某型輕型直升機試飛測試改裝方法

孫澤權

摘 要：當前輕型有人及無人直升機的研制發(fā)展迅速，該類直升機具有應用范圍廣，民用價值高等特點，具有良好的發(fā)展勢頭，因此試飛測試改裝面臨的難度也大大增加，對此，本文介紹該類直升機試飛測試改裝所面臨的問題，并通過某輕型直升機試飛測試改裝方案，探究輕型直升機改裝方法等。

關鍵詞：輕型直升機;試飛測試改裝;改裝方案

試飛測試改裝是直升機生產(chǎn)、制造的最后一道工序，是驗證和調(diào)整直升機性能必不可少的一環(huán)?，F(xiàn)在，隨著直升機研發(fā)、制造工藝不斷提高，對于試飛測試改裝的要求也不斷增加，特別是無人機或是非科研階段的直升機，改裝難度大大增加。而相比于中型、重型直升機，輕型直升機具有結(jié)構(gòu)緊湊、可利用空間小、蒙皮嚴密等特點，對于試飛測試改裝布線造成了較大困擾。

本文將從市場背景下輕型直升機的發(fā)展需求為背景，以某輕型直升機試飛測試改裝方案入手，通過實際測試改裝經(jīng)驗，論述了此類輕型直升機測試改裝設計過程中遇到的困難，并針對其解決辦法進行探究，同時也將集合。文章首先論述了此類直升機測試改裝的意義和目的，簡要介紹了此類輕型有人直升機和無人直升機的發(fā)展趨勢，在發(fā)展背景下，測試改裝所需的必要性和必然性。

其次，針對具體問題，具體分析，從測試設備架的安裝、傳感器的安裝固定、測試線纜的布置等多方面問題，結(jié)合某機型測試改裝實際經(jīng)驗，對比中型直升機測試改裝，論述其技術難點和方案探究，詳細說明針對某機型的做法和思考。

最后，本文從輕型有人直升機和無人機兩方面考慮，關于該類直升機測試改裝的技術要點和面臨的主要問題，做詳細論述。

一、輕型有人、無人旋翼直升機發(fā)展趨勢及測試改裝必要性

輕型直升機一般是指最大起飛重量小于5700公斤的直升機，這種直升機體量小，應用范圍廣，在國防建設、國民經(jīng)濟發(fā)展和應急事件處理中具有不可替代的重要作用。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在世界民用直升機市場中，輕型直升機的需求量和保有量占民用直升機總量的70%以上。

在國內(nèi)、國際市場，自大疆無人機通過多方媒體報道，進入大眾視野，全民普及無人直升機飛行，今年來發(fā)展勢頭迅猛，極飛、億航燈多家無人機公司初創(chuàng)，且未形成成熟產(chǎn)品時，便獲得數(shù)千萬美元的融資。小型直升機發(fā)展不過10年，但發(fā)展勢頭迅猛，國外巨頭紛紛布局無人直升機市場，向空域拓展，將成為普通民眾的下一個目標。

而在輕型有人機市場，多家通航成立，研究和拓展民用航空直升機業(yè)務。民航局也在逐步放寬私用飛行駕照的獲取標準，對私用飛行駕照申領者在理論考試、實踐考試、體檢等三方面都放寬了標準。而在飛行員的選擇中，輕型或超輕型飛機是他們的第一選擇，面對如此廣闊的市場和需求，研發(fā)和制造輕型、超輕型直升機是必然的發(fā)展趨勢。

如何測得準確數(shù)據(jù)，配合進行民航局審查，最終得到批準上市，轉(zhuǎn)而進行市場盈利。在這其中，試飛測試改裝都是必不可少的關鍵環(huán)節(jié)，對于整機性能摸底、調(diào)整反饋，研發(fā)出滿足市場和用戶需求的直升機來說，測試內(nèi)容就是對設計性能指標的直接評判，改裝內(nèi)容的體現(xiàn)，就是測試參數(shù)準確性的保障。只有通過民用直升機的試飛測試改裝，才能夠針對用戶市場，拓展直升機的使用條件，配合調(diào)整性能參數(shù)，使該型直升機在市場上占據(jù)一席之地。

二、輕型直升機測試需求及測試改裝難點分析

直升機的測試需求主要集中在調(diào)整試飛階段，直升機調(diào)整試飛是民用直升機研制路上的重要一環(huán)，一般會根據(jù)新研型號提出全面的測試需求，參數(shù)包括性能參數(shù)，品質(zhì)參數(shù)，發(fā)動機性能參數(shù)等幾大類，如發(fā)動機燃油壓力、流量，機身動、靜載荷，全機振動水平測量，總線數(shù)據(jù)監(jiān)控，操縱量等多個參數(shù)的常規(guī)測量。目的是對飛機進行飛行測試，采集飛機飛行數(shù)據(jù)，使飛機在鑒定前處于穩(wěn)定的飛行技術狀態(tài)，排除影響飛行的重大故障。

現(xiàn)如今，隨著科技技術的不斷發(fā)展，制造業(yè)領域的不斷創(chuàng)新，最典型的汽車制造技術也在不斷的提高，從最初的人工裝備到半自動集成裝配，再到全自動整機裝配。而直升機制造技術也在不斷攀升，外觀精美，制造緊密，排布科學緊湊的輕型直升機在滿足功能的同時，也將測試改裝的難度不斷加大。

主要有兩個方面的難點：（1）制造工藝提高，機身結(jié)構(gòu)緊湊，布局構(gòu)造完整，對測試設備儀器架的放置空間大大縮小，也對外置傳感器的安裝提出了更高的要求，而且測試線纜的布置，由外至內(nèi)，由分散到整體的走線方式，在保存機體外形完整的前提下，困難提升;（2）科技進步發(fā)展，航電設備、外置功能型設備逐漸增多，對機上傳感器的安裝位置提出了更高地精度要求。

若要實現(xiàn)測試改裝，需要綜合考慮整機結(jié)構(gòu)，了解全機線纜布置走線通道，盡量避免開孔，影響直升機整體完整，若必須開孔則在直升機非承重結(jié)構(gòu)中開盡可能小的過線孔，以保證直升機整體的完整。

在傳感器安裝方面，要配合整機機械結(jié)構(gòu)，包括動部件運動方式、運動方向、運動范圍等，設計符合安裝要求的傳感器安裝支架，同時，也要考慮直升機部件的安裝地點，是否可以借用機上原有的安裝螺栓進行安裝，最大程度的減小對機體結(jié)構(gòu)的破壞，便于測試完成后的改裝恢復。

測試設備架的放置要因地制宜，結(jié)合直升機本身的技術狀態(tài)，合理選取放置位置。有人直升機一般選取直升機主減速器下方的位置，該位置處于直升機整機重心處，不會對直升機的重心造成較大影響。而無人直升機的結(jié)構(gòu)更為緊湊，主減下方一般沒有空間進行測試設備的放置，那么就需要根據(jù)無人機的技術狀態(tài)選取合理的測試設備架安裝方式。

三、以某輕型直升機為例的測試改裝方案探究

（一）測試設備架改裝設計

在輕型或超輕型直升機的測試改裝中，測試設備架的安裝是十分關鍵的，首先要確定剛度較好，且較為平整的地板作為測試設備架的放置地點，周圍最好有系留圓環(huán)，如沒有圓環(huán)，則須在附近地板附近鉚接耳片，用于固定測試設備。此處位置的選取，要保證測試設備架的安裝強度，絕對禁止在飛行過程中，測試設備架與直升機發(fā)生相對移動。

測試設備架一般選取主減正下方或駕駛艙后排座椅的位置，因為此處位置均在直升機設計中，處在重量分布點上，對直升機重心的影響會降到最低。

其次放置地點要選取空間較大且在空間上能夠聯(lián)系直升機各處的位置，以便測試系統(tǒng)布線，同時散熱性能較好，也利于測試系統(tǒng)的操作和維護。

最后，測試設備架的外形尺寸要符合空間構(gòu)型，要以滿足測試需求為基本原則，設計符合直升機空間位置的測試設備架。

因為輕型直升機在設計過程中，本身空間利用率就很高，很緊湊，不會有大面積的空間供測試改裝使用，故需根據(jù)每架機不同的空間構(gòu)型來確定測試設備架的尺寸和安裝方式。

在某輕型直升機的實際安裝中，采用的是將測試設備架定制成符合其安裝空間尺寸的構(gòu)型，利用系留鋼索，和地板上預裝的圓環(huán)進行系留，鎖死，測試架底部放毛氈等。測試設備架上放置主要的測試設備。如圖1所示。

（二）平臺測試改裝設計

1.振動測試改裝

振動傳感器的安裝主要分為膠粘安裝和機械安裝，根據(jù)傳感器的選型和安裝位置不同來確定安裝方式。在有螺栓或鉚釘?shù)奈恢每刹捎脵C械安裝，利用振動傳感器支架，一般為三面互相垂直構(gòu)型的支架，利用原機已有螺栓，固定支架，再在支架上安裝振動傳感器，此種安裝方式，采用剛性連接，且連接性極強，一般安裝在振動較大或需傳感器外露的位置，如傳動軸、發(fā)動機、主尾減等位置，能夠真實反映該處振動。一般，振動傳感器的安裝需要以高強度的材料進行連接，如鋼材支架，能夠真實的將振動傳導到傳感器上，反映該處振動。而且在安裝中要盡量減少轉(zhuǎn)接，減少其他不明來源振動。

膠粘安裝一般放置如在地板、設備表面、駕駛艙操縱臺等平面，且無安全隱患因素的位置，或無法安裝支架且不屬于外露的位置，附近也無動部件的地方。需先將平面位置打磨除漆，露出內(nèi)部材料，將傳感器利用膠水直接粘接在平面上，并定期進行維護。

在某輕型直升機中，發(fā)動機支座處的振動采用的膠粘方式，因發(fā)動機支座的螺栓不便于拆卸，且發(fā)動機平臺溫度超過傳感器使用溫度范圍，故將傳感器布置在發(fā)動機支座地板反面，如圖2。這樣，傳感器既處于艙內(nèi)位置，周圍沒有動部件，且滿足測試需求，能夠真實反映發(fā)動機支座處的振動水平。

2.操縱測試改裝

縱量測量，主要采用位移傳感器，根據(jù)傳感器類型，可分為拉線電阻式位移傳感器和光電式位移傳感器，采用不同的安裝方式。位移傳感器需在操縱桿系附近，根據(jù)操縱桿系運動方向，確定拉線方向，從而確定傳感器安裝位置，傳感器安裝完成后，如安裝拉線電阻式位移傳感器則須在桿系上安裝抱箍，連接拉線，保證拉線隨操縱桿系的運動而運動，且于桿系為平行運動。安裝光電位移傳感器則須在有效測量范圍內(nèi)安裝反光板，反光板的平面法線與桿系平行。以此進行轉(zhuǎn)換，真實反映該段桿系的運動狀態(tài)，因該段桿系于操縱系統(tǒng)呈線性變化關系，所以移位傳感器的測量值能夠真實反映操縱量。

如圖3所示，以某輕型直升機型機操縱位移傳感器為例，在直升機框上，利用孔洞，設計夾板式支架，將支架對夾固定在框上，支架上安裝拉線位移傳感器，然后順著桿系運動的方向在操縱桿系上安裝抱箍，固定拉線，使拉線隨操縱桿系的運動而運動。

安裝完成后，需對傳感器進行標定，保證在桿系的運動范圍內(nèi)，測量的物理量不超出傳感器的測量范圍，并根據(jù)桿系變化量確定傳感器的輸出電壓量，從而將物理量轉(zhuǎn)化為操縱位移的工程量。

3.大氣溫度、激光高度、組合導航天線等測量安裝

大氣溫度、激光高度、組合導航天線等均屬于外露的傳感器，需要安裝在機身蒙皮外，對傳感器本身的使用，又有一定的技術要求。如組合導航天線的安裝，需在120°角范圍內(nèi)盡量無遮擋，所以最好的安裝位置應該為遠離槳葉的上蒙皮位置，但此處位置多為原機天線安裝位置，不但要考慮干擾問題，還要考慮安裝方式問題，因輕型直升機的設計和制造工藝不斷提升，空間構(gòu)型合理緊湊、功能設備愈加完善，一般不會留有或考慮測試用組合導航天線的安裝。為測試改裝制造了不小的難度。

以某輕型直升機為例，該機型的設計為滑橇式，所以，滑橇成了最好的安裝位置。如圖4，利用支架，將支架夾在滑橇上，支架上安裝大氣溫度、激光高度傳感器，位置空曠，滿足測試要求和傳感器使用要求。而組合導航天線，則采用平板延伸的方式，盡可能遠離機身，又需滿足剛度要求，但又不宜過長，以免增加力矩，使直升機重心發(fā)生偏移。

4.空速測試改裝

氣壓高度和指示空速兩個參數(shù)，是通過直升機在飛行過程中，迎風面產(chǎn)生的氣壓與環(huán)境大氣壓力產(chǎn)生的壓差計算得出對應的指示空速值，而氣壓高度由當前高度所對應的大氣壓力直接反映。

在直升機上，該原理分別對應直升機的高度表和速度表。所以在測試改裝中需要同理加裝氣壓力傳感器，和氣體壓差傳感器。安裝示意圖如圖5、圖6。安裝時要特別注意管路的氣密性，指示空速和氣壓高度是直升機飛行中極為重要的兩個指示參數(shù)。測試用三通及管路必須進行清潔，保證不對機上設備有污染，完成安裝后，需進行氣密性檢查，保證原機參數(shù)的正常顯示。

以某輕型直升機為例，高度、速度傳感器用卡帶固定在直升機前部儀表板蓋板內(nèi)部左側(cè)。儀表板背后，設備名稱“airspeed”的動壓管路上打開原機自帶的一個三通上的堵頭，用氣管將三通與壓力傳感器相連。

在儀表板背后，設備名稱“altimeter”的靜壓管路，斷開與高度表靜壓管管嘴的M10螺母，接入測試用靜壓三通，再串入一個三通，分別接入氣壓傳感器和壓差傳感器。

（三）系統(tǒng)測試改裝

1.燃油系統(tǒng)壓力、流量測量

在直升機測量中，特別是發(fā)動機性能測量中，對燃油系統(tǒng)的測量是必不可少的，瞬時油耗、燃油壓力、燃油溫度，分別采用，渦輪流量計，管道壓力傳感和管道溫度傳感器進行測量，在測試改裝時，需根據(jù)機上燃油系統(tǒng)管路分布，在燃油濾后方的一段管路替換為測試管路，測試管路設計為三段式，分別串入一個四通和渦輪流量計，串入完成后需保證四通和渦輪流量計同軸，且前后6D范圍內(nèi)為直管，然后再替換原機管路。

以某輕型直升機為例，將發(fā)動機進油口前的管路進行改裝，按照如上設計要求，設計實驗管路，串入四通和渦輪流量計，加至油箱與發(fā)動機之間，進行測量。如圖7。

2.溫度測量

溫度測量是直升機的常規(guī)測量內(nèi)容，一般包括但不限于環(huán)控溫度、發(fā)動機溫度、環(huán)境溫度等幾類，傳感器一般選取PT100型溫度傳感器，安裝時將溫度探針利用卡帶或保險絲固定在所需測點位置即可。

溫度測量根據(jù)溫度范圍不同，需選擇K型熱電偶或T型熱電偶，使用相匹配的熱電偶延長線將傳感器接至測試設備。固定方式，與PT100型相同。

（四）測試系統(tǒng)供電及布線設計

1.測試系統(tǒng)供電

測試系統(tǒng)的電源引接位置，一般由直升機電氣專業(yè)人員對電源進行分配，根據(jù)測試系統(tǒng)功耗大小，選用對應的用電線和斷路器，保證系統(tǒng)的正常工作。

測試系統(tǒng)的供電，一般將機上引出的測試專用電源進行分配，根據(jù)傳感器的用電需求，進行電源的連接或二次轉(zhuǎn)化后供電。

如圖8為某型機電氣供電安排示意圖。

2.機身開孔及布線設計

在直升機測試改裝中，盡量保證直升機結(jié)構(gòu)完整，對氣動外形影響小，為基本原則，所以開孔位置應選在對直升機結(jié)構(gòu)不造成影響的位置，盡可能利用機上原有走線位置，順著這些線束一起布線，在經(jīng)過隔框、穿線孔、尖角等位置時需用毛氈做好保護，避免磨損造成測試系統(tǒng)故障。線纜不得跨越直升機上動部件，若在操縱桿、拉桿等動部件上布線，應留有充足余量，以防阻礙各桿件運動。

線纜必須使用屏蔽線纜，屏蔽最好嚴格接地，以免測試系統(tǒng)與原機設備之間發(fā)生電磁干擾，擾亂直升機原有信號。

在輕型直升機的測試改裝中，蒙皮外部走線往往是比較困難的，一般會順著直升機結(jié)構(gòu)，在有縫隙的位置將測試線纜穿入，并做好防護，蒙皮外的測試線纜如有可拆卸的螺栓，則加裝耳片進行線纜固定，或有可固定點利用系帶進行固定，再在線纜上用膠布進行防護，以免直升機飛行過程中線纜甩動影響測試信號。

以某輕型直升機為例，多利用滑橇和直升機之間的縫隙，將外部測試線纜穿至蒙皮內(nèi)，再順著原機線路進行布線，外部利用膠布等進行防護。

（五）集成調(diào)試，試飛驗證

當各分系統(tǒng)安裝完成，最后將各系統(tǒng)的連線接入UMA2000測試系統(tǒng)當中，由測試相關人員進行在線分系統(tǒng)調(diào)試，保證各路信號的輸入輸出記錄的正常工作，最后逐步進行地面開車、近地面飛行、空中檢飛，完成整個測試任務的改裝部分，進入相應的試飛科目飛行。在某型機的摸底試飛任務中，按照如上所述方案設計思路，順利完成摸底試飛任務，得到了相應的飛行品質(zhì)、性能數(shù)據(jù)，發(fā)動機性能數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)真實有效，測試改裝任務順利結(jié)束。

四、結(jié)語

在科技迅猛發(fā)展的今天，輕型有人直升機、無人直升機，必將成為下一個全球必爭領域，無論軍用、民用類，都在以直升機作為飛行載體，實現(xiàn)各種功能，設計和制造性能優(yōu)良的直升機作為實現(xiàn)多種功能的載體，是一種必然的趨勢。

本文根據(jù)某型機測試改裝設計和實施過程，分析測試改裝過程中的設計難點。在輕型直升機測試改裝中，主要面臨著測試參數(shù)多，類型復雜，傳感器安裝需要保證安裝精度、測試改裝空間小等問題，針對此類問題，需要深度了解傳感器測試原理、使用條件限制、安裝精度和要求、電氣特性、結(jié)構(gòu)特點等，有針對性的調(diào)整安裝方式，如測量某型機發(fā)動機支座振動時，調(diào)整安裝位置，避免了高溫對傳感器及導線的影響，同時也保證了測量精度。

所以在未來，輕型直升機的試飛測試改裝地位需大大提升，隨著測量參數(shù)量的加大，需求的增加，要求的精細化程度，改裝難度也同時上升，輕型無人直升機比輕型有人直升機在空間布局方面的難度更大。如此，需要測試改裝設計人員對測試理論，傳感器的應用更加嫻熟，才能更好地面對未來測試改裝所帶來的挑戰(zhàn)，測量出更精確，更有效的直升機數(shù)據(jù)。

參考文獻：

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