CN105716555B - 用于测量两个大致同轴部件之间的位移的装置和方法 - Google Patents

用于测量两个大致同轴部件之间的位移的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于测量在第一部件(8)与第二部件(10)之间的位移的简单设计的装置(20)，第一部件(8)和第二部件(10)大致同轴并且优选地通过环形线性连结部安装在彼此上，该装置包括：结构件(22)，其用于将装置安装在部件(8)上；叶片部(26)，其紧固至结构件(22)并且支承在中间构件(32)的外表面(34)上，构件(32)围绕部件(10)安装；至少一个应变/变形传感器(40)，其与每个叶片部(26)相联接，该传感器配置成传递取决于叶片部的变形水平的输出信号；以及转换单元(50)，其配置成根据输出信号提供与部件(8、10)的相对位置对应的至少一个数据，至少一个数据优选地从方位角、俯仰角和轴向位移获得。

Description

用于测量两个大致同轴部件之间的位移的装置和方法
技术领域
本发明涉及测量两个大致同轴的安装在彼此上的部件之间的位移的领域。
本发明特别地应用于飞行器部件，并且更特别地应用于包括管联接器和安装于该联接器上的管的组件。更一般地，本发明应用于大致同轴的飞行器部件，该同轴的飞行器部件的相对应的轴线在一个以上的点处叠合以形成环形线性类型的连结部。
背景技术
在两个大致同轴的安装在彼此上的部件之间的任何位移的测量可以具有多种目的。多种目的之一包括例如根据所测量的位移比如角度位移和/或线性位移来防止两个部件之间的连结部的潜在缺陷。跟踪这些测量还能够检查所测量的位移与设计阶段的计算所确定的位移是否一致。
无论所设想的应用如何，都需要提供简单可靠并且体积小的测量装置，该测量装置具体地设计成用以测量两个大致同轴的安装在彼此上的部件之间的位移，优选地由环形线性类型的连结部将部件安装在彼此上。
发明内容
为了至少部分地满足这种需求，本发明的一个主题首先是用于测量第一部件与第二部件之间的位移的装置，所述第一部件和第二部件安装在彼此上并且大致同轴地布置，该装置包括下面将描述的特征。
因此，本发明提供了关于围绕两个部件设置的叶片的变形的信息的灵活使用以确定关于两个部件的相对位置的数据，特别地确定关于两个部件之间的潜在的轴向位移。而且，针对两个部件的相对位置的这些数据可以通过如下方式获得：通过根据传感器的输出信号来进行空间重构，该输出信号提供关于装置的叶片部的变形水平的信息；以及通过将等式应用于变形值。这有助于获得简单可靠并且体积小的测量装置。
本发明还可以以单独或组合的方式提供了下列可选的特征中的至少一者。
所述转换单元配置成还根据应变传感器的输出信号提供与第一部件和第二部件的相对位置对应的至少一个数据，所述至少一个数据从方位角和俯仰角获得。还可以采用方位角和俯仰角以确定关于两个部件中的一者的轴线的圆锥角度。
优选地，第二部件的所述表面为所述第二部件的外表面，并且中间构件的所述表面为中间构件的外表面。
测量装置的所述中间构件的外表面是渐缩的、具有朝向第一部件变小的截面。这种特别的布置使得能够以特别简单的实施方式获得关于两个部件之间的轴向位移和角度位置的数据。作为一种指示，应注意的是，渐缩的外表面的角度大于运动中的两个部件之间所测量的角度，那么在叶片部上的应变值的相同的标记部的变化指示轴向或类轴向的位移，其中，不同的标记的应变指示用于相对位移的角度分量。换言之，叶片部的应变值的加权总数给出了关于轴向按压或扩大的信息，然而，直接读取设置在角度位移的平面上的叶片部的应变给出了关于所涉及的角度值的信息。
替代性地或同时地，测量装置可以包括线性位移传感器，该线性位移传感器用于优选地通过根据任何所测量的角度分量执行对这些值的校正以传送与第一部件和第二部件之间的轴向位移对应的数据。
测量装置包括将温度信号传送至转换单元的温度传感器。实际上，所述单元配置成考虑到温度信号以便可选地补偿与第一部件和第二部件的相对位置(角度和位移)对应的至少一个数据。
优选地，所述应变/变形传感器是光纤应变计或电测应变计。
优选地，为了便于组装，安装结构件和/或中间构件各自由多个安装在彼此上的成角度的部段制成，例如由两个180度的半部段制成。
本发明的另一主题是用于飞行器的组件，该组件包括第一部件和第二部件以及如上文描述的测量装置，其中，第一部件和第二部件安装在彼此上并且大致同轴地布置，测量装置与第一部件和第二部件配合。
优选地，第一部件和第二部件配装到彼此中以形成环形线性连结部。
优选地，第一部件和第二部件为管状的、优选地具有圆形截面。优选地，第一部件和第二部件为两个管，或为一个管和一个管联接器。
非常优选地，该组件形成燃料给送系统的一体部件。
本发明的另一主题是包括至少一个这种组件的飞行器。
最后，本发明的另一主题是用于测量在第一部件和第二部件之间的位移的方法，该第一部件和第二部件安装在彼此上并且大致同轴地布置，所述方法使用如上文描述的测量装置来实施，所述方法的目的是根据与测量装置的所述叶片部相联接的应变/变形传感器的输出信号来确定与第一部件和第二部件的相对位移对应的至少一个数据。
本发明的其他优点和特征将根据下文非限制性的详细描述而变得明显。
附图说明
根据附图将作出如下描述，在附图中：
-图1表示配备有燃料给送系统的飞机的前视图，其中，该燃料给送系统包括根据本发明的组件；
-图2为包括安装在彼此上的两个大致同轴的管状部件的组件的一部分的立体图；
-图3a为图2的沿着图3b的方向D2截取的侧视图；
–图3b为图2的沿着图3a的方向D1截取的平面图；
–图3c为示意性地表示在前述附图中所示的组件的两个部件之间的轴向位移的侧视图；
–图4为配备有用于测量两个部件之间的位移的装置的组件的立体图，其中，该装置采用本发明的第一优选的实施方式的形式；以及
–图5为与前一附图类似的视图，其中，该装置采用本发明的第二优选的实施方式的形式。
具体实施方式
首先参照图1，表示了配备有燃料给送系统2的商务飞机，该燃料给送系统2至少部分地布置在该飞机的机翼4中的一个机翼中。
给送系统2常规地包括多个部件，比如储罐、管、管联接器等。图2示出了形成该系统2的一体部分的组件6，该组件6包括由管联接器形成的第一部件8和由管形成的第二部件10。联接器8固定至给送系统2的另一元件，比如储罐壁或甚至简单的分隔部，该另一元件如在图2中以12标示的。
两个部件8、10安装在彼此上，通过在两个部件的端部中的一个端部处配装在一起以形成环形线性类型的连结部16。在两个部件之间布置合适的密封装置(未表示)。
在该构型中，部件8、10的相应轴线A1、A2在一个或更多个点处叠合，并且两个部件8、10被认为是大致同轴的。部件8、10实际上被认为是大致同轴的，因为其可以同轴地布置，然而，小程度运动允许两个部件相对于彼此非常轻微地倾斜，例如倾斜了+/-6度的角度。此外，如将在下文清楚地显示的，在两个部件8、10之间的这种可能的小的倾斜度可以进行流体操作，但这些部件仍然被认为是大致同轴地布置。
两个部件8、10各自为管状的、具有圆形截面，其中，管10的外径与联接器8的内径大致相等，或管10的内径与联接器8的外径大致相等。然而，两个管以显著的游隙配装至彼此中，从而允许多种程度的相对位移。
如将在下文描述的，组件6配备有针对本发明的测量装置，下文将详细描述该测量装置。这种测量装置能够通过测量俯仰角Ae、方位角Aa以及这两个部件之间的轴向位移Da来提供关于两个部件8、10之间的任何位移的数据。还能够使用方位角Aa和俯仰角Ae来确定在关于轴线A1的圆锥角方面的位移。
需要注意的是，在图3a和图3b中表示俯仰角Ae和方位角Aa。俯仰角Ae对应于在包括联接器8的轴线A1的水平平面Ph与管10的轴线A2之间的角度，然而，方位角Aa对应于在水平平面Ph中两个轴线A1和A2之间的角度。这些俯仰角Ae和方位角Aa在管10与联接器8之间的非同轴位移的情况下在环形线性连结部16处发生。为了清楚起见，在图3a至图3c中，已经通过比操作中将可能遇到的位移更大的幅度来表示位移。作为示值，很可能形成的俯仰角Ae和方位角Aa为大约+/-6度。
在图3c中示意性地表示的这些角度位移和轴向位移Da通过针对本发明的在图4中所示的第一优选实施方式的装置来测量。
测量装置20围绕部件8、10并邻近于两个部件之间的连结部16设置。首先，该测量装置包括整体环形结构件22，以用于将装置围绕形成组件6的第一部件的联接器8安装。优选地，环以围绕联接器8的外表面、邻近于与管10的连结部的方式夹持安装。随后施加的夹持有利地能够实现通过摩擦将安装结构件22紧固在联接器上。为了便于组装，环形结构件22被制成为两个成角度的部段，成角度的部段各自呈近似180度，这些部段通过螺钉24彼此固定。
装置20还包括多个叶片部26，每个叶片部26平行于轴线A1和A2延伸，在部件8、10之间没有角度位移的情况下轴线A1和A2重叠。这些重合的轴线A1、A2还形成测量装置的主轴线。这些叶片部26优选地围绕结构件22、在与角度测量相关的平面中分布。
叶片部26是弹性的并且其最小数量为三个。在所表示的第一优选的实施方式中，设置有围绕轴线A1、A2均匀地分布的四个叶片部26，即，所述四个叶片部26以90度彼此间隔开。
叶片部26中的每个叶片部的第一端部通过例如被夹持在环形安装结构件22与安装板30之间而紧固至该结构件。叶片部26的相反的端部即所谓的第二端部简单地支承在测量装置的中间构件32上。
该中间构件32围绕管10组装，该管10形成组件6的第二部件。优选地，整体环形形式的这种构件围绕管10的外表面、邻近于与联接器8的连结部而被夹持安装。随后所施加的夹持有利地能够实现通过摩擦将中间构件32紧固在联接器上。为了便于组装，环形结构件22被制成为两个成角度的部段，成角度的部段各自呈近似180度，这些部段通过螺钉38彼此固定。
中间构件32的外表面34是渐缩的、其截面沿着从管10到联接器8的方向36变小。该中间构件32以轴线A2定中心。每个叶片部26的第二端部以支承的方式静置在该渐缩的外表面34上。只要该测量装置20安装在部件8、10上，这种滑动支承就起作用使得对叶片部预加应力。这种预加应力可以例如通过在叶片部的端部处的间隔件来确保，该间隔件具有能够允许弹性叶片部26永久地接触在渐缩表面上的高度。施加至每个叶片部26的预加应力是在与叶片部的长度方向平行的挠曲平面中的挠曲预加应力。
外表面34可以可选地包括放置在中间构件的本体上的涂层，该涂层能够根据所遇到的需求而被功能化。通过示例，在燃料给送系统的高爆炸性环境中，涂层可以以如下方式制成：涂层限制很可能通过与叶片部的第二端部——优选地为金属的第二端部——的接触而产生火花的风险。
此外，测量装置20包括与每个叶片26相关联的应变/变形传感器40。电测应变计或光纤应变计类型的传感器40固定到与其相关联的叶片部上以提供叶片部的变形水平的信息，即关于叶片部的挠曲水平的信息。而且，传感器40配置成传递取决于叶片部的变形水平的输出信号，其中，这些变形水平至少部分地取决于两个部件8、10之间的相对位移。
测量装置20还包括转换单元50，该转换单元50配置成从传感器40的输出信号获得与部件8、10的相对位置对应的三个数据(即方位角Aa、俯仰角Ae以及轴向位移Da)中的每个数据。如先前说明的，这些值还可以用于确定关于轴线A1的圆锥角。
所施加的转换对应于根据在叶片部26上检测到的挠曲变形获得的空间重构。可以例如使用理论等式和/或使用在试验台上对装置20的校准的初期操作中所收集的信息来实施转换。实际上，通过了解每个叶片部26的变形水平，能够确定上文提到的三个数据Aa、Ae以及Da中的每个数据的值。关于轴向位移数据Da，外表面34的渐缩形式对其确定提供了简单的辅助。实际上，应当注意的是，在每个叶片部26上所测量的相同标记部的变形的变化反应了管10相对于联接器8的轴向位移。同时，叶片部的变形的单独分析使得能够确定在其挠曲平面中投影的角度。
在图5的第二实施方式中提供了替代性的解决方案，其中，在两个部件8、10之间提供了线性位移传感器52。固定至结构件22的传感器52具有用于传递运动56的移动杆，移动杆的相反的端部紧固至环58，该环58围绕管10固定。因此，连同根据叶片部26与管10的外表面11直接接触所获得的角度信息，传感器52能够确定两个部件8、10的相对轴向位移的范围和方向。就这一点而言在这种情况下，所有的数据通过转换单元50来编译，该转换单元50优选地设置在与部件8、10相距一定距离处、设置在由飞机的机身限定的技术舱室中。此外，应当注意的是，在传感器40为光纤应变传感器的情况下，该单元50还可以为布拉格光栅类型或分布式应变测量类型的光学解调仪。
因此，在所描述的应用中，测量装置20用于永久地保持在飞机上、在燃料给送系统2中。作为示例，在该装置已经安装在部件8、10上之后，在叶片部26中的预加应力的值可以被设定为零以实现参考水平，该参考水平与部件8、10之间没有角度变形和轴向变形的情况对应。随后，相对于参考水平的所测量的应变的趋势将能够以上文说明的方式确定俯仰角Ae、方位角Aa和轴向位移Da。
因此，测量装置20优选地在飞机操作期间在飞机上连续地操作。当与预定的间隔偏离的测量值或一系列测量值被检测到时，例如可以产生警报。随后，如果需要，可以需要保养操作以便检查/维修两个部件8、10之间的连结部16。
应当注意的是，由转换单元50执行的数据Aa、Ae、Da的确定可以考虑可能的热膨胀效果。为此，测量装置20例如包括将温度信号传送至转换单元50的温度传感器60。因此，该单元50可以考虑到该温度信号来用于获得所需要的数据Aa、Ae、Da。
上文描述的应用包括使用测量装置20通过连续地或以预定的时间间隔执行测量来检测两个部件之间的相对运动的幅度。然而，可以替代性地在飞机的外部、在测试台上使用装置20以便限定部件8、10的组装合格，尤其是在该装置的设计阶段期间使用该装置20。
明显地，本领域的技术人员可以对刚刚已经描述的单纯地作为非限制性的示例的本发明作出各种改型。

Claims (16)

1.一种用于测量第一部件(8)和第二部件(10)之间的位移的测量装置(20)，所述第一部件(8)和所述第二部件(10)安装在彼此上并且大致同轴地布置，所述测量装置包括：
-结构件(22)，所述结构件(22)用于将所述测量装置安装在所述第一部件(8)上，所述结构件(22)围绕该第一部件(8)固定；
-多个叶片部(26)，每个叶片部包括紧固至所述结构件(22)的第一端部和用于支承在所述第二部件(10)的表面(11)上或者支承在所述测量装置的中间构件(32)的表面(34)上的第二端部，所述中间构件(32)围绕所述第二部件(10)安装，所述叶片部(26)的数量设置成大于或等于三个并且所述叶片部(26)围绕所述测量装置的中心轴线(A1)分布；
-至少一个应变/变形传感器(40)，所述至少一个应变/变形传感器(40)与每个叶片部(26)相联接，所述应变/变形传感器配置成传递取决于所述叶片部的变形水平的输出信号；以及
-转换单元(50)，所述转换单元(50)配置成根据所述应变/变形传感器(40)的输出信号提供与所述第一部件(8)和所述第二部件(10)的相对位置对应的至少一个数据，所述至少一个数据包括所述两个部件(8、10)之间的轴向位移(Da)。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述转换单元(50)配置成还根据所述应变/变形传感器(40)的输出信号提供与所述第一部件(8)和所述第二部件(10)的相对位置对应的至少一个数据，所述至少一个数据从方位角(Aa)和俯仰角(Ae)获得。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述第二部件(10)的所述表面(11)为所述第二部件的外表面，并且所述中间构件(32)的所述表面(34)为所述中间构件的外表面。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置的所述中间构件(32)的所述外表面(34)是渐缩的、具有朝向所述第一部件(8)变小的截面。
5.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括线性位移传感器(52)，所述线性位移传感器(52)用于传送与所述第一部件(8)和所述第二部件(10)之间的所述轴向位移(Da)对应的数据。
6.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括将温度信号传送至所述转换单元(50)的温度传感器(60)。
7.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述应变/变形传感器(40)是光纤应变计或电测应变计。
8.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述结构件(22)和/或所述中间构件(32)各自由安装在彼此上的多个成角度的部段来制成。
9.一种用于飞行器的组件(6)，所述组件(6)包括第一部件(8)、第二部件(10)以及根据权利要求1至8中的任一项所述的测量装置(20)，其中，所述第一部件(8)和所述第二部件(10)安装在彼此上并且大致同轴地布置，所述测量装置(20)与所述第一部件(8)和所述第二部件(10)配合。
10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述第一部件(8)和所述第二部件(10)配装到彼此中以形成环形线性连结部。
11.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述第一部件(8)和所述第二部件(10)为管状的。
12.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述第一部件(8)和所述第二部件(10)具有圆形截面。
13.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述第一部件(8)和所述第二部件(10)为两个管，或为一个管和一个管联接器。
14.根据权利要求9至13中的任一项所述的组件，其特征在于，所述组件形成燃料给送系统(2)的一体部件。
15.一种飞行器(1)，所述飞行器包括根据权利要求9至14中的任一项所述的至少一个组件(6)。
16.一种用于测量第一部件(8)与第二部件(10)之间的位移的方法，所述第一部件(8)和所述第二部件(10)安装在彼此上并且大致同轴地布置，所述方法使用根据权利要求1至8中的任一项所述的测量装置(20)来实施，所述方法的目的是根据与所述测量装置(20)的所述叶片部(26)相联接的所述应变/变形传感器(40)的输出信号来确定与所述第一部件(8)和所述第二部件(10)的相对位置对应的至少一个数据。
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