某水陆两栖飞机纵向配平操纵系统间隙对位置指示影响的分析

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[摘 要]某水陆两栖飞机在标定纵向配平操纵系统位置指示器时，出现了角位移传感器输出电压值异常现象，导致位置指示器显示的角度与纵向配平舵面偏度不一致。通过对纵向配平操纵系统各个传动环节间隙的分析计算，得到了传动机构各环节处的间隙对角位移传感器的影响，从而找到了纵向配平操纵系统位置指示器标定时，角位移传感器输出电压值异常的原因，并提出了减小及消除间隙的措施，通过更改，验证了间隙对位置指示偏差的影响。

[关键词]纵向配平；间隙；角位移传感器

中图分类号：P412.24 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0041-02

某水陆两栖飞机纵向配平操纵系统位置检测部分主要由角位移传感器、纵向配平位置指示器及传动机构组成，传动机构包括拉杆、摇臂等。角位移传感器直接与传动拉杆相连接，当纵向配平舵面偏转时，通过传动机构将舵面偏转指令传递给角位移传感器，角位移传感器收到舵面的运动指令后将产生电压值变化，然后将输出电压值反馈到纵向配平指示器。纵向配平位置指示器集成到综合显示器里，显示纵向配平舵面所处的角度。位置指示器采用图形和数字显示，数字显示范围：-26度～10度。纵向配平操纵系统总装完成后需通电进行标定，即让纵向配平舵面以1度或者2度进行偏转，测的角位移传感器的输出电压值，将整个过程中得到的若干个电压值输入到位置指示其中，位置指示器中的软件将电压值转化成数值显示。

1 问题描述

某水陆两栖飞机在总装完成后，对纵向配平操纵系统位置指示器进行标定时，发现纵向配平角位移传感器输出的电压值出现异常：当纵向配平舵面从10度偏转到4度之间，测得角位移传感器输出的电压值基本上没有变化；当纵向配平舵面从-26度偏转到-21度之间时，测得角位移传感器输出电压值也几乎不变。表1和表2为标定时舵面偏度与相对应的角位移传感器输出的电压值。如果按照表1和表2测得的数据进行位置指示器标定，那么，在0度处正反行程角位移传感器的输出电压值有0.315V的误差，则位置指示器上的数字显示将与舵面的实际偏度有近6度的误差，影响飞机的飞行安全。

2 问题分析

导致角位移传感器输出电压值异常的可能原因有电路本身的故障、角位移传感器故障、角位移传感器到纵向配平舵面之间的传动机构安装间隙过大。根据表1及表2测出的电压值，可以排除电路故障本身的故障。根据角位移传感器厂家提供的产品技术规范以及该产品为成熟的货架产品，在其他飞机上也有应用，所以角位移传感器故障的可能性也可以排除。对表1、表2中的数据进行分析，异常数据集中在纵向配平舵面行程的两端，且相同偏度下的电压值相差近0.3V。由此可以判断是系统间隙导致角位移传感器输出电压数值异常。

角位移传感器与纵向配平舵面之间的传动元件有摇臂、拉杆及配平机构上的叉耳支座，角位移传感器、摇臂、拉杆以及纵向配平舵面组成平行四边形机构，配平机构的转角与传感器的转角一致。纵向配平角位移传感器及传动机构的安装见图1，系统的间隙主要存在于A处摇臂与拉杆的连接、B处拉杆与叉耳的连接、C处传感器与摇臂的连接。

2.1 摇臂与拉杆连接处的间隙分析计算

A处摇臂与拉杆由HB633-2.5×10半空心铆钉铰接。查标准得，HB6333-2.5×10半空心铆钉的最小直径为φ2.5mm，最大直径为φ2.6mm；而摇臂与拉杆的连接孔φ2.6mm自由公差，其最小值为φ2.6mm，最大值为φ2.74mm，如图2所示，则摇臂与铆钉之间的最大间隙为：

拉杆与铆钉之间的最大间隙为：

A处的最大间隙为，已知摇臂的旋转半径为50mm，则间隙引起的传感器滞后角度为：

2.2 拉杆与叉耳连接处的间隙分析计算

B处拉杆与叉耳由光杆公差带f7小六角头螺栓HB1-106-4×16×2.5铰接。查标准得到螺栓光杆部分最大直径为φ3.99mm，最小直径为φ3.978mm。叉耳的孔为φ4mm公差为H8，其最小值为φ4mm，最大值为φ4.018mm；拉杆的孔尺寸为φ4.1mm自由公差，其最小值为φ4.1mm，最大值为φ4.28mm，见图3，拉杆与叉耳间的最大间隙为：

；

叉耳与螺栓间的最大间隙为：

B处的间隙为，摇臂的旋转半径为50mm则间隙引起的传感器滞后角度为：

2.3 传感器与摇臂连接的间隙分析计算

C处摇臂与角位移传感器输入轴由开口销GB/T 91 1×15固接。摇臂孔与角位移传感器输入轴配合为H8/f7，间隙可忽略。摇臂上开口销安装孔尺寸为φ1mm自由公差，其最大值为φ1.14mm；传感器轴上的开口销安装孔尺寸最大值为φ1.01mm，最小值为φ1.004mm；开口销的最大直径为φ0.9mm，最小值为φ0.8mm，摇臂宽为6mm，见图4。

传感器输入轴与开口销之间的间隙为

Δ1=1.01-0.8=0.201mm

间隙引起的传感器滞后角度为：

摇臂与开口销之间的间隙为

Δ2=1.14-0.8=0.34mm

间隙引起的传感器滞后角度为：

C处角位移传感器输入轴与摇臂连接的间隙引起的传感器滞后角度

3 结论与措施

通过对系统间隙的分析计算，可知位置指示器标定时产生的角位移传感器输出电压异常值问题，是由系统传递间隙导致的。要解决传感器测量角度误差的首要措施是消除C处角位移传感器输入轴与摇臂连接处的间隙，此外减小A、B处的间隙。可采取以下措施：

a） 将摇臂与传感器输入轴配合面涂胶，将两者固接；

b） 将摇臂与传感器输入轴连接处的开口销换成销轴，并采取过赢配合；

c） 提高拉杆上孔φ4.1mm的精度。

采取上述措施后，在位置指示器标定时，角位移传感器输出的电压值基本正常。纵向配平位置指示器上的数字显示与纵向配平舵面位置对应。

参考文献（References）

[1] 张德发，叶胜利.飞行控制系统的地面与飞行试验[M].北京：国防工业出版社，2003.

[2] 徐鑫福，冯亚昌.飞机飞行操纵系统.北京：北航工业出版社，1989.

[3] 张明廉.飞行控制系统.北京：航空工业出版社，1994.