RVSM區域波紋度的測量方法研究

朱宇　王茹　李瑾

摘要：RVSM（縮小最小垂直間隔）的精度提高可以增加飛機飛行高度層和空域容量，使航路得到優化，提升飛機的運營效率， 提高航空公司的運行效益。飛機全靜壓探頭附近蒙皮波紋度對RVSM具有重要影響。本文主要探討了數種可以用來測量飛機蒙皮波紋度的方法，包括先進的光學方法和依據現場工作經驗總結得出的樣條曲線法，并對其中的優缺點進行了研究。

關鍵詞：RVSM；波紋度；測量方法

引言

RVSM（Reduced Vertical Separation Minimum）縮小最小垂直間隔標準是在實行RVSM 運行的空域內，在高度29000 英尺（8850米）—41000 英尺（12500米）之間的垂直間隔標準由2000 英尺縮小到1000 英尺。該空間范圍內飛行高度層的數量從原來的7個增加到13個。按照這樣的標準從事的飛行活動稱之為RVSM運行。

縮小垂直間隔有眾多優點一、可以在可使用的空間中增加飛行高度層和空域容量，航路得到優化，提升飛機的運營效率；二、該標準有利于航空公司減少航班延誤率；三、有利于機場管制人員調配飛行沖突，減輕空中管制的工作負荷；四、提高航油利用效率，節約燃油，保護生態環境；五、與國際航線網絡對接，降低由非RVSM區域向RVSM區域轉換難度，減少事故發生的概率。

1.蒙皮波紋度對RVSM的影響

波紋度，也稱波度，是形成工件或零件表面形貌特征的形狀誤差成分之一。在航空界，它是指那些在加工過程中， 因零件進行拉伸或者進行熱處理時受壓力與變形諸因素的影響而產生的， 在工件表面呈一定周期性重復出現的、作波浪形高低起伏的一種較小的形狀誤差輪廓起伏的高度及間距的大、小。

進行RVSM 運行就必須要求飛機自身能夠比較精確地測量飛機的飛行高度，這需要靜壓探頭在進行氣壓測量時不受較大影響。影響

飛機高度測量的誤差有系統誤差和制造偏離誤差。為了保證高度測量精度，控制RVSM 區域波紋度是必不可少的。

2.蒙皮波紋度的測量方法

2.1光學照相法

在使用光學照相法測量波紋度過程中，在目前各種CAD軟件中，都能夠實現各類樣條曲線功能，這對于根據飛機蒙皮的實測外形數據進行樣條曲線包絡，從而進行精確分析檢查外形，得出外形波紋度的具體數據，提供了可能性。

首先，利用光學攝影掃描儀器對RVSM區域的機身外蒙皮進行測量獲取外形數據，攝影測量采用MAXscan 激光掃描與攝影測量系統進行定位，用EXAscan 自定位參考點技術掃描系統進行表面掃描，將測量采集的數據通過特殊的數據接口傳入CATIA 系統，生成數據點云。

利用光學測量儀器所配備的軟件功能，按照一定的間隔，利用多個和水平面相平行的平面將點云數據分割成數段，分割所得的點云數據就是該位置蒙皮的實際情況。點云數據切割后，對數據云線進行人工凸包分析，提取凸包特征點，再用樣條方法生成曲線，用點云分析功能分析點云與這些曲線的距離，遠離該曲線的為波谷，貼近該曲線的為波峰，并判斷波峰之間的距離大小作為波谷深度即波幅B，作為波長L，記錄波谷深度和波長，可以計算得到斜率K，通過以上各數據來分析飛機外形的波紋度。

從測量精度上考慮，照相掃描法相比較于一般的物理測量精度會高出很多，但是由于測量儀器的費用較高，操作過程以及分析過程過于繁瑣，該測量方法不適用于生產過程中的多次測量和廣泛使用，只能在最終產品交付時或者要求精度較高時進行精確測量，保證蒙皮的波紋度要求。

2.2樣條曲線法

樣條曲線有非常好的保凸性和支撐性，在飛機外形設計中應用廣泛。由于飛機設計外形的保凸特性，使得在進行飛機制造外形的波紋度檢查時，會自然和樣條聯系在一起，事實證明，良好的外形與樣條的貼合良好，而凹凸不平的外形用樣條可很明顯地檢查出來。在找出飛機蒙皮外形的凹凸特性后，可以利用斜尺來確定飛機外蒙皮和樣條之間的間隙值，從而確定飛機蒙皮的波幅數據。航空制造中用樣條的方法檢查波紋度是最合適也是生產過程中比較方便簡潔的辦法，在歐美和原蘇聯已長期使用。

生產現場中一般采用有機玻璃作為生產樣條的原材料，該材料一般只會產生彈性變形，同時易于彎曲，較容易和飛機蒙皮相貼合，同時又有一定的剛性。通常在RVSM區域每隔一定距離選取一個和構造水平面相平行的平面，沿測量剖面將樣條兩端貼于蒙皮表面，先壓緊樣條一端，然后沿測量剖面將樣條抹平，使樣條貼緊蒙皮。抹平后將樣條兩端與蒙皮壓緊，在兩端施加一定的橫向力使樣條可以較好地和飛機蒙皮貼平，利用楔形塞尺測量樣條與蒙皮最大間隙，記做該剖面最大波幅，標記最大波幅對應的蒙皮與樣條接觸點，測量兩接觸點的曲面距離，記做該剖面最大波幅對應的波長。

樣條測量方法相比較于激光掃描測量法來說，可達精度上有所欠缺，如果需要十分精確的反映出機身蒙皮的波紋度，此方法無法達到，只能采用激光掃描測量法，但是樣條測量方法也有著它自身的優勢，它在現場操作中較能容易實現，同時也可以直觀的反映出蒙皮波紋度所存在的問題，適合于生產現場的多次簡單操作。

2.3短鋼板尺測量

由于有些飛機RVSM區域采用密框結構這種特殊的結構形式，它會在機身蒙皮上出現波長很短的波紋度。針對這一情況，操作更加方便的就是鋼板尺測量法。

該方法就是利用300mm或者150mm鋼板尺，對可能出現波幅的機身蒙皮位置進行快速測量，在盡可能短的時間內得到機身蒙皮波紋度的大致測量數據，該方法適用范圍較小，只能適用于密框結構的蒙皮表面，且測量精度不高，只能進行粗略測量。

3.結束語

上述幾種機身表面的波紋度測量方法可根據現場的實際情況進行調配和選擇，同時可挖掘的現有資源，并將理論知識和生產實際相結合，使生產過程中的RVSM區域波紋度的測量更加方便，更加準確，從而保證飛機在天空中的高度測量也更加的精確，真正實現RVSM運行。