基于激光跟蹤儀的飛機方向舵零位測量實踐

王鉦云

【摘 要】本文以某型號飛機垂尾和方向舵測量為研究背景，重點開展對飛機大部件之間相對位置測量方法的研究。對基于激光跟蹤儀的測量方法進行了實驗驗證，為激光跟蹤儀在飛機生產制造、對接裝配中的運用提供可行性的技術依據。飛機垂尾零位測量過程中表明，激光跟蹤儀測量公差滿足要求，飛機方向舵偏差小于0.18o，飛機方向舵裝配良好。

【關鍵詞】激光跟蹤儀；方向舵；測量

現代民用飛機對經濟型，安全性的追求，對飛機制造，裝配精度提出了很高的要求，其中飛機大部件裝配精度很大程度上決定了飛機的質量。傳統意義上的裝配檢測精度差、效率低，已經很難滿足民用飛機的發展要求。國內外的飛機制造公司都在大力發展精確測量技術和方法，以期提高飛機的生產效率和制造精度，增加產品的市場競爭力。

隨著航空制造業的迅速發展，航空測量技術也隨之快速發展，激光跟蹤儀具有靈活輕便、測量精度高等特點，在現代飛機部件測量中被廣泛應用。本文通過對某型飛機垂尾和方向舵進行測量，來檢測其裝配的精度和方向舵零位位置的準確性。對激光跟蹤儀在飛機部件測量上的運用進行了驗證，為國內飛機制造企業提供了借鑒和參考。

1 工作流程和測量方法

激光跟蹤儀能夠獲取飛機部件外形測量數據，通過測量數據與理論數字化模型對比，實現零組件、部件外形的制造質量分析。激光跟蹤儀的基本原理是：根據激光干涉的原理測量出靶鏡與跟蹤頭的距離，通過跟蹤儀的俯仰軸和偏航軸上的測量傳感器測出靶鏡與跟蹤頭的角度，進而計算出測量點的三維坐標。其能夠實現目標的靜態坐標測量和動態軌跡跟蹤。

方向舵零位測量的工作重點是利用激光跟蹤儀測量垂尾和方向舵的關鍵數據。測量的工作流程分為以下幾步：場地布置，地面基準建立，數據測量，結果分析。工作流程圖如圖1所示。

在測量開始前，需要對場地和設備進行布置。由于測量要求精度極高，所以對測量現場和測量環境要求嚴格，首先測量之前需將飛機調成水平狀態，測量應在室內進行，避免風對測量造成影響，測量時飛機各部件應安裝完整，飛機處于空機狀態，機上不得有其它作業。對垂尾和方向舵進行測量前，要將方向舵調至電子零位，然后斷開電源和液壓，使飛機的方向舵處于零位狀態。

由于需要測量垂尾和方向舵左右兩側，激光跟蹤儀在一個站位無法測量到所有點，必須在測量前在測量場地上布置基點，建立全局坐標系，測量期間激光跟蹤儀利用固定的地面基點進行站位轉換。地面基點是全局坐標系建立的基礎，直接影響測量結果，所以在測量期間，基點不得移動。整個測量過程中，應嚴格控制激光跟蹤儀的轉站次數，避免因轉站導致誤差累計。

垂尾和方向舵的測量點應根據實際要求盡可能布置均勻，選擇形變較小的位置，最終選擇在安定面上左右各安置10個點，分別為A1-A4，B1-B6，均位于垂直安定面的前、后梁附近，其中包括4個水平測量點，圖2中以紅點標出。方向舵上左右各安置8個點，分別為C1-C4，D1-D4。垂尾、方向舵測量點如圖2所示。

2 結果分析

使用激光跟蹤儀完成對垂尾安定面和方向舵的測量，將原始測量數據轉換至飛機坐標系中，并將垂尾外形數模導入CATIA中進行分析，垂尾、方向舵測量結果如圖3所示。

作出左右對稱點的中點，由于水平測量點的變形最小，最為精準，所以用4個水平測量點的中點（A1，A4，B3，B6）擬合出對稱平面，在CATIA中測量出各個中點與對稱平面的距離（點位于對稱面左側為正）。中點與對稱面的間距如表1所示。

從表1中可以看出，垂直安定面上的A1-A4，B1-B6，與對稱面間距較小，都控制在0.5mm以內，由此可知，對稱面質量較好，與實際情況較為符合。C1-C4為方向舵上靠近垂尾后梁的一排點，與對稱面間距也較小，裝配較好。而D1-D4為方向舵上遠離轉軸一側的一排點，與對稱面間距較大。可以得出，方向舵與對稱面存在一定的夾角。

根據D1-D4與對稱面的距離，可以換算出D1-D4各點處對應的方向舵零位偏離度數，D1-D4位置偏離度數如表2所示。

從表中可以看出D1-D4個點都存在偏轉，在D1處偏轉最小，在D3處偏轉最大，約為0.18°。

3 結論

根據飛機的測量檢查結果分析，并與理論數模對比，得到如下結論：利用垂直安定面前、后梁作出的對稱面符合性良好，安定面各中點與該對稱面的差異均小于0.5mm，這也說明，垂直安定面自身的對稱性良好；方向舵中立位置存在一定偏離，偏離最大的剖面約向右偏0.18°，滿足飛機外形要求。本次方向舵零位檢測利用了激光跟蹤儀進行測量，提高了測量效率和精度，有效的檢測了飛機垂尾裝配精度和方向舵的零位位置。該方法可以廣泛的運用到飛機制造和裝配中，能有效的檢測飛機的制造精度和效率。

【參考文獻】

[1]王金丹.激光跟蹤儀在飛機翼下整流罩測量的應用[J].科技創新導報.2016 （26）.

[責任編輯：朱麗娜]