活動翼面與定翼面的階差測量方法分析

劉艷凱，張 雨

（1.上海飛機制造有限公司 制造工程部，上海 200436；2.哈爾濱商業大學，黑龍江 哈爾濱 150028）

0 概述

一架飛機的氣動外形對整個飛機的性能和品質有重大影響，對飛行安全、效率與經濟性等都具有很大的影響。據不完全統計，全機每增加1%的阻力就使飛機的有效載荷降低7.6%；有資料顯示，對于一架DC-10大小的飛機，升阻比每提高1%，每年可節約10萬美元的燃料費[1]。

在飛機總裝過程中，活動翼面與定翼面對接后，需要檢查其相對位置的正確性，判斷其是否符合產品圖樣和技術條件的要求。活動翼面與定翼面間相對位置的準確度檢查稱為活動面相對定翼面的吻合性檢查，其中一個重要的參數是活動面相對于定翼面的階差，這個階差是評價活動翼面安裝正確性和整個翼面的氣動性能的重要指標[2]。階差不滿足要求會提升飛機的阻力，降低飛機的性能，增加燃油消耗。工程部門需要準確的階差用以評估飛機的飛行性能，制造單位據此來改進制造工藝，因此在飛機裝配現場準確的測量活動翼面相對于定翼面的階差具有重要的意義。

1 定義

階差[3]，即在一表面上，從平坦的或連續曲面的外形產生的突然中斷，形成錯位的幾何量。當一操縱面是在相鄰結構表面（基準）所形成的延伸外形線以外時，階差應視為“+”。當一操縱面是在相鄰結構表面（基準）所形成的延伸外形線以內時，階差應視為“-”。如圖1所示。

圖1 階差的正負

2 中立位置的確定

根據階差的定義，為了正確的測量出階差，在測量活動翼面相對于定翼面的階差之前，必須將每個部件盡可能放置到正常流線的最佳位置（中立位置）。中立位置確定的好與不好直接影響到階差的測量結果。

因此在測量階差之前，應正確的確定活動翼面的中立位置。活動翼面中立位置的確定方法常見的有下述幾種。在實際使用時應選擇最合適的確定中立位置的方法。

2.1 用水平測量方法確定操縱面中立位置[3]

用水平測量的方法將定翼面的理論弦平面調節到水平狀態，然后將操縱面上的理論弦平面調節到水平狀態，此時操縱面相對于定翼面處于中立位置，如圖2所示。

a.確定定翼面的位置

將定翼面置于可調節高度的托架上，用水準儀測量定翼面上各水平測量點之間的高度差，使其安裝角和上下反角符合水平測量圖的要求。如果定翼面已完成全機對接，此處需測量定翼面上各水平測量點與設定的水平線的高度差。

b.調節活動翼面，使其處于中立位置

用水準儀測量位于活動翼面尾緣上的測量點c的高度，調整活動翼面的位置，使點C與定翼面上的水平測量點的高度差符合設計要求，此時活動翼面處于中立位置。

圖2 水平測量法確定活動翼面的中立位置

此方法適用于較大部件的活動翼面中立位置的確定。由于此方法需使用活動面的后緣點，故此方法調整的結果受活動翼面后緣處外形影響較大，此方法適用于剛度較好的舵面結構。

2.2 用架外等距檢驗樣板確定活動翼面的中立位置

圖3中點b和點d是活動翼面前緣上下翼面上階差位置測量點，調整b點和d點距離等距卡板的距離，使得活動翼面處于中立位置。

此方法能保證活動翼面在流線最佳的位置，即上下翼面的階差基本相同，此方法適用于上下翼面階差要求一樣的部件，比如升降舵，方向舵等。

圖3 等距卡板法確定活動翼面的中立位置

2.3 用角度測量卡板確定活動翼面的中立位置

將活動翼面后緣調整到零刻度時，操縱面處于中立位置，如圖4所示。

由于此方法需使用活動面的后緣點，故此方法與方法a類似，調整的結果受活動翼面后緣處外形影響較大，此方法適用于剛度較好的小型活動面的中立位置的確定。

圖4 角度測量法確定活動翼面的中立位置

2.4 在夾具上確定活動翼面的中立位置

在對合臺上安裝定位件，調整活動翼面，使其翼型與定位件的翼型吻合，如圖5所示。

此方法適用于制造，檢驗過程中有對合臺、平衡臺、專用綜合檢驗夾具的部件，不宜在總裝現場使用。

圖5 在夾具上確定活動翼面的中立位置

3 階差測量方法[4]

活動翼面的中立位置確定后，然后選擇合適的方法進行測量。階差的測量方法有很多種，可以根據是否直接獲得測量結果分為直接測量法和間接測量法，還可用根據使用的工具方法進行分類，比如卡板法，樣條或直尺法，拉線法等，其中樣條法、拉線法是直接測量法，卡板法是間接測量法。

3.1 卡板法

用卡板法測量階差，可以使用全間距卡板，也可以使用局部樣板。測量示意圖如圖6所示。

圖6 用卡板法測量階差（局部卡板）

測量時，卡板使用定翼面后梁和活動翼面的前梁做為基準定位，首先用塞尺測得a，b，c，d四個位置距離卡板的實際間隙Ha，Hb，Hc，Hd。然后分別計算Ha和Hb，Hc和Hd之差，分別為活動翼面相對于定翼面的上下翼面的外形階差。

使用卡板法在裝配現場測量階差有下述優點和缺點。

a.測量值比較準確。此方法得到的階差值為測量點處的實際高度差，得到的階差值比較準確。

b.測量的基準比較可靠穩定。卡板的基準均選取在活動翼面和定翼面的梁上，位置穩定可靠。

c.不能實現全截面的檢驗。首先階差的要求是整個活動翼面的前緣展向長度，活動翼面和定翼面在對接處翼型在每個截面是不同的，一套卡板只能測得一個截面，使用此法檢驗的話，現場需要準備多套卡板，由于不可能每個截面均設置一套卡板，故需工程部門明確需要測量的截面，不能實現全截面的檢驗。

d.測量時操作不便。由于卡板在檢驗時定位，多為手工定位，且一個卡板需要2個操作人員定位，操作不便。

3.2 直尺或樣條尺法

此方法是將樣條尺沿部件外形曲面放置，用塞尺測量a點或b點的間隙，此間隙值即是外形階差，如圖7所示。

當定翼面高于活動翼面時，樣條尺放置在定翼面上，測量b點的間隙。當活動翼面高于定翼面時，樣條尺放置在定翼面上，測量a點的間隙。

當翼面的外形比較平直時，可以用直尺代替樣條尺檢查外形階差。

圖7 直尺或樣條尺檢查外形階差

使用直尺或樣條法在裝配現場測量階差有下述優點和缺點。

a.此方法操作簡單，直尺等測量工具容易獲得，不需要專門定制工具，容易實現全尺寸的檢驗。

b.測量的結果受部件的外形影響較大。以圖6所示的，定翼面高于活動翼面為例來分析。如果定翼面的外形有一個向外擴張或向內收縮的趨勢，如圖8所示，會將階差放大或縮小。

圖8 階差受外形影響較大

3.3 線繩法

用線繩法測量階差，將線繩的兩端分別與定翼面和活動翼面的表面貼合，測量定翼面后緣或活動翼面前緣檢測點與線繩的間隙值，即為階差值，如圖9所示。

使用直尺或樣條法在裝配現場測量階差有下述優點和缺點。

a.測量結果較為準確。由于使用的是直接測量法，且該方法沒有直尺法測量是定翼面后緣外形對其的影響。

b.測量易受人員操作影響。線繩的兩端與測量點的距離在測量時不能準確選取，且該距離選取的不同會對測量結果造成影響。

c.操作簡單。僅需要線繩和塞尺可以完成測量。

圖9 線繩法測量階差

表1 測量方法比較

三種測量方法的優缺點比較如表1所示。

其中：1，2，3表示優劣程度，其中1最優，3最劣。

根據表1的分析可以看出，三種測量方法各有優劣。卡板法的測量準確性最好，人為因素影響最小。線繩法操作最簡單，測量準確性也比較好。直尺法操作比較便捷，人為因素影響較小。且后兩種方法均能實現全范圍的測量。

在實際選用測量方法時，要根據實際情況而定，也可以幾種方法結合起來使用。比如飛機研制階段，生產速率比較低，產品的生產質量不穩定，需要測量結果準確，此時可以使用卡板法為主，輔以線繩法。在飛機批產階段，生產速率高，產品質量穩定，一般可以使用線繩法或樣條法。

4 總結

活動翼面和定翼面之間的階差測量，首先要選用合適的方法確定活動翼面的中立位置，然后選擇合適的測量方法，進行測量。中立位置確定和階差測量方法均有很多種，我們要根據部件的大小，剛性，產品的狀態來選擇中立位置確定方法，然后根據實際生產情況要選擇合適的測量方法，以保證測量方法既能滿足生產需要，又能得到準確的結果。