襟缝翼舵面疲劳试验通路触点保护技术

李宏亮 路璐 孟立

摘  要：襟缝翼舵面结构疲劳试验不同于常规的疲劳试验，在飞机结构活动舵面随动加载时，活动舵面和加载装置的位置关系随时在改变，即加载装置跟随舵面一起运动。通常飞机结构强度试验都是静止加载，一般不用考虑运动中的随动加载问题，加载过程中的保护装置采用限位开关与多路故障检测器连接就可以实现，为了防止在试验过程中由于意外情况导致活动舵面和加载装置相碰引起试验件的损伤，必须在两个活动部位加装一对保护装置，当这一对保护装置相碰时，试验卸载卸压，根据该试验的特殊性及重要性，设计了通路触点保护，分别安装在试件与加载装置的关键部位，当活动舵面和加载装置触碰时，控制系统保护，试验停止，故障信号锁存，随后进行检查处理，从而保证了试验的安全运行。

关键词：活动舵面;通路保护;随动加载;信号锁存

中图分类号：V216 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0017-03

引言

飞机结构强度试验是验证飞机结构强度是否合格，证明多选结构形式是否合理的关键过程，在试验过程中因意外所产生的结构破坏对整个试验的结果有着巨大的影响[1]，所以在运行试验时对试验件的正常保护十分重要，通常试验件的保护措施分为软件保护和硬件保护，软件保护即控制系统内部因触发保护条件导致试验保护，系统卸载卸压;硬件保护即在试验件或加载机构上设置的如触点、光电以及人工应急按钮等保护装置，针对襟/缝翼舵面结构疲劳试验不同于常规的疲劳试验，在飞机结构活动舵面随动加载时，活动舵面和加载装置的位置关系随时间的变化而变化，即加载装置随舵面一起运动。为了防止在试验过程中由于意外情况导致活动舵面和加载装置相碰引起试验件的损伤，例如某型飞机襟缝翼结构疲劳试验，加载过程中舵面与加載装置均处于活动状态，舵面易触碰到加载装置[2]，其加载模型如图1所示，为了保证试验件的安全，设计了一种通路触点保护技术，将多组触点保护装置安装在两个活动部位，当任意一组或多组保护装置触碰时，试验卸载卸压，并锁存故障位置信号，由此保护试验件的意外损坏，同时能够快速查找到故障保护位置，保障了试验的安全运行。

1 基本原理

在结构强度试验中，为了保护试验件的安全，将所有外部保护装置串联接入协调加载控制系统互锁保护接口，当某一路保护起作用时，整个系统便处于互锁保护状态，系统停止试验[3]，如图2所示。

本文所涉及的通路触点保护技术由两部分组成，分别为电极控制和电极测试，电极是触点与接触面的统称，每个电极由一个触点和一个接触面组成，试验过程中当有一路触点与接触面相碰时电极控制继电器常闭触点打开，输出故障保护信号，该信号传输到协调加载控制系统，使试验停止，并卸载卸压，同时继电器常开开关与故障锁存信号等形成闭环，故障锁存信号灯亮。将该装置的金属触点安装在随动加载装置上，用来监测需保护的试验件部位，并将通路触点保护装置串联接入控制系统保护环路中，通过检测触点与接触面是否触碰来判定试验是否需要停止，以此来有效的保护试验件[4]。由于触点和接触面分开安装，只有当其相碰时才会形成回路起到保护作用。为了防止触点与接触面上的导线脱落而使保护失效，在各触点和接触面之间并联相接了测试指示灯，该部分电路组成电极测试盒。试验前，分别按压电极测试盒中的测试开关，检查控制线是否有效，当所有指示灯亮时，表明控制线正常，方可加压启动试验。通路触点保护机制如图3所示。

2 通路触点保护装置电路设计

2.1 电极控制盒设计

根据需求，当任何一路触点与接触面触碰时，控制系统都应互锁保护，停止试验，并且能够显示发生故障的具体位置，因此设计了如图4所示的电极控制电路，电极控制盒由电源及六对电极、继电器、LED显示灯共同够成了有六路输入，六路输出（继电器常闭触点）的或非门电路[5]。

设电路输入：电极接通为逻辑1，断开为逻辑0。

设电路输出：继电器常闭触点接通为逻辑1，断开为逻辑0。

电路输入/输出之间的逻辑为或非关系。其逻辑表达式为：

=（1）+（2）+（3）+（4）+（5）+（6）

式中：（1）～（6）表示6对电极。

：为输出结果（K1的常闭触点）

只要或非门电路中任意一个输入为1，不管其它输入是0还是1，输出  都是0。使用F（K1的常闭触点）与试验控制系统相连，达到试验有故障时系统卸压/卸载，起到保护试件的目的，同时继电器常开触点两端与LED显示灯和电源连接，当某一路  为0时，该路故障锁存信号LED灯亮，将保护信号锁存[6]。

2.2 电极测试盒设计

结构强度疲劳试验是一个动态且长久的疲劳试验，加载过程中加载装置与试验件一直处于动态，连接触点的线缆会长时间老化或被拉断等导致保护失效，因此设计了电极检测盒，该装置由LED指示灯、闭合开关、电源组成，电源共享电极控制盒中的电源[7]，电路如图所示5所示，试验开始启动前，通过分别按下开关（1）～（6）来检查控制线是否脱落断开，当所有灯亮时表明控制线缆正常，能够保证电极控制良好。

3 功能验证

将电路连接成功后，用金属杆代替接触面分别对电极控制与电极测试盒进行了测试。

3.1 电极测试盒测试

电源打开后，按下1-6路测试开关，LED显示灯均亮，随后对其中一路及多路进行断线测试[8]，断线后指示灯不亮，系统保护，即电极测试盒能够监测电极控制线缆是否损坏。

3.2 电极控制盒测试

利用金属杆代替接触面，将触点与接触面单个触碰后控制系统互锁[9]，故障锁存信号灯亮，随后进行多个随机组合触碰测试，同样控制设备互锁，故障锁存信号灯均变亮，系统保护。

3.3 通路触点保护测试

手动按下1-6路电极测试盒中的测试开关，LED全部变亮，随机将触点与接触面进行触碰，系统均互锁保护，故障锁存信号灯亮，故障位置对应准确。当对控制线缆短线处理后。对应指示灯熄灭，提示该路控制线缆有故障，系统互锁保护。

随后进行了长达一周的不断电功能测试，结果表明该保护装置安全可靠，能够满足试验保护要求[10]。

4 试验应用

在某型飞机襟缝翼疲劳试验中通路触点保护装置的应用。

触点安装位置如图6所示，在随动加载过程中，触点与接触面始终保持一定安全距离，当出现某种故障导致触点与接触面触碰时，系统立即互锁，故障锁存灯报出触碰点，试验保护并停止，响应迅速，及时制止了因意外导致的试验件二次破坏，保护了试验件的安全，试验如图7所示。

5 结果

本试验通过对通路触点保护功能的测试，结果显示，电极测试可判断电极控制线缆是否断开或损坏，为电极控制提供有效的控制回路，保障电极控制的正常工作，电极控制可檢测出某一路或多路触点与接触面是否触碰，即是否存在试验件损坏隐患，并且通过试验应用表明该保护技术功能正常，保护及时，可有效提高试验运行的安全性。

6 结论

通过对通路触点保护装置的测试与应用可以得出：

（1）通路触点保护技术使用元器件简单，组成电路简易，易实现。

（2）保护区域范围大，可在多处安装，可同时监测较多位置的安全隐患，能够解决飞机活动舵面随动加载时试验件保护问题。

（3）采用了串联并行机制，任何一路出故障，系统均可互锁保护。

（4）可广泛应用于随动加载舵面疲劳试验，如飞机襟缝翼疲劳试验等。

（5）具有信号锁存功能，可快速有效的判断出故障出处，提高试验运行效率。

通路触点保护在襟缝翼疲劳试验的长期测试与应用过程中，可有效保护试验件的安全，具有耗材成本低、组装简便等特点;该保护方式主要针对飞机襟缝翼等舵面疲劳试验试验件的安全保护进行研究与验证，在疲劳试验中的其他性能及对疲劳试验的影响有待进一步研究。

参考文献：

[1]李健，赵俊杰.结构疲劳试验控制系统关键技术[J].测控技术，2013，32（12）：83-86.

[2]刘金甫.飞机结构疲劳试验系统的研制及其发展动向[J].测控技术，1992，26（4）：8-9.

[3]斯而健.民用飞机结构的全尺寸疲劳试验[J].民用飞机设计与研究，2012（1）：47-52.

[4]卫朝霞，茹鹏.数字逻辑[M].北京：清华大学出版社，2011.

[5]胡寿松.自动控制原理（第五版）[M].北京：科学出版社，2007.

[6]张国雄，金篆芷.测控电路[M].北京：机械工业出版社，2001.

[7]史红梅.测控电路及应用[M].湖北：华中科技大学出版社，2011.

[8]王道宪，贺名臣，刘伟.VHDL电路设计技术[M].北京：国防工业出版社，2004.

[9]赵洪伟.结构疲劳试验系统仿真技术研究[D].北京：中国航空研究院，2015.

[10]宋志安，曹连民.MATLAB/Simulink与液压控制系统仿真（第2版）[M].北京：国防工业出版社，2012.