某座艙蓋電動執(zhí)行機構(gòu)模擬測試系統(tǒng)設計與開發(fā)

□張超

西安航空職業(yè)技術(shù)學院 西安 710089

某座艙蓋電動執(zhí)行機構(gòu)模擬測試系統(tǒng)設計與開發(fā)

□張超

西安航空職業(yè)技術(shù)學院 西安 710089

隨著未來戰(zhàn)斗機概念設計的發(fā)展，飛機性能和要求有進一步的提升，從飛機座艙蓋工作要求入手，分析了座艙蓋電動執(zhí)行機構(gòu)的工作任務以及模擬測試系統(tǒng)開發(fā)的重要性。闡述了模擬測試系統(tǒng)的組成、設計過程、設計的關(guān)鍵技術(shù)，為模擬測試系統(tǒng)設計人員提供一定的技術(shù)參考。

座艙蓋 電動執(zhí)行機構(gòu) 模擬測試 液壓加載

隨著飛機性能的大幅提高，飛機結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的設計與性能日趨復雜，向功能化、模塊化和集成化發(fā)展，座艙蓋系統(tǒng)也逐漸發(fā)展為復雜的、具備多功能的保障飛行員生命安全的救生系統(tǒng)［1］。艙蓋運動的關(guān)鍵件是電動執(zhí)行機構(gòu),該機構(gòu)必須經(jīng)過模擬測試才能出廠使用，以確保裝機成品能可靠有效地工作，確保飛機正常飛行。因此必須開發(fā)一套檢驗電動機構(gòu)是否合格的模擬測試系統(tǒng)，確保產(chǎn)品上機前的可靠性。

1 座艙蓋坐標系分析

根據(jù)座艙蓋在飛機上的安裝形式及相對運動關(guān)系，建立以下坐標系。

動系：固定在飛機上的坐標系，以OXYZ表示。原點固定在座艙蓋后鉸處（拋蓋旋轉(zhuǎn)點），逆航向為X軸正向，垂直向上為Y軸正向，Z軸正向指向航向左側(cè)［2］。

總體坐標系：飛機設計和制造工程中在數(shù)據(jù)庫中定義的坐標系，以O1X1Y1Z1表示。原點位于機身對稱軸線上機頭處或前任選的一點，X1軸正向為垂直飛機對稱面，指向航向左側(cè)；Y1軸正向為逆航向；Z1軸垂直向上。

如圖1所示，動系OXYZ與總體坐標系O1X1Y1Z1的坐標變換關(guān)系為：

▲圖1 坐標系示意圖

2 模擬測試系統(tǒng)設計

模擬測試系統(tǒng)主要由液壓加載系統(tǒng)、計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)組成。加載系統(tǒng)部分為液壓系統(tǒng)，通過總控臺控制面板上的壓力閥控制旋鈕，調(diào)節(jié)加載力值大小；位移傳感器與加載液壓缸同步，主要采集液壓缸的位移和測量產(chǎn)品的動作行程。

測力傳感器與產(chǎn)品另一端連接，測試時同步顯示力值的大小。傳感器通過控制面板上的二次儀表，讀出數(shù)值大小，同時傳輸?shù)接嬎銠C數(shù)據(jù)采集卡中。

2.1 液壓加載簡介［3］

液壓部分主要由高壓柱塞泵組、蓄能器、油濾器、液壓方向控制閥及加載壓力值控制旋鈕部分組成。高壓柱塞泵組從油箱中抽取液壓油，經(jīng)精密高壓過濾器過濾后，由比例壓力控制閥調(diào)壓，通過單向閥供給電磁方向閥。電磁方向閥根據(jù)需要使液壓油回油箱或供給液壓活塞缸的上下兩腔［4］，控制液壓活塞缸活塞桿的收縮或伸出。

2.2 計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集部分配置相應的傳感器對電機的電壓、電流、加載力值和動作行程進行測量，利用A/D板進行數(shù)據(jù)采集,由軟件來完成數(shù)據(jù)的處理、性能測試結(jié)果的顯示和打印。

模擬測試系統(tǒng)是以標準的工業(yè)控制計算機為基礎構(gòu)建的硬件平臺，在系統(tǒng)上采用了模塊化設計。主要由控制計算機、信號調(diào)整采集模塊、通信模塊、監(jiān)控模塊和電源系統(tǒng)組成，如圖2所示。

模擬測試系統(tǒng)要求的直流電源為0～35V/100A，電源的電壓和電流由系統(tǒng)控制面板上的嵌入式電壓和電流表進行實時監(jiān)測，通過采集系統(tǒng)將電壓和電流信號輸入計算機中進行實時監(jiān)控和管理，在邊界條件下

為州和地方社區(qū)領導提供支持。通過簡化接收聯(lián)邦資金的申請流程，提供更多靈活性使聯(lián)邦資源更好地應對不斷變化的教育和經(jīng)濟需求。

會自動啟動保護裝置。

▲圖2 計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成

3 模擬測試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)

利用坐標系統(tǒng)對飛機座艙蓋運動軌跡及受力進行分析，建立運動模型，如圖3所示。

▲圖3 運動模型

3.1 模擬測試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

模擬測試系統(tǒng)的難點在于完全真實地模擬座艙蓋電動機構(gòu)在飛機上安裝及工作的運動過程，必須準確定位及安裝產(chǎn)品固定支點、動點及飛機艙蓋的旋轉(zhuǎn)點。鉸接零件裝配后必須轉(zhuǎn)動靈活，保證其間隙在0.01 mm內(nèi)，其它零件加工采用數(shù)控多軸加工，保證空間孔位置的精度，安裝示意圖如圖4所示。

▲圖4 模擬安裝位置圖

3.2 模擬測試系統(tǒng)動力學模型建立［5］

根據(jù)零部件的安裝位置，建立動力學模型，如圖5所示。同時進行受力分析和計算［5］（電動執(zhí)行機構(gòu)質(zhì)量忽略不計）。

座艙蓋初始點液壓活塞缸所需力的計算：

由三角函數(shù)的定義得：

▲圖5 動力學模型

由相似三角定理得：

根據(jù)三角函數(shù)求得液壓活塞缸所需的初始力為：

式中：FAB為電動執(zhí)行機構(gòu)的初始力；FA是FAB的向上分力；FC是FA反力；FCD為液壓活塞缸的初始力；α為電動執(zhí)行機構(gòu)初始位置與模擬艙架的夾角；δ為液壓活塞缸初始位置與FC的夾角；L1為模擬艙架的支點到電動執(zhí)行機構(gòu)初始位置A點的距離；L2為模擬艙架的支點到液壓活塞缸初始位置C點的距離。

座艙蓋終點液壓活塞缸所需力的計算，由三角函數(shù)的定義得：

根據(jù)三角函數(shù)求得液壓活塞缸將座艙蓋推到終點所需的力為：

式中：FA1B為電動執(zhí)行機構(gòu)變化到 A1點的力；FA1為FA1B的向上分力；FC1為FA1的反力；FC1D為液壓活塞缸終點的力；β為FA1B與向上分力的夾角；γ為FC1D與FC1的夾角。

根據(jù)上述計算得出的力，進行模擬測試系統(tǒng)的加載。加載過程由計算機控制軟件設置，通過對液壓系統(tǒng)中比例壓力控制閥進行控制，使液壓活塞缸的輸出力達到可控、漸變和恒力。圖6為模擬測試效果，圖7為

直線測試效果。

▲圖6 模擬測試效果

▲圖7 直線測試效果

4 總結(jié)

根據(jù)GJB1393-1992飛機座艙蓋系統(tǒng)通用規(guī)范,利用本模擬測試系統(tǒng)先后對電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品進行測試，完成了產(chǎn)品循環(huán)疲勞長試，產(chǎn)品性能考核，各項指標均符合產(chǎn)品實際運動軌跡和受力，能準確確保電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品在某機型上使用。

［1］蔡三軍 新型整體式座艙蓋系統(tǒng)概念設計［D］.南京：南京航空航天大學，2007.

［2］吉國明,趙良松.活動座艙蓋結(jié)構(gòu)設計中連接形式分析［J］.西安工業(yè)大學學報，2006（2）：150-154.

［3］張志偉.液壓實驗臺的電氣控制系統(tǒng)改造［J］.裝備制造技術(shù)，2008（12）：104-106.

［4］高永強,呂其惠,李懷俊.液壓實驗臺的二次開發(fā)探析［J］.廣東交通職業(yè)技術(shù)學院學報，2009（2）：49-51.

［5］宋壽南.平面匯交二力桿系問題解法的新途徑［J］.力學與實踐，1987（2）：53.

（編輯 美 華）

V211.73

A

1000-4998（2015）10-0054-03

2015年4月