基于水平測(cè)量的飛機(jī)改裝頂升實(shí)踐

王宇晨

【摘 要】某型民機(jī)中央翼改裝時(shí)需卸載翼身對(duì)接肋應(yīng)力。采用多點(diǎn)頂升方案使飛機(jī)機(jī)翼姿態(tài)接近型架外形。采用水平測(cè)量判定頂升姿態(tài)，選擇飛機(jī)水平狀態(tài)、機(jī)翼上反角、安裝角及對(duì)稱(chēng)性作為水平測(cè)量項(xiàng)，經(jīng)過(guò)水平測(cè)量與調(diào)整頂升力相互迭代實(shí)現(xiàn)頂升目標(biāo)，頂升方案成功實(shí)施。改裝實(shí)施過(guò)程中的監(jiān)測(cè)表明，水平測(cè)量項(xiàng)在公差范圍內(nèi)變化，同時(shí)頂升力相對(duì)變化小于5%，飛機(jī)姿態(tài)和頂升力存在較精確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；水平測(cè)量；頂升；飛機(jī)維修

【Abstract】Stress is required to be reduced to a minimum in the wing-body-connecting rib for civil airplane central wing modification. Wings are supposed to approximate the model shape by jacking at multi positions， for which purpose leveling measurement including anhedral and incidence of wings are needed. Operate an iteration over leveling measurement and adjustment of jacking forces to meet the certain goals of jacking. Jacking project succeeded and monitoring measurement showed its reliability： Measurement results varied within tolerance， and jacking forces， meanwhile， varied within 5% relatively， indicating an accurate connection between wings shape and jacking force.

【Key words】Civil airplane； Leveling measurement； Jacking； Airplane maintenance

0 概述

根據(jù)適航條款要求，飛機(jī)頂升是民用飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的情況之一，用以支持并穩(wěn)固飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼及尾翼等部件以保證飛機(jī)維修維護(hù)順利進(jìn)行[1]，制造商有時(shí)還要根據(jù)特定的維修需求制定專(zhuān)門(mén)的結(jié)構(gòu)支撐方案。波音公司等對(duì)飛機(jī)頂升做出了詳細(xì)規(guī)定，并指出使用水平測(cè)量等手段對(duì)頂升姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。水平測(cè)量是檢驗(yàn)飛機(jī)裝配質(zhì)量和檢測(cè)結(jié)構(gòu)變形的重要手段，可用于監(jiān)測(cè)飛機(jī)頂升維修過(guò)程中發(fā)生影響結(jié)構(gòu)安全的位移。

某型民機(jī)中央翼結(jié)構(gòu)改裝，需要拆裝翼身對(duì)接肋個(gè)別連接螺栓，保持原連接螺栓孔不變。飛機(jī)完成翼身對(duì)接后經(jīng)過(guò)地面停放和一定小時(shí)數(shù)的飛行，機(jī)翼連接部件已經(jīng)承受應(yīng)力，直接拆解和更換對(duì)接肋連接的結(jié)構(gòu)零件難度較大，而且存在風(fēng)險(xiǎn)。所以應(yīng)將飛機(jī)多點(diǎn)頂升，使連接螺栓在拆裝過(guò)程中不承受應(yīng)力，不損壞復(fù)用零部件，降低拆卸難度，螺栓安裝孔位不致錯(cuò)位，易于再次安裝緊固。為此，需將機(jī)身（包括尾翼和前起落架等）和機(jī)翼（包括主起落架等）的重量分別卸載，并使機(jī)翼姿態(tài)恢復(fù)到接近型架狀態(tài)以盡量卸載對(duì)接肋應(yīng)力。因此，需制定相應(yīng)水平測(cè)量方案在頂升和改裝實(shí)施過(guò)程中對(duì)飛機(jī)姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以配合穩(wěn)定頂升，及時(shí)判定頂升是否到位，并在改裝過(guò)程中維持卸載狀態(tài)。

1 頂升與水平測(cè)量

1.1 頂升點(diǎn)布置

待改裝機(jī)型在左右機(jī)翼下表面和前后機(jī)身設(shè)計(jì)有頂升點(diǎn)。根據(jù)對(duì)接肋卸載及外翼姿態(tài)需求，還需在左右機(jī)翼利用翼身對(duì)接時(shí)使用過(guò)的頂升位置。除利用以上既有的頂升位置外，可在龍骨梁下也設(shè)置兩個(gè)頂升點(diǎn)以配合機(jī)身設(shè)計(jì)頂升點(diǎn)卸載機(jī)身及中央翼重量。

圖1是待改裝機(jī)型外翼3個(gè)頂升點(diǎn)（A，B，C）與起落架放下鎖緊時(shí)的外翼重心（G）在水平面投影的等比例幾何關(guān)系圖，可以看出外翼重心位于頂升點(diǎn)三角形內(nèi)，理論上頂升可以穩(wěn)定。機(jī)身頂升點(diǎn)位于機(jī)身下零縱線(xiàn)附近，在不會(huì)左右傾斜情況下，可以將機(jī)身重量卸載。

1.2 水平測(cè)量項(xiàng)目及公差

為在保證安全的前提下提高頂升效率，根據(jù)機(jī)翼型架姿態(tài)這一判定標(biāo)準(zhǔn)選擇水平測(cè)量項(xiàng)：采用飛機(jī)縱向水平、飛機(jī)橫向水平表征飛機(jī)水平，通過(guò)機(jī)翼上反角和安裝角表征機(jī)翼姿態(tài)，同時(shí)需保持外翼姿態(tài)的對(duì)稱(chēng)性。以上各項(xiàng)可通過(guò)測(cè)量相應(yīng)水平測(cè)量點(diǎn)得到，其中翼根附近的水平測(cè)量點(diǎn)除用于測(cè)量機(jī)翼姿態(tài)外，還可用左右側(cè)高差表征機(jī)身是否發(fā)生傾斜（滾轉(zhuǎn)），避免左右對(duì)接肋產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)載荷?？紤]到機(jī)身較長(zhǎng)且改裝位置位于中央翼，除采用前后機(jī)身兩測(cè)量點(diǎn)（F1，F(xiàn)2）測(cè)量縱向水平外，還需要測(cè)量中機(jī)身上兩點(diǎn)（F1A，F(xiàn)2A）以驗(yàn)證中機(jī)身水平。表1列出了各測(cè)量項(xiàng)的參考值和公差，參考值用水平測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)高差表示。根據(jù)水平測(cè)量項(xiàng)及場(chǎng)地條件安置水準(zhǔn)儀或激光跟蹤儀等儀器，并按需設(shè)置轉(zhuǎn)站。

1.3 水平測(cè)量與頂升力的迭代

頂升在機(jī)庫(kù)內(nèi)分兩階段進(jìn)行：第一階段，按全機(jī)水平測(cè)量程序，將飛機(jī)用設(shè)計(jì)頂升點(diǎn)頂升并調(diào)平；第二階段，在增加的頂升點(diǎn)逐步加載，頂升參考加載力和限制加載力已根據(jù)飛機(jī)裝機(jī)狀態(tài)、載荷和邊界條件通過(guò)有限元模擬得到。頂升完成需根據(jù)水平測(cè)量結(jié)果進(jìn)行判定，判定標(biāo)準(zhǔn)是：在不超過(guò)限制加載力的條件下，維持飛機(jī)水平，使外翼姿態(tài)接近型架外形。

飛機(jī)縱向和橫向水平狀態(tài)監(jiān)測(cè)涉及水平測(cè)量點(diǎn)較少，可在頂升過(guò)程中多次實(shí)施。頂升加載至參考力值附近后，根據(jù)機(jī)翼水平測(cè)量結(jié)果小幅調(diào)整頂升加載，如此迭代數(shù)次使外翼安裝角和上反角達(dá)到表1要求，且飛機(jī)處于水平姿態(tài)，表示頂升到位。由于機(jī)翼下架后自重影響難以徹底消除，根據(jù)對(duì)接肋卸載的工程需要，在左右機(jī)翼姿態(tài)對(duì)稱(chēng)的前提下，迭代結(jié)束時(shí)建議以保證內(nèi)段機(jī)翼上反角和安裝角接近型架外形為主。

2 分析與改進(jìn)

頂升方案在某架次改裝中獲得首次實(shí)施。頂升到位后鎖定頂升加載力進(jìn)入改裝。為盡量避免對(duì)飛機(jī)姿態(tài)和受力產(chǎn)生影響，嚴(yán)格控制上機(jī)人員的數(shù)量和位置。改裝過(guò)程中進(jìn)行了多次水平測(cè)量監(jiān)測(cè)飛機(jī)姿態(tài)，測(cè)量要求仍按表1執(zhí)行。測(cè)量結(jié)果顯示水平測(cè)量項(xiàng)在公差范圍內(nèi)變化，頂升姿態(tài)穩(wěn)定，飛機(jī)水平及對(duì)稱(chēng)性保持良好。對(duì)接肋連接螺栓拆裝和其他改裝工作順利實(shí)施，表明頂升方案獲得成功。

因該頂升方案屬首次實(shí)施，考慮到頂升力分析與判讀的經(jīng)驗(yàn)有所欠缺，頂升過(guò)程中采用水平測(cè)量對(duì)外形進(jìn)行監(jiān)測(cè)更加直觀，而通過(guò)有限元模擬獲得的對(duì)接肋低應(yīng)力時(shí)的頂升力僅作為參考值。實(shí)際上，不同頂升點(diǎn)加載力值差別很大，而頂升到位后實(shí)際加載力與參考加載力在分布趨勢(shì)和量級(jí)上是一致的，表明有限元分析和水平測(cè)量?jī)煞N決策手段可以初步相互印證，對(duì)接肋應(yīng)力已基本卸載。

在對(duì)頂升狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，水平測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是可以精確直觀地測(cè)量機(jī)翼姿態(tài)是否接近型架外形，如果采用激光跟蹤儀配合多個(gè)固定靶球，或采用其他自動(dòng)化光電設(shè)備還可大幅提高測(cè)量效率。但在改裝過(guò)程中，水平測(cè)量的不足是不便于進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)讀頂升力進(jìn)行監(jiān)測(cè)顯得更直接。實(shí)際監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，水平測(cè)量項(xiàng)在公差范圍內(nèi)變化時(shí)，頂升力變化幅度最大不超過(guò)5%，大部分情況下更低，說(shuō)明飛機(jī)姿態(tài)和頂升力存在較精確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。建議今后在類(lèi)似的頂升改裝或維修中，若頂升力便于實(shí)時(shí)精確測(cè)讀，頂升到位后可使用測(cè)力讀數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，僅在讀數(shù)發(fā)生較大偏差時(shí)進(jìn)行水平測(cè)量。

3 結(jié)論

通過(guò)基于水平測(cè)量的多點(diǎn)頂升實(shí)現(xiàn)了某型民機(jī)翼身對(duì)接肋卸載。采用水平測(cè)量項(xiàng)表征機(jī)翼姿態(tài)，并將水平測(cè)量應(yīng)用于頂升力和姿態(tài)的主動(dòng)迭代中，以機(jī)翼接近型架外形作為頂升到位的主要判定依據(jù)。改裝過(guò)程中監(jiān)測(cè)測(cè)量顯示飛機(jī)姿態(tài)平穩(wěn)。

得益于工程和工藝人員的周密設(shè)計(jì)和靈活實(shí)施，頂升條件下的中央翼改裝得以順利完成，為國(guó)內(nèi)民機(jī)設(shè)計(jì)和維修改裝積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上可進(jìn)一步開(kāi)展水平測(cè)量和頂升力模擬分析相結(jié)合的頂升方案設(shè)計(jì)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]薄曉莉.民機(jī)機(jī)翼千斤頂頂升裝置分析[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2011（4）：58-61.

[責(zé)任編輯：王楠]