CN102829747A

CN102829747A - 一种适用于非线性舵系统的间隙测量方法

Info

Publication number: CN102829747A
Application number: CN2012102735978A
Authority: CN
Inventors: 宋锋; 李增文; 宋月娥; 张可
Original assignee: Beijing Research Institute of Mechanical and Electrical Technology
Current assignee: Beijing Research Institute of Mechanical and Electrical Technology
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2012-12-19

Abstract

一种适用于非线性舵系统的间隙测量方法，包括以下步骤：在舵面根部任意选取以舵轴中心线为中心对称的两点A、B；将舵机断电，舵系统的舵面偏角调整为0°，以F为一个加载单位，分别在A、B点进行加载试验以获得使舵面转动的最小载荷G′＝n×F；3)将舵面偏角重新调零，以F单位，对A点和B点依次进行逐步加载和卸载的过程，分别记录不同加载载荷G下的舵面偏转角度α的值，并绘制“载荷-角度”关系曲线，直到获得两条闭合的曲线为止，所述闭合曲线在G＝0处的角度差值即为所述舵系统的间隙。本发明克服了传统间隙测量方法在非线性系统中应用的不足，得到的间隙值可以将弹性变形完全区分。

Description

一种适用于非线性舵系统的间隙测量方法

技术领域

本发明涉及飞行器上的舵系统，尤其是一种舵系统间隙的测量方法。

背景技术

飞行器的舵系统由舵机、连杆机构、轴承、舵面等多个部件构成，各个运动副之间的配合公差积累带来了结构间隙。间隙具有很强的非线性，会使操纵面出现滞后现象，降低操纵的灵敏度、准确性及扭转频率，增加操纵面抖动和颤振的可能性，对飞行安全有着重要影响，因此，间隙指标非常关键，其是根据飞行性能要求(滞后和颤振等)及结构实现的可能性综合提出来的。

给舵面施加载荷时，在外载荷作用下，转轴扭转角度基本与载荷成非线性关系，只有当外载荷大于M0后，转轴扭转角度和作用载荷呈一定的线性比例变化。因此，在转轴扭转角度与作用载荷呈线性变化前的角度变化量被认为是舵系统的间隙。传统的间隙测量方法均基于此理论。然而，对于传递环节较多、非线性极强的舵系统来说，在外载荷作用下无法呈现线性变化趋势，采用传统的间隙测量方法进行了测量，很难获得间隙值。而且，传统的间隙测量方法无法将间隙与弹性变形完全的区分开来，结果中包含有弹性变形的成分。

如图1所示，采用传统的舵系统间隙测量方法，给舵面施加载荷时，在外载荷作用下，转轴扭转角度基本与载荷成非线性关系，只有当外载荷大于M0后，转轴扭转角度和作用载荷呈一定的线性比例变化。因此，在转轴位置与作用载荷成线性变化前的位置变化量“2e”可认为是舵系统的间隙。M0可以作为间隙测量时施加的最小载荷，如果载荷大于M0，则会将舵系统的弹性变形量引入测量结果，使得间隙值偏大。综合来看，传统的间隙测量理论对于刚度较好、近似线性的舵系统来说比较适用。但用该方法对刚度较小、非线性的舵系统进行测量时，却无法获得舵系统的间隙值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的飞行器舵系统间隙测量方法，克服传统测量方法无法将间隙与弹性变形区分的缺陷，尤其适用于非线性舵系统的间隙测量。

为实现上述目的，本发明的飞行器舵系统间隙测量方法包括以下步骤：

1)在舵面根部任意选取以舵轴中心线为中心对称的两点A、B；

2)将舵机断电，舵系统的舵面偏角调整为0°，以F为一个加载单位，分别在A、B点进行加载试验以获得使舵面转动的最小载荷G′＝n×F，其中，F为任意大小的力，n＝1，2，3，4…；

3)将舵面偏角重新调整为0°，以F单位，对A点逐步施加载荷G，至G＝(n-1)×F时停止，记录此时的舵面偏转角度α；

4)以F为单位，对A点逐步卸载载荷，至G＝0时停止，分别记录不同加载载荷G下的舵面偏转角度α的值；

5)保持舵面偏角，在B点重复逐步加载和卸载的过程，使舵面向相反方向偏转，记录不同加载载荷G及其对应的α值；

6)根据步骤3)至5)的结果绘制“载荷-角度”关系曲线，其中，载荷G和舵面偏转角度α均为向量；

7)保持舵面偏角，重复对A点和B点依次进行逐步加载和卸载的过程并绘制“载荷-角度”曲线，直到获得两条闭合的曲线为止，所述闭合曲线在G＝0处的角度差值即为所述舵系统的间隙。在载荷为零处即力矩为零时，舵系统不受外力作用，无弹性变形，故此时测得的间隙值不含弹性变形，达到了本发明的目的。

本发明的有益效果是：提供了一种新的飞行器舵系统间隙的测量方法，克服传统间隙测量方法在非线性系统中应用的不足，得到的间隙值可以将弹性变形完全区分。该方法操作简单，尤其解决了非线性舵系统间隙测量的难题，在非线性舵系统间隙测量方面有广阔的应用前景。

附图说明

图1是传统间隙测量方法的间隙-载荷曲线示意图；

图2是本发明方法的加载、读数点示意图；

图3是本发明方法实际应用所得的百分表读数-载荷曲线图。

具体实施方式

以下将以刚度较小的非线性舵系统为例，详细说明本发明的飞行器舵系统间隙测量方法。在该实施例中，选取了本领域常见的舵面水平布置的舵系统作为测量对象。本领域技术人员应能理解，该方法同样适用于其他舵系统，以下实施例的描述不构成对本发明的限制。

如图2所示，为舵系统中舵面的示意图。其中，舵轴2通过法兰与舵机(图中未示出)相连，舵轴2带动舵面1围绕舵轴中心线旋转。

(1)由于舵面水平安装，在舵面根部安装了加载工装，加载工装设计时平衡了由于舵面自身重量而作用在舵轴上的载荷。

(2)如图2所示，在舵面根部任意选取对称的两个点①、②作为加载点，其与舵轴中心线的距离为L，本实施例中L＝260mm。另外，在舵面根部任意选取③点作为百分表度数点，其与舵轴中心线的距离为D＝293mm。

(3)将舵面偏角调整为0°，将位置③处的百分表读数调零，将舵机断电；

(4)以任意大小的力F为单位(本实施例中F取值为1kgf)分别在位置①、②处逐步施加载荷，直至舵面转动。分别记录在位置①、②处加载时舵面转动时的载荷G′＝n×F，本实施例中均为16kfg(n＝16)，即最小载荷为G′＝16×1kgf＝16kgf。

(5)保持舵面偏角0°，百分表读数调零，舵机断电，以1kgf为单位在位置①处开始逐步施加载荷G，直至加载到G＝(n-1)×F即15kgf，记录载荷15kgf下的百分表读数(见表1第二列)；

(6)以1kgf为单位在位置①处开始逐步卸载载荷，直至卸载到0，分别记录不同加载载荷下的百分表读数(见表1第3列)；

(7)以1kgf为单位在位置②处开始逐步施加载荷，直至加载到15kgf，分别记录不同加载载荷下的百分表读数(见表1第4列)；

(8)以1kgf为单位在位置②处开始逐步卸载载荷，直至卸载到0，分别记录不同加载载荷下的百分表读数(见表1第5列)；

(9)以1kgf为单位在位置①处开始逐步施加载荷，直至加载在15Kgf，分别记录不同加载载荷下的百分表读数(见表1第6列)；

以步骤(5)～(9)为例，可以采用下表方式记录各步骤中的数据：

表1

(10)重复步骤(6)～(9)，拟合“百分表读数-载荷”关系曲线，直至百分表读数-载荷曲线闭合后，停止加载。最后得到的闭合曲线如图3所示，图中横轴表示载荷，纵轴表示百分表度数。以载荷为零处为界，位置①处测量所得的曲线位于右边，位置②处测量所得的曲线位于左边。由于本实施例中直接采用百分表读数绘制曲线，因此由闭合曲线在载荷为零处的差值即可以计算出舵系统的间隙。

(11)根据间隙换算公式：间隙＝tan^-1α，可以得到：

由于闭合曲线与载荷轴交点处载荷为零，舵系统不受外力作用，无弹性变形，测得的间隙值不含弹性变形。图3中闭合曲线在G＝0处的差值为67.5，根据上述公式计算得出的间隙为0.132°，即为该非线性舵系统的实际间隙。

上述实施例中采用载荷和百分表度数绘制曲线，最后通过计算得到了舵系统的间隙。在本发明的其他实施例中，也可以根据力矩公式M＝G×L，在每次加载时，计算载荷所对应的力矩，然后绘制“力矩-百分表度数”曲线，最后计算舵系统的间隙。还可以在每次测量时，将百分表读数根据根据间隙公式“间隙＝tan^-1α”逐一转换成对应的舵面偏转角度。也可以利用除百分表以外的其他仪器直接测量舵面偏转角度，从而绘制“载荷-角度”或“力矩-角度”曲线。本领域技术人员应能理解，在本发明中，载荷与力矩的本质是相同的，百分表度数也仅仅是为了获得舵面偏转角度的一种具体手段。因此，无论绘制哪种曲线，其实质都是相同的，都能够实现本发明的目的。

Claims

1.一种适用于非线性舵系统的间隙测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在舵面根部任意选取以舵轴中心线为中心对称的两点A、B；

7)保持舵面偏角，重复对A点和B点依次进行逐步加载和卸载的过程并绘制“载荷-角度”曲线，直到获得两条闭合的曲线为止，所述闭合曲线在G＝0处的角度差值即为所述舵系统的间隙。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述舵系统的舵面为水平安装，所述步骤2)中，首先要平衡由于舵面自身重量而作用在舵轴上的力矩，然后再开始加载和卸载过程。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，F＝1kgf。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法中使用百分表测量舵面偏转角度。