CN111268169B - 用于测量飞机上的拉杆变形量的测量装置以及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种用于测量飞机上的拉杆变形量的测量装置以及测量方法，包括：能够容纳拉杆的套筒，套筒以能够相对拉杆移动的方式套设于拉杆，套筒包括近端和远端，套筒的近端为自由端，套筒的远端沿拉杆的轴向可拆卸地固定于拉杆；尺框，尺框通过连接件沿轴向可移动地连接于套筒的近端，尺框的内表面与拉杆的外表面相对；容栅传感器，容栅传感器用于测量并接收尺框的位移的信息，容栅传感器包括动尺部和定尺部，动尺部设置于尺框的内表面，定尺部固定地设置于拉杆的外表面，动尺部与定尺部在径向上隔开间隙；固定构件，固定构件构造成当尺框移动至动尺部与定尺部在轴向上重合的位置时，将尺框固定于套筒的近端，使得尺框能够与套筒一起相对拉杆轴向移动。

Description

用于测量飞机上的拉杆变形量的测量装置以及测量方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量飞机上的拉杆变形量的测量装置以及测量方法。

背景技术

已知，拉杆作为一个重要的传力部件而广泛应用在飞机上。拉杆上拉力的测量，对于飞机飞行数据的测量、飞机的使用维护而言具有重要的意义。

目前，测量拉杆力的传统方法为在拉杆上加装应变片，通过一套数据采集系统提取应变数据来读取应变，进一步通过力学分析得到拉杆的应力值。

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，上述方法通常用于实验室试验或试飞试验。由于需要进行大量的改装及大量的数据处理工作，因此，无法在飞机装配过程中或是航线运营上使用。

另一方面，在现代飞机设计中，对于拉杆力的设计要求越来越高。在很多拉杆装配时需要施加预应力。例如，对于起落架舱门拉杆，在该拉杆上需要施加一定的预应力来抵抗飞行中的气动载荷以减小振动和噪声。但是，能够简便应用的拉杆预应力的测量及检查方式始终未有较好的解决方案。

本发明是鉴于上述技术问题而形成的，其目的在于提供一种用于测量飞机上的拉杆变形量的测量装置以及测量方法，在例如装配过程或航线运营维护等情况下，能够简便地测量并获取拉杆的变形量并且根据该变形量获得实际施加至拉杆的力的大小，进而算出拉杆的应力值。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于测量飞机上的拉杆变形量的测量装置，所述测量装置包括能够容纳所述拉杆的套筒、尺框、容栅传感器以及固定构件。所述套筒以能够相对所述拉杆移动的方式套设于所述拉杆。所述套筒包括近端和远端，所述套筒的所述近端为自由端，所述套筒的所述远端沿所述拉杆的轴向固定地连接于所述拉杆。此外，所述套筒的长度为所述拉杆的长度以下。所述尺框通过连接件沿所述轴向可移动地连接于所述套筒的所述近端，所述尺框的内表面与所述拉杆的外表面相对。所述容栅传感器用于测量并接收所述尺框的位移的信息，所述容栅传感器包括动尺部和定尺部，所述动尺部设置于所述尺框的所述内表面，所述定尺部固定地设置于所述拉杆的所述外表面，所述动尺部与所述定尺部在径向上隔开间隙。所述固定构件构造成当所述尺框移动至所述动尺部与所述定尺部在轴向上重合的位置时，将所述尺框固定于所述套筒的所述近端，使得所述尺框能够与所述套筒一起相对所述拉杆轴向移动。

根据上述结构，例如在装配或航线运营维护等情况下，当需要对实际施加至拉杆的力、例如预应力进行测量或检查时，由于套筒的一端与拉杆固定连接且另一端形成为自由端，并且尺框通过固定构件固定于套筒而使容栅传感器的动尺部与定尺部在轴向上重合，因此，当拉杆由于施力而产生轴向变形时，内置于尺框的动尺部与设置于拉杆的外表面的定尺部之间发生相对位移，该相对位移即为拉杆沿轴向的变形量。操作人员获取到上述变形量后，通过对比拉杆出厂时的标定结果或根据线弹性力学的杆构件拉伸压缩计算公式以及本构方程，能够快速地得到实际施加至拉杆的力的大小，进而计算出拉杆的应力值。

在上述测量装置中，较为理想的是，所述测量装置还包括止动构件，所述止动构件以可拆卸的方式设置于所述拉杆，用于供所述容栅传感器进行调零。

根据该结构，通过将止动构件作为容栅传感器调零的基准构件，能够实现容栅传感器的调零，从而能够消除容栅传感器的累积误差和零点漂移，进而能够提高测量精度和便利性

在上述测量装置中，较为理想的是，所述尺框包括用于所述尺框的位移的信息的液晶显示部。

根据该结构，能够将上述位移数据可视化，从而使操作人员能够直接读取该位移数据而不需要接入额外的显示设备。

在上述测量装置中，较为理想的是，所述套筒的所述外表面的横截面形状为圆形。

根据上述结构，连接件能够容易地在套筒的外表面上移动，从而容易沿轴向调节尺框的位置。

在上述测量装置中，较为理想的是，所述套筒的所述远端以可拆卸的方式固定地连接于所述拉杆的一端。

通常而言，在装配过程中，在拉杆的两端沿轴向对拉杆进行施力，根据上述结构，由于套筒的一端与拉杆的一端固定连接，因此，在拉杆的两端施加外力的情况下，该力将同时作用于套筒的一端和拉杆的一端，套筒的一端与拉杆的一端不会因为连接的不牢固而产生相对滑动，能够确保测量的精度。

在上述测量装置中，较为理想的是，所述套筒的外表面设置有螺纹，所述连接件是调节螺母，所述尺框通过所述调节螺母和所述螺纹连接于所述套筒的所述近端。

根据上述结构，通过调节螺母和螺纹，能够简单地调节尺框在轴向上的位置。

在上述测量装置中，较为理想的是，所述固定构件是紧固螺钉。

根据上述结构，例如，使紧固螺钉螺纹连接于连接件的螺纹孔内，当尺框移动至容栅传感器的动尺部与定尺部在轴向上重合的位置时，通过拧紧紧固螺钉，能够将尺框固定于该位置，使得尺框与套筒一起相对于拉杆沿轴向移动。

在上述测量装置中，较为理想的是，所述套筒的所述远端与所述拉杆通过卡槽固定地连接。

根据上述结构，通过卡槽，能够将套筒的一端与拉杆牢固地连接在一起。

另一方面，本发明还提供一种用于测量飞机上的拉杆变形量的测量方法，所述测量方法是通过上述测量装置进行的，所述测量方法包括下述步骤：将设置有所述尺框的所述套筒套设于所述拉杆的外表面，所述尺框的所述内表面设置有所述动尺部，所述拉杆的外表面设置有所述定尺部；在所述拉杆处于未受力的状态下，使所述尺框通过所述连接件沿所述轴向移动至所述动尺部与所述定尺部在径向上隔开间隙地重合的位置后，通过所述固定构件将所述尺框固定于套筒的所述近端；沿所述轴向对所述拉杆施力，以使所述动尺部与所述定尺部之间发生相对位移；以及获取所述相对位移的数据。

发明效果

根据上述测量装置以及测量方法，在例如装配过程或航线运营维护等情况下，能够简便地测量并获取拉杆的变形量并且根据该变形量获得实际施加至拉杆的力的大小，进而算出拉杆的应力值。与此同时，不需要对飞机进行大量的改装，也不需要进行大量的数据处理工作。

附图说明

参考以上目的，本发明的技术特征在下面的权利要求中清楚地描述，并且其优点从以下参照附图的详细描述中显而易见，附图以示例方式示出了本发明的优选实施方式，而不限制本发明构思的范围。

图1是表示本发明第一实施方式的、套设于飞机上的拉杆1的测量装置A的示意图。

图2是将图1所示的测量装置A和拉杆1沿中心轴线O剖开后的剖视图。

图3是表示作为容栅传感器5的一例的直线型容栅传感器5’的示意图。

图4是对采用第一实施方式的测量装置A来测量飞机上的拉杆1的变形量的测量方法进行说明的局部放大图。

图5表示本发明第二实施方式的、套设于飞机上的拉杆1的测量装置B的示意图。

符号说明

A、B：测量装置

O：中心轴线

1：拉杆

2：套筒

3：尺框

4：调节螺母

5：容栅传感器

5’：直线型容栅传感器

5A、5A’：动尺部

5B、5B’：定尺部

E：发射电极

F：接收电极

S：屏蔽电极

R：反射电极

6：紧固螺钉

7：液晶显示部

8：止动凸台

具体实施方式

(第一实施方式)

[测量装置A的整体结构]

以下，参照图1～图2，对本发明第一实施方式的测量装置A进行说明。

图1是表示本发明第一实施方式的、套设于飞机上的拉杆1的测量装置A的示意图。拉杆1在其中心轴线O的方向的两端具有杆端件。拉杆1的位于中心轴线O的前侧的端部(图1中位于前侧的端部)为该拉杆1的近端，拉杆1的位于中心轴线O的后侧的端部(图1中位于后侧的端部)为该拉杆1的远端。

测量装置A用于对飞机上的拉杆1的变形量进行测量，包括套筒2、尺框3、连接件4、容栅传感器5以及固定构件6。

如图1和图2所示，套筒2为中空的筒状构件，该套筒2沿中心轴线O的方向(以下简称为“轴向”)以可拆卸的方式套设于拉杆1的外表面。套筒2具有内表面21和外表面22。内表面21是套筒2的径向内侧的表面，其横截面形状为圆形。外表面22是套筒2的径向外侧的表面，其横截面形状为圆形。套筒2的位于中心轴线O的前侧的端部(图1中位于前侧的端部)为该套筒2的近端，套筒2的位于中心轴线O的后侧的端部(图1中位于后侧的端部)为该套筒2的远端。上述内表面21和外表面22在套筒2的近端与远端之间沿轴向分别以恒定的直径延伸。套筒2的近端为不与拉杆连接的自由端，套筒2的远端例如通过卡槽等连接构件沿轴向以可拆卸的方式固定地连接于拉杆的远端。

如图1所示，在套筒2的近端的外表面设置有螺纹。尺框3通过作为连接件的调节螺母4螺纹连接于套筒2的近端。尺框3为中空的筒状构件，具有内表面31和外表面32。内表面31是尺框3的径向内侧的表面，其横截面形状例如为矩形。外表面32是尺框的径向外侧的表面。通过调节螺母4，能够沿轴向调节尺框3的轴向位置。

图2是将图1所示的测量装置A和拉杆1沿中心轴线O剖开后的剖视图。如图2所示，尺框3的内表面31与拉杆1的外表面以在径向上隔开预定间隔的方式相对，并且，在尺框3与拉杆1之间设置有用于测量并接收尺框3的位移信息的容栅传感器5。容栅传感器5是一种基于变面积工作原理的电容传感器，包括动尺部5A和定尺部5B。容栅传感器5的动尺部5A设置于尺框3的内表面31，定尺部5B固定地设置于拉杆1的外表面，动尺部5A与定尺部5B在径向上隔开规定的间隙。其中，动尺部5A能够与尺框3一同沿轴向移动。容栅传感器5通过动尺部5A与定尺部5B之间的相对面积变化来测量尺框3的位移量。

图3示出了作为容栅传感器5的一例的直线型容栅传感器5’。该直线容栅传感器5’包括动尺部5A’和定尺部5B’。上述动尺部5A’与定尺部5B’在径向上保持微小的间隙δ。在动尺部5A’的下表面设置有多个发射电极E和一个接收电极F，在定尺部5B’的上表面设置有一个屏蔽电极S(接地)和多个相互绝缘的反射电极R。一组发射电极E的长度为一个节距，一个反射电极R对应于一组发射电极E。假定发射电极E有48个，分成6组，则每组有8个发射电极E。每隔8个接在一起，组成一个激励相，在每组相同序号的发射电极上加一个幅值、频率和相位相同的激励信号，相邻序号电极上的激励信号的相位差为45°(360°/8)。发射电极E与反射电极R、反射电极R与接收电极F之间均存在着电场。由于发射电极R的电容耦合和电荷传递作用，使得接收电极F上的输出信号随发射电极E与反射电极R的位置变化而变化。当动尺部5A’沿轴向移动某一距离时，发射电极E与发射电极R间的相对面积发生变化，发射电极上的电荷量发生变化，并将电荷感应到接收电极F上，在接收电极上累积的电荷与位移量成正比。由此，获取尺框3的位移量。

返回至图1，在调节螺母4的外表面设置有从外表面贯穿至内表面的螺纹孔，在该螺纹孔内螺纹连接有作为固定构件的紧固螺钉6。在利用调节螺母4沿轴向调节尺框3的位置的过程中，紧固螺钉6处于未完全拧紧的状态。当尺框3调节至后述的规定位置时，通过拧紧紧固螺钉6以使该紧固螺钉6紧紧地按压套筒的外表面22，从而将上述尺框3固定于规定位置。其中，上述“规定位置”例如是指容栅传感器5的动尺部5A与定尺部5B在轴向上重合的位置。需要说明的是，“在轴向上重合”可以是指在轴向上完全重合，也可是指在轴向上部分重合。如上所述那样，由于容栅传感器5是基于动尺部5A与定尺部5B之间的相对面积变化来测量尺框3的位移量的，因此，无论是完全重合还是部分重合，只要发生相对面积的变化即可。

此外，图1中还示出了设置于尺框3的外表面的液晶显示部7。该液晶显示部7用于接收来自容栅传感器5的位移数据，并且将该位移数据可视化。由此，操作人员可以直接读取所需的位移数据而不需要接入额外的显示设备。

[基于测量装置A的拉杆1的变形量的测量方法]

以下，参照图4，对采用具有上述结构的测量装置A来测量飞机上的拉杆1的变形量的测量方法进行说明。

以飞机的装配为例，在装配过程中，有时需要预先对拉杆1、例如起落架舱门拉杆施加规定的张拉力以使该拉杆1产生一定程度的预应力(预拉应力)，从而能够抵抗飞行中的启动载荷以减小振动和噪声。

在该情况下，首先，在拉杆1处于未被施加张拉力的状态下，将近端设置有尺框3的套筒2的远端沿轴向固定地连接于拉杆1的远端，从而将该套筒2以其内表面21与拉杆1的外表面隔开一定间隔的方式套设于该拉杆1的外表面。此时，尺框3的内表面31与拉杆1的外表面以隔开预定间隔的方式在径向上相对，尺框3的内表面31设置有容栅传感器5的动尺部5A，拉杆1的外表面设置有该容栅传感器5的定尺部5B。

接着，利用调节螺母4，沿轴向调节尺框3的位置。当尺框3移动至动尺部5A与定尺部5B在轴向上重合的位置时，拧紧螺纹连接于调节螺母4的螺纹孔内的紧固螺钉6以使其紧紧地按压套筒2的外表面22。其结果是，调节螺母4通过紧固螺钉6的紧固而形成为无法调节的状态，从而将尺框3固定于套筒2的近端。

然后，沿拉杆1的轴向对该拉杆1进行施力，以使该拉杆1沿轴向产生变形。此时，由于套筒2的远端沿轴向固定地连接于拉杆1的外表面且该套筒2的近端为自由端，因此，套筒2整体随着拉杆1的轴向变形而沿轴向移动，并且不产生轴向变形。此外，由于尺框3固定于套筒2的近端，因此，尺框3与套筒2一同沿轴向移动。其结果是，由于容栅传感器5的定尺部5B固定地设置于拉杆1的外表面而动尺部5A与尺框3一起沿轴向移动，因此，定尺部5A与定尺部5B之间产生相对位移、即相对面积发生变化。由此，通过容栅传感器5测得上述相对位移后，该相对位移的数据被传递至液晶显示部7，从而通过该液晶显示部7将上述相对位移的数据可视化。由此，操作人员能够直接读取上述相对位移的数据。

进一步地，操作人员在读取上述相对位移的数据后，通过对比拉杆出厂时的标定结果，可以快速地得到拉杆1的预应力。此外，也可通过线弹性力学中的杆构件拉伸压缩计算公式以及本构方程来计算得到拉杆1的预应力。

(第二实施方式)

接着，参照图5，对本发明第二实施方式的测量装置B进行说明。在第二实施方式中，对于与第一实施方式相同的构成要素而言，标注与第一实施方式相同的符号，并且省略其详细说明。

第二实施方式的测量装置B与第一实施方式的测量装置A的不同点在于，该测量装置B还包括作为传感器调零的基准的止动构件。

图5是表示本发明第二实施方式的、套设于飞机上的拉杆1的测量装置B的示意图。

如图5所示，作为止动构件的止动凸台8以可拆卸的方式固定地连接于拉杆1的近端。上述止动凸台8包括内表面和外表面。其中，止动凸台8的内表面与拉杆1的外表面紧密配合。该止动凸台8在径向上的尺寸大于或等于尺框3在径向上的尺寸。在该情况下，容栅传感器5的定尺部5B以与止动凸台8相邻的方式设置于拉杆1的外表面。在拉杆未受力的状态下，通过调节螺母4沿轴向调节尺框3的位置，使尺框3移动至与止动凸台8接触的位置。此时，设置于尺框3的内表面的动尺部5A与定尺部5B在径向上完全重合。由此，实现容栅传感器5的调零动作。

与第一实施方式的测量装置A相比，第二实施方式的测量装置B除了能够实现测量装置A所能够实现的技术效果以外，通过设置作为容栅传感器5调零的基准的止动凸台8，能够实现容栅传感器5的调零。由此，能够消除容栅传感器5的累积误差和零点漂移，从而提高测量精度和便利性。

(其它实施方式)

在第一实施方式的测量装置A和第二实施方式的测量装置B中，在尺框3处设置有用于显示位移数据的液晶显示部7，但不限定于此。作为替代，也可不在尺框3处设置液晶显示部7，而是接入其它的显示设备。

此外，在第一实施方式和第二实施方式中，在套筒2的外表面设置有螺纹，尺框3通过调节螺母4螺纹连接于套筒2的近端。不过，作为连接件，不限于调节螺母4。只要能够以沿轴向调节尺框3的位置的方式将尺框3连接于套筒2的近端，则可以是其它的连接件。此外，根据连接件的种类，也可不在套筒2的外表面设置螺纹。

此外，虽然套筒2的外表面的横截面形状设为圆形，但不限定于此，也可以是椭圆形或多边形等形状，只要尺框3能够通过调节螺母4等连接件沿轴向可移动地连接于套筒2的近端即可。

此外，套筒2的远端以可拆卸的方式固定地连接于拉杆的一端，但不限于此，只要将套筒2的远端固定地连接于拉杆即可。

此外，尺框3通过设置于调节螺母4的螺纹孔内的紧固螺钉6的紧固而固定于套筒2的近端。但是，作为固定构件，不限于紧固螺钉6，只要能够将尺框3固定于套筒2的近端即可。

此外，套筒2的远端与拉杆1通过卡槽固定地连接，但不限于此。只要能够将套筒2的远端与拉杆1固定连接，也可是卡槽以外的构件。

此外，在第二实施方式中，测量装置B还包括作为传感器调零的基准的止动构件，但这是优选的。也可不对测量装置B进行调零，而是直接进行测量，并且通过将测得的位移数据减去初始的位移数据的方式得到拉杆1的变形量。此外，有时，在拉杆的一端已经设置有止动凸台之类的止动构件，即使测量装置自身不包括止动构件，也能够实现传感器的调零。并且，止动构件也限于设置在拉杆1的一端，只要能够使尺框3与该止动构件接触，则可以设置在拉杆的任意位置。此外，止动构件不限于止动凸台。

此外，本发明在其范围内，能将各实施方式自由组合，或是将各实施方式适当变形、省略。

Claims (9)

1.一种用于测量飞机上的拉杆变形量的测量装置，所述测量装置的特征在于，包括：

能够容纳所述拉杆的套筒，所述套筒以能够相对所述拉杆移动的方式套设于所述拉杆，所述套筒包括近端和远端，所述套筒的所述近端为自由端，所述套筒的所述远端沿所述拉杆的轴向可拆卸地固定于所述拉杆；

尺框，所述尺框通过连接件沿所述轴向可移动地连接于所述套筒的所述近端，所述尺框的内表面与所述拉杆的外表面相对；

容栅传感器，所述容栅传感器用于测量并接收所述尺框的位移的信息，所述容栅传感器包括动尺部和定尺部，所述动尺部设置于所述尺框的所述内表面，所述定尺部固定地设置于所述拉杆的所述外表面，所述动尺部与所述定尺部在径向上隔开间隙；以及

固定构件，所述固定构件构造成当所述尺框移动至所述动尺部与所述定尺部在轴向上重合的位置时，将所述尺框固定于所述套筒的所述近端，使得所述尺框能够与所述套筒一起相对所述拉杆轴向移动。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述测量装置还包括止动构件，所述止动构件以可拆卸的方式设置于所述拉杆，用于供所述容栅传感器进行调零。

3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述尺框包括液晶显示部，用于显示所述尺框的位移的信息。

4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述套筒的所述外表面的横截面形状为圆形。

5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述套筒的所述远端以可拆卸的方式固定地连接于所述拉杆的一端。

6.如权利要求1至5中任一项所述的测量装置，其特征在于，

所述套筒的外表面设置有螺纹，

所述连接件是调节螺母，所述尺框通过调节螺母和所述螺纹连接于所述套筒的所述近端。

7.如权利要求1至5中任一项所述的测量装置，其特征在于，

所述固定构件是紧固螺钉。

8.如权利要求1至5中任一项所述的测量装置，其特征在于，

所述套筒的所述远端与所述拉杆通过卡槽固定地连接。

9.一种用于测量飞机上的拉杆变形量的测量方法，所述测量方法的特征在于，

所述测量方法是通过权利要求1至8中任一项所述的测量装置进行的，

所述测量方法包括下述步骤：

将设置有所述尺框的所述套筒套设于所述拉杆的外表面，所述尺框的所述内表面设置有所述动尺部，所述拉杆的外表面设置有所述定尺部；

在所述拉杆处于未受力的状态下，使所述尺框通过所述连接件沿所述轴向移动至所述动尺部与所述定尺部在轴向上重合的位置后，通过所述固定构件将所述尺框固定于套筒的所述近端；

沿所述轴向对所述拉杆施力，以使所述拉杆产生轴向变形；以及

通过所述动尺部与所述定尺部之间的相对位移获取所述拉杆的变形量。

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