活動(dòng)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(jī)制造有限公司 制造工程部，上海 200436；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150028）

0 概述

一架飛機(jī)的氣動(dòng)外形對整個(gè)飛機(jī)的性能和品質(zhì)有重大影響，對飛行安全、效率與經(jīng)濟(jì)性等都具有很大的影響。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全機(jī)每增加1%的阻力就使飛機(jī)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(jī)，升阻比每提高1%，每年可節(jié)約10萬美元的燃料費(fèi)[1]。

在飛機(jī)總裝過程中，活動(dòng)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(chǎn)品圖樣和技術(shù)條件的要求?；顒?dòng)翼面與定翼面間相對位置的準(zhǔn)確度檢查稱為活動(dòng)面相對定翼面的吻合性檢查，其中一個(gè)重要的參數(shù)是活動(dòng)面相對于定翼面的階差，這個(gè)階差是評價(jià)活動(dòng)翼面安裝正確性和整個(gè)翼面的氣動(dòng)性能的重要指標(biāo)[2]。階差不滿足要求會(huì)提升飛機(jī)的阻力，降低飛機(jī)的性能，增加燃油消耗。工程部門需要準(zhǔn)確的階差用以評估飛機(jī)的飛行性能，制造單位據(jù)此來改進(jìn)制造工藝，因此在飛機(jī)裝配現(xiàn)場準(zhǔn)確的測量活動(dòng)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(xù)曲面的外形產(chǎn)生的突然中斷，形成錯(cuò)位的幾何量。當(dāng)一操縱面是在相鄰結(jié)構(gòu)表面（基準(zhǔn)）所形成的延伸外形線以外時(shí)，階差應(yīng)視為“+”。當(dāng)一操縱面是在相鄰結(jié)構(gòu)表面（基準(zhǔn)）所形成的延伸外形線以內(nèi)時(shí)，階差應(yīng)視為“-”。如圖1所示。

圖1 階差的正負(fù)

2 中立位置的確定

根據(jù)階差的定義，為了正確的測量出階差，在測量活動(dòng)翼面相對于定翼面的階差之前，必須將每個(gè)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(jié)果。

因此在測量階差之前，應(yīng)正確的確定活動(dòng)翼面的中立位置?；顒?dòng)翼面中立位置的確定方法常見的有下述幾種。在實(shí)際使用時(shí)應(yīng)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(diào)節(jié)到水平狀態(tài)，然后將操縱面上的理論弦平面調(diào)節(jié)到水平狀態(tài)，此時(shí)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(diào)節(jié)高度的托架上，用水準(zhǔn)儀測量定翼面上各水平測量點(diǎn)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(jī)對接，此處需測量定翼面上各水平測量點(diǎn)與設(shè)定的水平線的高度差。

b.調(diào)節(jié)活動(dòng)翼面，使其處于中立位置

用水準(zhǔn)儀測量位于活動(dòng)翼面尾緣上的測量點(diǎn)c的高度，調(diào)整活動(dòng)翼面的位置，使點(diǎn)C與定翼面上的水平測量點(diǎn)的高度差符合設(shè)計(jì)要求，此時(shí)活動(dòng)翼面處于中立位置。

圖2 水平測量法確定活動(dòng)翼面的中立位置

此方法適用于較大部件的活動(dòng)翼面中立位置的確定。由于此方法需使用活動(dòng)面的后緣點(diǎn)，故此方法調(diào)整的結(jié)果受活動(dòng)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(jié)構(gòu)。

2.2 用架外等距檢驗(yàn)樣板確定活動(dòng)翼面的中立位置

圖3中點(diǎn)b和點(diǎn)d是活動(dòng)翼面前緣上下翼面上階差位置測量點(diǎn)，調(diào)整b點(diǎn)和d點(diǎn)距離等距卡板的距離，使得活動(dòng)翼面處于中立位置。

此方法能保證活動(dòng)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(dòng)翼面的中立位置

2.3 用角度測量卡板確定活動(dòng)翼面的中立位置

將活動(dòng)翼面后緣調(diào)整到零刻度時(shí)，操縱面處于中立位置，如圖4所示。

由于此方法需使用活動(dòng)面的后緣點(diǎn)，故此方法與方法a類似，調(diào)整的結(jié)果受活動(dòng)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(dòng)面的中立位置的確定。

圖4 角度測量法確定活動(dòng)翼面的中立位置

2.4 在夾具上確定活動(dòng)翼面的中立位置

在對合臺上安裝定位件，調(diào)整活動(dòng)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(yàn)過程中有對合臺、平衡臺、專用綜合檢驗(yàn)夾具的部件，不宜在總裝現(xiàn)場使用。

圖5 在夾具上確定活動(dòng)翼面的中立位置

3 階差測量方法[4]

活動(dòng)翼面的中立位置確定后，然后選擇合適的方法進(jìn)行測量。階差的測量方法有很多種，可以根據(jù)是否直接獲得測量結(jié)果分為直接測量法和間接測量法，還可用根據(jù)使用的工具方法進(jìn)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(shí)，卡板使用定翼面后梁和活動(dòng)翼面的前梁做為基準(zhǔn)定位，首先用塞尺測得a，b，c，d四個(gè)位置距離卡板的實(shí)際間隙Ha，Hb，Hc，Hd。然后分別計(jì)算Ha和Hb，Hc和Hd之差，分別為活動(dòng)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(xiàn)場測量階差有下述優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

a.測量值比較準(zhǔn)確。此方法得到的階差值為測量點(diǎn)處的實(shí)際高度差，得到的階差值比較準(zhǔn)確。

b.測量的基準(zhǔn)比較可靠穩(wěn)定?？ò宓幕鶞?zhǔn)均選取在活動(dòng)翼面和定翼面的梁上，位置穩(wěn)定可靠。

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

d.測量時(shí)操作不便。由于卡板在檢驗(yàn)時(shí)定位，多為手工定位，且一個(gè)卡板需要2個(gè)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(diǎn)或b點(diǎn)的間隙，此間隙值即是外形階差，如圖7所示。

當(dāng)定翼面高于活動(dòng)翼面時(shí)，樣條尺放置在定翼面上，測量b點(diǎn)的間隙。當(dāng)活動(dòng)翼面高于定翼面時(shí)，樣條尺放置在定翼面上，測量a點(diǎn)的間隙。

當(dāng)翼面的外形比較平直時(shí)，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(xiàn)場測量階差有下述優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

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(shí)現(xiàn)全尺寸的檢驗(yàn)。

b.測量的結(jié)果受部件的外形影響較大。以圖6所示的，定翼面高于活動(dòng)翼面為例來分析。如果定翼面的外形有一個(gè)向外擴(kuò)張或向內(nèi)收縮的趨勢，如圖8所示，會(huì)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(dòng)翼面的表面貼合，測量定翼面后緣或活動(dòng)翼面前緣檢測點(diǎn)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(xiàn)場測量階差有下述優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

a.測量結(jié)果較為準(zhǔn)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(diǎn)的距離在測量時(shí)不能準(zhǔn)確選取，且該距離選取的不同會(huì)對測量結(jié)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(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

其中：1，2，3表示優(yōu)劣程度，其中1最優(yōu)，3最劣。

根據(jù)表1的分析可以看出，三種測量方法各有優(yōu)劣?？ò宸ǖ臏y量準(zhǔn)確性最好，人為因素影響最小。線繩法操作最簡單，測量準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)全范圍的測量。

在實(shí)際選用測量方法時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況而定，也可以幾種方法結(jié)合起來使用。比如飛機(jī)研制階段，生產(chǎn)速率比較低，產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定，需要測量結(jié)果準(zhǔn)確，此時(shí)可以使用卡板法為主，輔以線繩法。在飛機(jī)批產(chǎn)階段，生產(chǎn)速率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，一般可以使用線繩法或樣條法。

4 總結(jié)

活動(dòng)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(dòng)翼面的中立位置，然后選擇合適的測量方法，進(jìn)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(jù)部件的大小，剛性，產(chǎn)品的狀態(tài)來選擇中立位置確定方法，然后根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)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(chǎn)需要，又能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。