A/D数模转换后以PCM编码形式记录存储至CF卡。记录控制盒可作为记录开始和结束的通断开关。PC机相连通过网络接口与UMA测试系统相连，作调试及监控用。

1.3 传感器安装及标定

某型直升机有左右两幅脚蹬，两幅脚蹬是联动的。当左脚蹬处于前极限位置时，右脚蹬处于后极限位置；当右脚蹬处于前极限位置时，左脚蹬处于后极限位置。现定义左脚蹬处于前极限位置时，对应的脚蹬运动行程百分比为0%；右脚蹬处于前极限位置时，对应的脚蹬运动行程百分比为100%。

通过角位移传感器可以将脚蹬的角位移变化转换成一定函数关系的电压输出，由此可以得到脚蹬运动行程百分比和电压值的函数关系。

在脚蹬运动全行程范围内，均匀分布取6个行程点（包括左脚蹬前极限点、右脚蹬前极限点），按顺序读出各行程点的输出电压值U，共测量2个循环。如图4所示，将记录下来的数据通过数据拟合即可得到行程百分比和电压值的函数关系直线[3]。

2 直升机飞行中的测试结果

图5是某型直升机地面开车时脚蹬运动行程曲线。由图可知，地面开车时，由于脚蹬没有运动，左右脚蹬在平行位置，脚蹬运动行程保持在50%左右。横轴为时间轴，图5中显示该次地面开车持续5 min。

图6是某型直升机在试飞过程中脚蹬运动行程曲线。由图6可知，在该次飞行过程中，脚蹬运动行程在0%～100%过程中变化。由于飞行员在操纵过程中留有一定的操作余量，脚蹬运动行程没有达到极限位置。脚蹬运动行程测试数据与实际飞行操纵状态相符，该测试方法满足直升机脚蹬操纵要求。

3 结语

该文介绍了电位计式角位移传感器的工作原理，分析了角位移传感器测量直升机脚蹬行程的测试方案及测试原理。在此基础上，得到了直升机飞行中的脚蹬行程的测试数据，数据表明该测试方案可行，并对此领域的工程应用具有一定的参考价值。

参考文献

[1] 张文军，吕伯平.某型直升机飞行中脚蹬偏斜的故障分析[J].中国民航飞行学院学报，2006，17（1）：15-16.

[2] 郭华玲，孟立凡，冯伟.电位计式角位移传感器测试系统的动态性能研究[J].陕西科技大学学报，2010，28（6）：87-89.

[3] 刘莹，杨宁.角位移传感器校准方法的探讨[J].计量技术，2011（3）：56-58.endprint