CN107884125B - 一种飞行器重量重心自动测量装置及其控制方法 - Google Patents

一种飞行器重量重心自动测量装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种飞行器重量重心自动检测装置及其控制方法，包括固定前秤和固定后秤，固定前秤和固定后秤的中心线上设置有滑动中秤，且固定前秤、固定后秤和滑动中秤呈三角形设置；所述固定前秤和固定后秤均包括一个数字式称重台，数字式称重台下方连接有升降结构，数字式称重台的下方还设置有激光位移传感器；其中滑动中秤包括一个数字式称重台，数字式称重台的下方连接有升降机构，升降机构设置在秤体滑移模块上。能够实现多机型飞机重量重心的自动测量；有效解决了多机型飞机重量重心测量时，由于称重设备各异，导致测量误差大，且测量成本高的问题。

Description

一种飞行器重量重心自动测量装置及其控制方法
技术领域
本发明属于飞行器秤重技术领域；具体涉及一种飞行器重量重心自动测量装置及其控制方法。
背景技术
飞机重量重心测量是对理论重量重心的试验验证，是各种型号飞机首飞前的一项重要地面试验，因此，飞机重心测量的准确度直接影响着飞机的飞行安全。根据飞机重量重心测量原理，目前常用的两种测量方法：千斤顶法和机轮法，千斤顶法的重量测量误差随着飞机吨位和姿态的增加而变大，适合小吨位飞机重量重心测量；机轮法重量测量精度高，但飞机前、主轮距测量的误差对重心测量的准确度有较大的影响。无论选择哪种测量方法，在测量多机型飞机重心时，都会出现秤重设备各异，且飞机整个重量测量和重心计算都需人工参与，容易发生人为误差或出现差错，秤重过程复杂，操作及不方便，耗时长，效率低，人工成本较高，整个过程智能化、数字化和自动化程度低等现象。
发明内容
本发明提供了一种飞行器重量重心自动测量装置及其控制方法；能够实现多机型飞机重量重心的自动测量；有效解决了多机型飞机重量重心测量时，由于称重设备各异，导致测量误差大，且测量成本高的问题。
本发明的技术方案是：一种飞行器重量重心自动测量装置，包括固定前秤和固定后秤，固定前秤和固定后秤的中心线上设置有滑动中秤，且固定前秤、固定后秤和滑动中秤呈三角形设置；所述固定前秤和固定后秤均包括一个数字式称重台，数字式称重台下方连接有升降结构，数字式称重台的下方还设置有激光位移传感器；其中滑动中秤包括一个数字式称重台，数字式称重台的下方连接有升降机构，升降机构设置在秤体滑移模块上；滑动中秤的两侧均连接有一个自封连动模块，自封连动模块的一侧设置有检修模块；其中两个自封连动模块均与秤体滑移模块连接，并且带动秤体滑移模块进行移动，从而秤体滑移模块带动其上方的滑动中秤移动。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中秤体滑移模块包括固定在滑动中秤下方的滑移导轨和单丝杠移动结构，滑移导轨的一端与自封连动模块连接，另一端通过单丝杠结构与自封滑动模块连接。
其中自封连动模块包括钢丝绳，钢丝绳与滑动导轨的端部连接，且钢丝绳穿过多个自封板向上延伸，且钢丝绳的端部固定有连动板，其中连动板与部分自封板设置在水平的垫板上，且其余自封板为竖直状态；且竖直的自封板和水平的自封板的连接处设置有导轮。
其中升降结构为四丝杠同步升降组件。
本发明的另一技术方案是：上述飞行器重量重心自动测量装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，首先根据被测飞机的机轮轮距选择滑动中秤的位置，并且将被测飞机牵引至秤台上；
步骤S2，然后通过升降结构将秤台上被测飞机进行调平并且得到飞机的重心位置；
步骤S3，最后对被测飞机进行姿态调整，并且得到被测飞机在三个秤台上的重心位置。
更进一步的，本发明的特点还在于；
其中步骤S1的具体过程是为：获取被测飞机的前后机轮轮距，根据机轮轮距调整滑动中秤滑移，并且使机轮轮距等于滑动中秤的滑移距离与其初始距离之和，然后通过自封连动模块进行自封，将被测飞机牵引至固定前秤、固定后秤和滑动中秤三个秤台上。
其中步骤S2的具体过程是为：测量被测飞机的各调水平点和基准面之间的距离，并且通过调整三个秤台的升降结构使各调水平点与基准面之间的距离均相等，得到被测飞机的校准水平面，校准水平面为各调水平点组成的平面，从而获得被测飞机在该校准水平面上的重心位置。
其中步骤S3的具体过程是为：获取被测飞机期望姿态的角度值，然后根据该角度值计算得到三个秤台的升降高度信息，然后通过升降结构调整三个秤台的高度，并且通过激光位移传感器测量三个秤台的高度信息，使测量高度与计算高度相等；然后完成待测飞机的姿态调整，并且同时得到被测飞机在三个承台上的重心位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过迅速调校被测飞机水平和姿态、轮距准确测量、滑动秤体移位、被测飞机重量检测；实现多机型飞机重量重心自动测量，有效防止多机型飞机重量重心测量时秤重设备各异、人为误差、人工成本低，其检测过程自动化程度高，操作方便、效率及测量准确度高。采用秤体滑移模块，依据秤重机型的吨位以及轮距，通过对滑动中秤秤体位置以及量程进行合理布局，根据被测飞机前后轮距的距离，使秤体滑移模块对滑动中秤实现前后移动；升降机构能够实现三个秤体的水平调节。
更进一步的，单丝杠移动结构与滑移导轨实现滑动中秤进行运动，升降机构的外与单丝杠移动结构固连，由此，通过对单丝杠滑移结构的控制可达到控制滑动中秤前后滑移的目的，从而完成两个固定秤与滑动中秤之间相对距离的调节，同时，自封连动模块与秤体滑移模块连接；滑动中秤滑移时，便于多型号飞机平稳牵引至秤台秤重，克服了传统飞机称重秤台移动时需人工手动填补空位的缺点，从而增强了系统多机型重量重心测量的适用性，确保了多机型重量重心测量时的精度，改变了飞机秤重时每个机型对应一套称重设备的称重现状。
附图说明
图1为本发明中测量装置的结构示意图；
图2为本发明中滑动中秤的结构示意图；
图3为本发明控制方法的流程图；
图4为本发明测量装置的使用示意图；
图5为本发明测量装置使用时的二维坐标系示意图。
图中：1为固定前秤；2为导轮；3为垫板；4为自封板；5为滑动中秤；6为第一连动板；7为检修模块；8为固定后秤；9为激光位移传感器；10为滑动导轨；11为钢丝绳；12为控制柜；13为自封连动模块；14为第二连动板；15为秤体滑移模块；16为飞机机轮；17为单丝杠移动结构；18为升降结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。
本发明提供了一种飞行器重量重心自动测量装置，如图1所示，包括固定前秤1固定后秤8，固定前秤1和固定后秤8之间的中心线位置上设置有滑动中秤5；其中固定前秤1、固定后秤8均包括一个数字式称重台，且数字式称重台的下方连接有升降结构18，具体的升降结构18为四丝杠同步升降机组，且数字式称重台的下方设置有激光位移传感器9；其中滑动中秤5包括一个数字式称重台，数字式称重台下方链接有升降机构18，升降机构18底部连接有单丝杠移动结构17，升降机构18底部两端还分别连接第一连动板6与第二连动板14，且数字式称重台下方还设置有激光位移传感器9，具体的升降机构18为四丝杠同步升降机组；其中三个称台的数字式称重台还与控制柜12连接。
如图2所示，滑动中秤5的下方连接有秤体滑移模块15，滑动中秤5的两侧均设置有一个自封连动模块13，其中秤体滑移模块15与自封连动模块13连接；秤体滑移模块15带动滑动秤体进行前后移动。具体的，秤体滑移模块15包括滑动导轨10，滑动导轨10的两端与自封连动模块13连接；其中自封连动模块13包括钢丝绳11，钢丝绳11穿过多个自封板4，其端部连接一个自封板；且两个自封连动模块13的侧边还设置有检修模块7。
优选的，如图2所示，处于滑动中秤5左侧的自封连动模块其包括余滑动导轨10直接连接的钢丝绳11，钢丝绳11穿过6个自封板4，钢丝绳11穿过两个竖直设置的自封板4竖直向上绕过导轮2后，呈水平状设置在水平的垫板3上，且钢丝绳11穿过4个水平的自封板4，且其端部连接第二连动板14。
优选的，如图1和2所示，处于滑动中秤5右侧的自封连动模块包括与滑动导轨10直接连接的钢丝绳，钢丝绳穿过两个竖直设置的自封板4，并且钢丝绳绕过导轮在穿过两个水平的自封板4，并且其端部连接第一连动板6；其中两个水平的自封板4设置在水平设置的垫板3上。
本发明中使用两个自封连动模块，在滑动中秤5移动的同时，能够同时带动两个自封连动模块进行移动，通过两个自封连动模块自动补偿滑动中秤5移动时产生的空位，使滑动中秤5在移动之后，其四周结构仍处于闭合状态，从而增强了多机型重量重心测量的适用性，确保了多种机型重量重心测量的精度。
优选的，固定前秤1和固定后秤8的数字式称重台下方设置有固定的安装底座，安装底座和数字式称重台之间设置有升降结构，且激光位移传感器9设置在安装底座上，且激光位移传感器9测量升降结构18的升降高度。
本发明还提供了上述飞行器重量重心自动测量装置的控制方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S1，根据被测飞机的机轮轮距选择滑动中秤5的位置，并且将被测飞机牵引至三个秤台上。其具体过程是：获取被测飞机的前后机轮轮距，根据机轮轮距调整滑动中秤滑移，并且使机轮轮距等于滑动中秤的滑移距离与其初始距离之和，然后通过自封连动模块进行自封，将被测飞机牵引至固定前秤、固定后秤和滑动中秤三个秤台上。
步骤S2，通过升降结构18对三个秤台进行调平，并且得到被测飞机的重心位置。其具体过程是：测量被测飞机的各调水平点和基准面之间的距离，并且通过调整三个秤台的升降结构使各调水平点与基准面之间的距离均相等，得到被测飞机的校准水平面，校准水平面为各调水平点组成的平面，从而获得被测飞机在该校准水平面上的重心位置。
步骤S3，对被测飞机进行姿态调整，并且得到被测飞机在三个秤台上的重心位置。其具体过程是：获取被测飞机期望姿态的角度值，然后根据该角度值计算得到三个秤台的升降高度信息，然后通过升降结构调整三个秤台的高度，并且通过激光位移传感器测量三个秤台的高度信息，使测量高度与计算高度相等；然后完成待测飞机的姿态调整，并且同时得到被测飞机在三个承台上的重心位置。
本发明中采用数字式称重台，该数字式称重台为现有的飞行器秤重台结构，能够通过与控制柜结合实现高智能化和高集成化的系统。具体的数字式称重台将称重的模拟信号通过A/D转换、滤波处理以及数字化补偿之后，输出数字信号，并且通过控制柜进行控制输出显示。数字式称重台具有多个数字式传感器，并且能够单独获取每个传感器的称重信息，大大提高了数字传感器的控制能力和灵活性；通过升降结构对数字式称重台进行标定后，每个传感器的零点值和满载值都能够进行存储，并且在该秤台再次校正时，能够与前次标定的数值进行比较，因此使对传感器的稳定性监控变得简单；数字式称重台获取到称重数据，再依据力矩原理和静力平衡方程，从而能够计算出被测飞机重量重心。
如图4和5所示，以三点式飞机重量重心测量过程为例，对待测飞机机轮轮距的测量进行说明，取待测飞机秤重平台二维平面坐标系，能够将该坐标系与飞机秤重所用的坐标系在水平面的二维投影进行转换，保证了待测飞机重量重心与待测飞机机轮轮距测量的要求。
如图4和5所示，设A秤台为滑动中秤，B秤台和C秤台分别为固定前秤和固定后秤。
其中A秤台飞机机轮施加的力值为FA，坐标为A(X1，Y1)，该秤台数字式称重台的四只传感器的受力分别为FAi(i＝1，2，3，4)，坐标分别为Ai(X1i，Y1i)(i＝1，2，3，4)；B秤台飞机机轮施加的力值为FB，坐标为B(X2，Y2)，该秤台数字式称重台的四只传感器的受力分别为FBi(i＝1，2，3，4)，坐标分别为Bi(X2i，Y2i)(i＝1，2，3，4)；C秤台飞机机轮施加的力值为FC，坐标为C(X3，Y3)，该秤台数字式称重台的四只传感器的受力分别为FCi(i＝1，2，3，4)，坐标分别为Ci(X3i，Y3i)(i＝1，2，3，4)。因此对于A秤台，通过静力平衡原理得到：FA＝FA1+FA2+FA3+FA4。
根据力矩平衡原理，分别以X、Y轴距矩得到：
FA×X1＝FA4×X14+FA3×X13-FA2×X12-FA1×X11，FA×Y1＝FA4×Y14+FA3×Y13+FA2×Y12+FA1×Y11，
通过同样的方法，得到B秤台和C秤台受力点的坐标分别为：
被测飞机在三个秤台上调水平之后，其受力FAi、FBi、FCi(i＝1，2，3，4)以及相对应坐标Ai(X1i，Y1i)、Bi(X2i，Y2i)、Ci(X3i，Y3i)(i＝1，2，3，4)均为已知；因此被测飞机机轮主轮距根据两点坐标求线段长度公式得到：同理得到
假设BC＝c，AC＝b，AB＝a。根据已知三角形求三角形面积的海伦公式得到：
在根据三角形面积公式得到被测飞机前轮力作用点与主轮力作用点连线的垂直距离为：
根据以上原理以及所得的BC和AM的值，可以很方便的测得飞机机轮轮距，即飞机各轮在飞机秤台上的实际力作用点的距离，保证了飞机重心的测量更加准确。
本发明的使用过程是：为了满足对多种类型飞机重量重心测量的要求，在被测飞机牵引三个秤台前，根据被测飞机前后轮距，通过单丝杠移动结构17带动滑动导轨10使滑动中秤5进行移动，从而完成滑动中秤5相对距离的调节。同时与滑动中秤5固定连接的自封连动模块13在滑动中秤5滑移后能够补偿其空缺位置；然后将被测飞机牵引至三个秤台上。
在被测飞机重量重心测量的过程中，数字式称重台的数字式传感器模块能够采集各个测试信号，发送至控制柜12中，然后在通过上述计算过程得到飞机的重心位置。

Claims (7)

1.一种飞行器重量重心自动测量装置，其特征在于，包括固定前秤(1)和固定后秤(8)，固定前秤(1)和固定后秤(8)的中心线上设置有滑动中秤(5)，且固定前秤(1)、固定后秤(8)和滑动中秤(5)呈三角形设置；所述固定前秤(1)和固定后秤(8)均包括一个数字式称重台，数字式称重台下方连接有升降结构(18)，数字式称重台的下方还设置有激光位移传感器(9)；
所述滑动中秤(5)包括一个数字式称重台，数字式称重台的下方连接有升降机构(18)，升降机构(18)设置在秤体滑移模块(15)上；滑动中秤(5)的两侧均连接有一个自封连动模块(13)，自封连动模块(13)的一侧设置有检修模块；
所述两个自封连动模块(13)均与秤体滑移模块(15)连接，并且带动秤体滑移模块(15)进行移动，从而秤体滑移模块(15)带动其上方的滑动中秤(5)移动；
所述秤体滑移模块(15)包括固定在升降机构(18)下方的滑移导轨(10)，滑移导轨(10)的两端与自封滑动模块连接；
所述自封连动模块(13)包括钢丝绳(11)，钢丝绳(11)的一端与滑动导轨(10)的端部连接，且钢丝绳(11)穿过多个自封板(4)向上延伸，且钢丝绳(11)的另一端固定有连动板，其中部分自封板设置在水平的垫板(3)上，且其余自封板为竖直状态；且竖直的自封板和水平的自封板的连接处设置有导轮(2)；
升降机构(18)底部连接有单丝杠移动结构(17)，升降机构(18)底部两端还分别连接第一连动板(6)与第二连动板(14)。
2.根据权利要求1所述的飞行器重量重心自动测量装置，其特征在于，所述固定前秤(1)、滑动中秤(5)和固定后秤(8)均与控制柜(12)连接。
3.根据权利要求1所述的飞行器重量重心自动测量装置，其特征在于，所述升降结构(18)为四丝杠同步升降组件。
4.一种如权利要求1所述的飞行器重量重心自动测量装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，首先根据被测飞机的机轮轮距选择滑动中秤的位置，并且将被测飞机牵引至秤台上；
步骤S2，然后通过升降结构(18)将秤台上被测飞机进行调平并且得到飞机的重心位置；
步骤S3，最后对被测飞机进行姿态调整，并且得到被测飞机在三个秤台上的重心位置。
5.根据权利要求4所述的飞行器重量重心自动测量装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程是为：获取被测飞机的前后机轮轮距，根据机轮轮距调整滑动中秤滑移，并且使机轮轮距等于滑动中秤的滑移距离与其初始距离之和，然后通过自封连动模块(13)进行自封，将被测飞机牵引至固定前秤、固定后秤和滑动中秤三个秤台上。
6.根据权利要求4所述的飞行器重量重心自动测量装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程是为：测量被测飞机的各调水平点和基准面之间的距离，并且通过调整三个秤台的升降结构(18)使各调水平点与基准面之间的距离均相等，得到被测飞机的校准水平面，校准水平面为各调水平点组成的平面，从而获得被测飞机在该校准水平面上的重心位置。
7.根据权利要求4所述的飞行器重量重心自动测量装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程是为：获取被测飞机期望姿态的角度值，然后根据该角度值计算得到三个秤台的升降高度信息，然后通过升降结构(18)调整三个秤台的高度，并且通过激光位移传感器(9)测量三个秤台的高度信息，使测量高度与计算高度相等；然后完成待测飞机的姿态调整，并且同时得到被测飞机在三个承台上的重心位置。
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