飛機(jī)慣性傳感器測(cè)試系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

李躍東

（空軍第一航空學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000）

1 引言

負(fù)角加速度產(chǎn)生裝置用來模擬飛機(jī)著陸減速滑跑過程中機(jī)輪角速度的變化，廣泛用于我軍各型殲敵飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)慣性傳感器的性能測(cè)試。慣性傳感器是飛機(jī)自動(dòng)防滑剎車系統(tǒng)核心部件，直接關(guān)系到飛機(jī)飛行安全。因此，測(cè)試準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便、綜合性強(qiáng)的慣性傳感器測(cè)試設(shè)備，是保證飛機(jī)著陸安全，提高飛機(jī)維修能力、發(fā)揮飛機(jī)戰(zhàn)斗力的重要保障。目前，殲敵飛機(jī)各制造單位、修理單位、部隊(duì)所使用的慣性傳感器測(cè)試設(shè)備仍是五、六十年代引進(jìn)的俄式產(chǎn)品，存在著技術(shù)落后、操控特性差，測(cè)試精度不高等諸多問題，亟待解決。

2 傳統(tǒng)負(fù)角加速度產(chǎn)生裝置簡(jiǎn)介

現(xiàn)役老式（俄式）慣性傳感器測(cè)試設(shè)備是利用偏心曲柄機(jī)構(gòu)（如圖1所示），通過機(jī)械傳動(dòng)方式產(chǎn)生負(fù)角加速度。其主要工作部分是一個(gè)偏心曲柄機(jī)構(gòu)。它由偏心軸、主軸、曲柄等組成。偏心軸和主軸的軸線間有一個(gè)偏心距e，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過圓盤、滑塊和曲柄傳動(dòng)偏心軸，使它也產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。滑塊既作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又作直線運(yùn)動(dòng)，滑塊通過短軸帶動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)?；瑝K作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，就使主軸與短軸的中心距作周期性變化。當(dāng)角速度ω由大變小時(shí)，按圖2幾何關(guān)系可推導(dǎo)出輸出軸的角加速度表達(dá)式為：

ω-主軸的角速度；r-短軸至偏心軸距離

由上式可以看出，輸出軸的負(fù)角加速度與偏心距和轉(zhuǎn)速有關(guān)，測(cè)量負(fù)角加速度只能通過間接測(cè)量偏心距，通過理論推導(dǎo)計(jì)算得到，不是實(shí)測(cè)值，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差。

圖2 傳動(dòng)幾何關(guān)系

3 新型負(fù)角加速度產(chǎn)生與控制系統(tǒng)

3.1 組成與工作

新型負(fù)角加速度產(chǎn)生裝置是以伺服電機(jī)為核心的、具有轉(zhuǎn)速反饋的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)如圖3所示。該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、高精度伺服電機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、輔助電路等組成。

圖3 伺服電機(jī)控制系統(tǒng)

伺服電機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行元件，輸出轉(zhuǎn)速和負(fù)角加速度。伺服電機(jī)的核心部件是電子碼盤、50對(duì)磁極和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速可達(dá)3000轉(zhuǎn)/分，輸出的最大負(fù)角加速度可以達(dá)到1000弧度/秒2。工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)器首先將參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算處理，然后發(fā)送給伺服電機(jī)，電機(jī)就按照給定的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出所設(shè)定的轉(zhuǎn)速和負(fù)角加速度，同時(shí)電子碼盤感受伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)角加速度，并將信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器運(yùn)算和上位機(jī)的參數(shù)比較，得到電機(jī)調(diào)整偏差，然后再將調(diào)整偏差返回給電機(jī)，從而使得電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和負(fù)角加速度嚴(yán)格按照給定的參數(shù)運(yùn)行。

3.2 負(fù)角加速度產(chǎn)生原理

SU-2軍用飛機(jī)慣性傳感器（YA58）測(cè)試時(shí)，要求轉(zhuǎn)速960n/min時(shí)，負(fù)加速度在325～475 l/s2范圍內(nèi)變化。即，在一定的平均轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生一定的負(fù)角加速度。傳統(tǒng)偏心曲拐機(jī)構(gòu)生成負(fù)角加速度時(shí)，齒輪箱的傳動(dòng)比為1：6.25，對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為960÷6.25=153.6 r/min。根據(jù)偏心曲拐機(jī)構(gòu)的工作原理，偏心輪每轉(zhuǎn)一圈，輸出軸應(yīng)對(duì)應(yīng)一個(gè)加速減速過程，即一個(gè)周期。也就是說輸出軸在平均轉(zhuǎn)速為960r/min的前提下，每分鐘應(yīng)有153.6個(gè)加減速周期。

根據(jù)這個(gè)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了伺服電機(jī)的運(yùn)行控制規(guī)律（如圖4所示）。在伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中，輸入軸和輸出軸的速比為3：1，因此，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)為960÷3=320 r/min，每分鐘要完成153.6個(gè)加減速周期（每秒153.6÷60=2.56個(gè)），每個(gè)周期 T為 1/2.56=0.4s。

圖4 電機(jī)運(yùn)行規(guī)律

又：n1+n2=640（電機(jī)平均轉(zhuǎn)速 320）

這里，T=0.4s

測(cè)試時(shí)，在程序上設(shè)定周期T，從計(jì)算機(jī)輸入被測(cè)產(chǎn)品的最小負(fù)角加速度值325 1/s2，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算n1、n2值，電機(jī)將依次以325/3、330/3、335/3、340/3、345/3 1/s2……，伺服電機(jī)就在計(jì)算機(jī)控制下按預(yù)定規(guī)律作周期性加減速轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出325～475 l/s2的負(fù)角加速度。從（1）式可以看出，改變周期T和轉(zhuǎn)速n1，n2就可得到不同得負(fù)角加速度。

4 結(jié)論

慣性傳感器測(cè)試設(shè)備的基本功能就是產(chǎn)生與飛機(jī)機(jī)輪減速過程中相同的負(fù)角加速度，其核心是負(fù)角加速度產(chǎn)生裝置。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，負(fù)角加速度的產(chǎn)生的方法和設(shè)備將越來越多。利用伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，通過對(duì)下位機(jī)的編程，在變轉(zhuǎn)速、變負(fù)載的情況下，準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)了電機(jī)以特定負(fù)角加速度運(yùn)行是飛機(jī)慣性傳感器測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，代表了這一領(lǐng)域的發(fā)展方向。

[1]姜榮.一種基于運(yùn)動(dòng)控制卡的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)[J].機(jī)電產(chǎn)品與開發(fā)，2006（3）

[2]《YA58型自動(dòng)防滑裝置技術(shù)條件》.中國(guó)人民解放軍第五七二零工廠

[3]程明學(xué).殲七飛機(jī)附件修理.空軍第一航空學(xué)院出版,1999.