飞机可移动控制表面的惯性性质的测量

摘要

本发明公开了一种用于获得飞机控制表面（1）中围绕铰合线（2）转动的可移动件（10）的惯性性质的方法，所述方法包括以下步骤：a）从可移动件（10）移除致动器的机械连接，使得所述可移动件能够自由地围绕其铰合线（2）转动，进一步平衡可移动件（10）并且以第一逼近计算可移动件（10）的粗静态动量；b）精化在a）中获得的可移动件（10）的静态动量，同时获得可移动件（10）的摩擦动量；c）将弹性元件（300）结合到控制表面（1）上，配置二级机械系统；d）在特定频率条件下将受迫振动引到可移动件（10）上，增加该频率，直到它明显地接近可移动件（10）的共振频率；e）由d）中的波响应计算可移动件（10）的惯量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量飞机可移动控制表面的惯性性质（静态动量、摩擦动量和惯量）的方法。本发明还涉及用于操作所述方法的机械布置。

背景技术

飞机可移动控制表面（诸如飞机升降舵）有时在某些情形下不得不被测试，以便确定它们是否符合一定的验收准则。当前，用于确定可移动控制表面的验收的实际方法是测量它的质量以及它的重心，这两个分量使得能够计算它的静态动量，使得这个静态动量保持在一定的范围内。

飞机可移动控制表面经过某一操作时间段之后，由于水的摄取或者由于任何其他物质，使得其质量稍微变化，或者在被损坏单元被修理之后即刻会使得其质量稍微变化，因为这些修复常常需要额外的补块。出于这个原因，质量控制不得不被及时地监控，使得可移动控制表面的惯性性质保持在可接受的限度内，因为任何偏差将影响飞机的动态行为。因此，可移动控制表面的惯性性质的控制是重要的。

然而，对于已知的可移动控制表面的质量和重心的测量过程，被影响的单元需要从飞机被移除，这是一个需要长时间的、昂贵的并且不实用的烦杂过程，因为这个过程通过起重机或其他装置执行并且在每个升起点需要一个悬挂标度尺（hanging scale）。为了获得控制表面的正确重量，控制表面必须与飞机结构分离开，使得例如在升降舵被测量时，升降舵不得不从它的稳定装置上被移除并且需要通过连至每个升起点的吊索、使用连至每个吊索的升起点中的悬挂标度尺、由起重机升起。这项任务通过操作者手动执行，不实用、耗时并且成本高。

本发明提供一种用于飞机可移动控制表面的验收的不同方法。

发明内容

通过本发明的方法对象，通过控制飞机可移动控制表面的惯性性质（静态动量、摩擦动量和惯量）、使得这些惯性性质保持在一定范围内，而进行飞机可移动控制表面的验收。除此之外，本发明的方法不需要从飞机上移除可移动控制表面。

精确地，本发明中公开的方法的飞机元件对象是飞机可移动控制表面的可移动部件，以下称为可移动件。

本发明的第一目的是提供一种用于获得可移动件的惯性性质的方法。

本发明的另一目的是提供一种用于操作上述方法的机械布置。

在本发明中的方法的主要优点在于，不需要将可移动件从飞机移除就能够获得可移动件的惯性性质，这意味着与现有技术中已知的过程相比本方法中所涉及的成本被显著降低。

用在本发明的方法中的机械布置包括以下元件：

-连接至稳定装置（控制表面的固定部分）或地面的第一部分，以便提供适当的锚固点；

-连接至可移动件的第二部分，该第二部分包括能够在垂直方向和水平方向上被调节的配重、获取可移动件的角运动的移动变换器以及振动发生器，该振动发生器在可移动件上引起受迫振动；以及

-弹性元件，用于连接机械布置中的第一部分和第二部分。

本发明的方法涉及获得可移动件的惯性性质，所述方法包括以下步骤：

a）将机械布置的第二部分结合到可移动件上，配置下文将称作的可移动组件；

b）从可移动件移除致动器的机械连接，使得可移动件能够自由地围绕其铰合线转动；

c）平衡可移动组件，使得它的重心落在铰合线的紧邻区域上；

d）以第一逼近计算可移动件的静态动量；

e）精化在d）中获得的可移动件的静态动量，同时获得可移动件的摩擦动量；

f）实施附加的调节，以固定控制表面的静止位置：对于该步骤，需要机械布置的第一部分与弹性元件一起被在先结合到控制表面上；

g）激活振动发生器；

h）获得可移动组件的波响应以及振动发生器输出；

i）在足以获取用于执行步骤j）的充分信息的时间段之后，停止振动发生器；

j）计算可移动组件的共振频率；

k）由步骤j）获得的共振频率计算可移动组件的惯量；

I）从步骤k）中的惯量中减去对在步骤a）中所结合的机械布置的部件的在实验室中在先确定的惯量的贡献，由此获得可移动件的惯量。

通过对本发明的后续的详细描述以及所附的权利要求，并且结合附图，本发明的其他所希望的特征和优点将变得明显。

附图说明

图1a和1b示意地示出根据本发明的用以运行测量可移动件的惯性性质的方法的机械布置。

图2示出根据本发明的用以运行测量可移动件的惯性性质的方法的机械布置的各个组成部件的部分。

图3示出根据本发明的在用以运行测量可移动件惯性性质的方法的机械布置中的弹性元件的可能的构造。

图4a和4b示意地示出根据已知现有技术的使用每个所用升起点处的悬挂标度尺、起重机和吊索来控制可移动件的质量和重心的方法。

图5示出根据本发明的用以运行测量可移动件的惯性性质的方法的机械布置中的配重。

图6示出根据本发明的在用以运行测量可移动件的惯性性质的方法的机械布置中的具有围绕轴线转动的离心质量的振动发生器的可能的构造的细节。

图7示出可移动组件的角位置随时间变化的曲线图，其是根据本发明的方法中的激励频率实质上远离可移动组件的共振频率时的响应。

图8示出可移动组件的角位置随时间变化的曲线图，其是根据本发明的方法中的激励频率实质上接近可移动组件的共振频率时的响应。

图9示出根据本发明的在用于测量可移动件的惯性性质的方法中精化可移动件的静态动量以及获得可移动件的摩擦动量所基于的原理。

具体实施方式

一旦飞机控制表面1中的可移动件10的静态动量和摩擦动量被确定，本发明的方法分析对于所述可移动件10的受迫振动的响应：在所附的附图中，升降舵的相应壳体已经被表示，其中该可移动件10（升降舵）围绕铰合线2转动。

用于运行上述方法的机械布置20在图1b和2中被示意地表示，其包括：

-连至稳定装置的第一部分100，以便提供适当的锚固点，其中所述稳定装置是控制表面1的固定部件；

-连至可移动件10的第二部分200，使得该第二部分200与可移动件10一起形成本说明书中所称作的可移动组件40，该第二部分200包括可调节配重600（其能够分别通过作用于高度调节装置601和长度调节装置602而被调节高度和长度，如图5所示）、获取可移动件40的角运动的移动变换器400以及振动发生器500，该振动发生器在可移动组件40上产生受迫振动；以及

-弹性元件300，典型地是弹簧，用于连接机械布置20中的第一部分100和第二部分200。

根据本发明，应该期望的是，为了结果的精确性，机械布置20围绕铰合线2的惯量被最小化。

振动发生器500的可能的实施例示出在图6中，包括以距离801围绕轴线802旋转的离心质量800。振动发生器500的不同的实施例也是可能的。

两个部分100和200利用具有能够通过调节装置3调节的可调节位置和已知弹性常数的弹性元件300（典型地是弹簧）而被机械连接，如图3所示。弹性元件300在其一侧连至第一部分100，并且在其另一侧连至第二部分200，弹性元件300在其两侧是可位移的，因此允许调节机械布置20的静止位置。

每个控制表面1项，典型地是升降舵，将与具有被选择为产生可移动组件40的适当共振频率（典型地是2赫兹）的弹性常数的特定弹性元件300（典型地是弹簧）相关。调节装置3允许机械布置20的对可移动组件40的角位置的调节，因此固定零位置以便执行本发明的方法。在连接弹性元件300已经之后并且一旦已经实现了平衡，可移动组件40构成第二级机械系统。该系统具有共振频率，该共振频率是弹性元件300的弹性常数以及可移动组件40的惯量的函数。由于弹性元件300的弹性常数是已经被选择的所期望的共振频率的函数，因此实际的共振频率是未知的（将被确定），但是将非常接近用于获得弹性元件300的弹性常数的共振频率。

通常，机械布置20还连接至计算机（便携式电脑）和某些便携式电子设备，以便分析数据和执行本发明的方法。

为了清楚起见，虽然实际执行产生不同的实施例，说明书所附的附图示出本发明的主要概念。然而，实际的实施例可以与附图中所表示的那些实施例不同：例如，机械布置20的优选实施例将需要振动发生器500位于机械布置20的左侧，并且将被包括在可调节配重600结构中：可移动组件40的惯量被减少，这改善了测量的质量。

本发明所提出的方法允许调节振动发生器500的频率：该频率逐渐地增加（从比共振频率低的值开始），直到可移动件10的最大偏移接近对应控制表面1已知的可容许限度，这指示对可移动组件40的共振频率的接近近似，这将被进一步详细说明。

因此，本发明的方法涉及控制表面1的可移动件10的惯性性质的测量，该可移动件10典型地是升降舵，所述方法包括以下步骤：

a）将机械布置20的第二部分200结合到控制表面1上，由此配置可移动组件40；

b）从可移动件10移除致动器的机械连接，使得可移动件能够自由地围绕其铰合线2转动；

c）平衡可移动组件40，使得它的重心4落在铰合线2的紧邻区域上（粗平衡）；

d）以第一逼近计算可移动件10的粗静态动量；

e）精化在d）中获得的可移动件10的粗静态动量，同时获得可移动件10的摩擦动量，这包括以下步骤：

i）将已知质量放置在距离铰合线2的右边一给定距离p（见图9）的位置处，逐渐增加更多的所述已知质量，直到可移动件10克服摩擦带并且开始转动；

ii）将步骤i）中所使用的总质量md的数据和距离p一起代入公式（3）；

iii）移除总质量md，并且将已知质量放置在距离铰合线2的左边一给定距离q（见图9）的位置处，逐渐增加更多的所述已知质量，直到可移动件10克服摩擦带并且沿着与步骤i）中的转动方向相反的方向开始转动；

iv）将步骤iii）中所使用的总质量mi的数据和距离q一起代入公式（4）；

v）使用公式（5）计算可移动件10的静态动量（ΔM_static=W_ma.x）的增量，其校正之前步骤e）中计算的粗静态动量；

vi）使用下面的公式（6）计算铰合线2中的摩擦动量Mf；

ΔMstatic+m_dgp=Mf  (3)

ΔMstatic-m_igq=Mf  (4)

$>\mathrm{\Delta Mstatic}=\frac{m_i\mathrm{gq}-m_d\mathrm{gp}}{2}---\left(5\right)$>

$>\mathrm{Mf}=\frac{m_d\mathrm{gp}+m_i\mathrm{gq}}{2}---\left(6\right)$>

ΔMstatic=W_ma·x  (7)

f）通过微调弹性元件300的调节装置3来实施附加的调节，以固定可移动件控制表面1的静止位置，即，振动移动的零点，使得该位置距离限制可移动件10在两侧中的每一侧上的最大移动（偏移）的限度是等距的，需要机械布置20的第一部分100与弹性元件300一起被在先结合到控制表面1上；

g）激活振动发生器500；

h）以高速率（例如10000个样本/秒以上）获得可移动组件40的波响应（位置角vs时间）以及振动发生器500的输出；

i）在足以获得在h）中获得的可移动组件40的“差拍（beating）”波响应中的两个波瓣的时间段之后，停止振动发生器500；

j）测量第一波瓣（W_lobe）的频率，由此与振动发生器500的输出转动频率（Ω_rot）一起，使用公式（1）计算可移动组件40的实际共振频率（W_reson）；

(1)ω_reson=2·ω_lobe+Ω_rot

k）由步骤j）中的共振频率（W_reson）、根据公式（2）获得可移动组件40的惯量（I_tot）；

$>\left(2\right),I_{\mathrm{tot}}:=\frac{k·a^2}{{\left({\omega }_{\mathrm{reson}}\right)}^2}$>

I）从步骤k）中的惯量中减去对步骤a）中所结合的机械布置20的部件的惯量的贡献，由此获得可移动件10的惯量。

在步骤h），以例如10000样本/秒以上的高速获得可移动组件40的波响应（位置角随时间变化）：由这个响应，获得第一波瓣（W_lobe）的频率。并且，在步骤h）中，获得振动发生器500的输出：由这个响应，获得振动发生器500的输出转动频率（Ω_rot）。优选地，使用计算机获得和处理步骤h）中的波响应并且计算振动发生器500的输出转动频率（Ω_rot）和第一波瓣（W_lobe）的频率。

图7示出在步骤h）中获得的响应曲线，示出当振动发生器500提供的激励频率远离可移动组件40的共振频率时的可移动组件40的位置角随时间变化曲线。当激励频率非常接近共振频率时，响应的类型如在图8中示出：这个响应适于获得可移动组件40的惯量（I_tot）。因此，波瓣（W_lobe）的周期可以精确地测量，并且代入以上的公式（1）中。以比可移动组件40的期望的共振频率低的振动发生器500的转动频率（Ω_rot）开始过程；然后，该过程以逐渐变高的转动频率（Ω_rot）被重复；观察不同的响应曲线，直到最大波瓣幅值达到对应可移动件10所允许的最大偏移：在该阶段，波瓣（W_lobe）的周期和转动频率（Ω_rot）适于被代入公式（1）中，在此计算可移动组件40的共振频率（W_reson）的值。

此外，本发明的方法的附加优点是当围绕铰合线2转动时同时计算可移动件10的摩擦动量，如在以上步骤e）中所述。对于计算摩擦动量，在没有弹性元件300的情况下使用控制表面1的机械布置20。如果不存在摩擦动量，可移动组件40的重心将与铰合线2对齐；当存在小的摩擦动量时，该情形不会发生，可移动组件40的重心相对于铰合线2具有小的偏置。

在本发明的优选实施例中，在上述的步骤iv）之后，使用以上的公式（5）计算可移动件10的静态动量（ΔM_static）的增量，作为第一逼近。然后，ΔM_static的这个值被用于精化可移动件10的静态动量（如在以上步骤e）中所述的）：元件具有被计算使得它提供中和可移动件10的静态动量的静态动量的质量，位于距离铰合线2一定距离的（距离铰合线2的右侧或左侧，依赖于由公式（5）获得的数学符号）这个元件被用于执行剩余的方法步骤f）至I）。所用的数学符号使得正号对应于升降舵，沿顺时针方向转动。

现在将仅以详细解释在本发明公开内容中所使用的概念“波瓣”。当机械系统被接近它的固有共振的频率激励时，它的响应跟随移动，在该情形中是角度移动，如在图8中表示的。在本说明书中所使用的术语“波瓣”对应于以具有最小振幅的一个振动的起点的零级开始并且以具有最小振幅的下一个振动的终点的零级结束的一组振动：例如，在图8中，仅仅示出这些波瓣中的一个。

虽然已经结合各个实施例描述了本发明，但是，从说明书中可以理解，可以对文中的元件进行各种组合、变化和改进，并且这样的组合、变化和改进落入本发明的范围内。