◎劉勝 孔垂峰 劉楠

一、概述

直升機(jī)的水平測量是指在直升機(jī)處于水平狀態(tài)下對直升機(jī)各部件相對位置準(zhǔn)確度的測量，是直升機(jī)結(jié)構(gòu)損傷檢測的重要手段。本文以某型直升機(jī)的水平測量為示例介紹直升機(jī)水平測量的原理及現(xiàn)行方式，分析基于激光跟蹤儀、數(shù)字千斤頂?shù)葦?shù)字化設(shè)備進(jìn)行直升機(jī)水平測量的可行性和實施過程。

二、直升機(jī)水平測量的傳統(tǒng)方式

直升機(jī)水平測量的傳統(tǒng)方式為直升機(jī)采用千斤頂頂起，調(diào)整到水平狀態(tài)，使用象限儀、水準(zhǔn)儀、鉛錘、直尺等工具進(jìn)行水平測量。該方法采用人工調(diào)整機(jī)身、人工讀數(shù)記錄和手工計算，工作量大，耗時長，效率低；靠人眼通過望遠(yuǎn)鏡讀取直尺上的刻度，測量精度不高；受外界環(huán)境溫度、風(fēng)速因素影響較大，對環(huán)境狀況要求較高。

三、基于激光跟蹤儀的直升機(jī)水平測量

本文介紹的基于激光跟蹤儀的直升機(jī)水平測量技術(shù)具有測量精度高、效率高、工作量小的優(yōu)勢，尤其適合大尺寸、大噸位直升機(jī)水平測量。測量系統(tǒng)的多功能、高擴(kuò)展性等特點，使其可擴(kuò)展應(yīng)用到飛機(jī)全面檢測、動態(tài)對接等技術(shù)上，具有良好的應(yīng)用前景。

1.激光跟蹤儀。

激光跟蹤儀測量系統(tǒng)的工作基本原理是在目標(biāo)點上安置一個反射器，跟蹤頭發(fā)出的激光射到反射器上，又返回到跟蹤頭，當(dāng)目標(biāo)移動時，跟蹤頭調(diào)整光束方向來對準(zhǔn)目標(biāo)，同時返回光束為檢測系統(tǒng)所接受，用來測算目標(biāo)的空間位置。具有高精度、高效率、實時跟蹤測量、安裝快捷、操作簡便等特點，適合于大尺寸工件裝配測量。

2.實施原則。

鑒于目前國內(nèi)直升機(jī)制造中模擬量協(xié)調(diào)、數(shù)字量協(xié)調(diào)兩種模式并存，數(shù)字化水平測量不能完全取代傳統(tǒng)方法進(jìn)行模擬量協(xié)調(diào)的直升機(jī)水平測量。同時為了保證傳統(tǒng)方法、數(shù)字化水平測量兩種方法數(shù)據(jù)的可比對性，確定數(shù)字化水平測量的實施原則是不改變現(xiàn)行的水平測量方法和檢驗標(biāo)準(zhǔn)，以數(shù)字化測量設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，反饋給測量系統(tǒng)，系統(tǒng)進(jìn)行計算并控制數(shù)字式千斤頂進(jìn)行飛機(jī)姿態(tài)的自動調(diào)整（調(diào)整為水平姿態(tài)），然后通過數(shù)字化測量設(shè)備對測量點進(jìn)行測量，反饋給測量系統(tǒng)并進(jìn)行計算形成最終水平測量報告。

3.測量方案。

依據(jù)直升機(jī)總裝后的外形尺寸要求、水平基準(zhǔn)點和測量點以及整個系統(tǒng)的自動化程度要求，對數(shù)字化水平測量系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖1 數(shù)字化水平測量系統(tǒng)框架

（1）設(shè)備布局方案。為了降低系統(tǒng)成本，采用一臺激光跟蹤儀通過轉(zhuǎn)站的方式進(jìn)行水平測量基準(zhǔn)點、測量點測量，通過三臺Z 方向調(diào)整的數(shù)字千斤頂進(jìn)行機(jī)身姿態(tài)調(diào)整。進(jìn)行數(shù)字化水平測量時，需要布置至少三個激光跟蹤儀轉(zhuǎn)站基準(zhǔn)，在直升機(jī)前部放置一轉(zhuǎn)站基準(zhǔn)，在直升機(jī)后部尾梁兩側(cè)各放置一轉(zhuǎn)站基準(zhǔn)。三個轉(zhuǎn)站基準(zhǔn)成等腰三角形布置，前部的基準(zhǔn)布置在飛機(jī)中心線上。激光跟蹤儀布置在飛機(jī)一側(cè)，前后轉(zhuǎn)站基準(zhǔn)中間，保證跟蹤頭發(fā)出的激光可同時射到轉(zhuǎn)站基準(zhǔn)及水平測點即可。

（2）建立測量坐標(biāo)系。以激光跟蹤儀的默認(rèn)坐標(biāo)系測量三個轉(zhuǎn)站基準(zhǔn)的實際數(shù)據(jù)，使Z 平面與地面平行重新擬合坐標(biāo)系。此坐標(biāo)系建立后，激光跟蹤儀測量及激光跟蹤儀轉(zhuǎn)站時均以此坐標(biāo)系為基準(zhǔn)。

（3）直升機(jī)姿態(tài)調(diào)整。①將飛機(jī)推入到數(shù)字化水平測量站位，將數(shù)字千斤頂放置在機(jī)身底部，調(diào)整千斤頂位置，使其對準(zhǔn)機(jī)身千斤頂接頭，手動升起千斤頂，使千斤頂與接頭接觸。②機(jī)身調(diào)水平。整機(jī)橫向調(diào)平：打開左側(cè)主減活動整流罩，將檢測工裝放置在直升機(jī)主減平臺橫向基準(zhǔn)區(qū)，使用激光跟蹤儀檢測測量點JZ1、JZ2坐標(biāo)，比對兩點的Z 坐標(biāo)數(shù)字差異，通過千斤頂1 或2 調(diào)整機(jī)身，使機(jī)身達(dá)到橫向水平（即JZ1、JZ2 兩點Z 坐標(biāo)值相同）；

整機(jī)縱向調(diào)平：使用激光跟蹤儀檢測基準(zhǔn)點4 和基準(zhǔn)點6 的坐標(biāo)，比對基準(zhǔn)點4 和基準(zhǔn)點6 的Z 坐標(biāo)數(shù)字差異，通過千斤頂3 調(diào)整機(jī)身，使機(jī)身達(dá)到縱向水平（即JZ4、JZ6 兩點Z 坐標(biāo)值相同）；③測量坐標(biāo)系及基準(zhǔn)面的建立。建立測量坐標(biāo)系（激光跟蹤儀）后，通過激光跟蹤儀測量水平測量點4、5、6、A、D 點。

建立基準(zhǔn)面：選取4、5、6 點建立平面，即飛機(jī)水平面（Z=2550）；通過A、D 兩點連線作垂直于飛機(jī)水平面的平面，即飛機(jī)Y0 面。④整機(jī)水平測量。按上述操作確定的基準(zhǔn)面（Y=0，Z=2550），依次測量1、2、3、7、8、9、10、11、12、13、14 等水平測量點的具體坐標(biāo)值并由整機(jī)水平測量系統(tǒng)計算水平測量結(jié)果。⑤根據(jù)整機(jī)水平測量結(jié)果，生成整機(jī)水平測量報告。

四、對比分析

分析數(shù)字化測量方法和傳統(tǒng)測量方法的工作流程，以現(xiàn)有的工作數(shù)據(jù)對測量時間、測量精度進(jìn)行對比，比對結(jié)果見表2、表3。

表2 測量時間對比表（單位：min）

表3 測量誤差對比表

從表2 測量時間對比可以看出，采用數(shù)字化測量方法將大大節(jié)省直升機(jī)水平測量的工作周期，預(yù)計可以節(jié)省2/3 的時間。

從表3 測量誤差對比可以看出，數(shù)字化測量方法大大降低了設(shè)備誤差、人員誤差和環(huán)境誤差，測量精度比傳統(tǒng)方法提升兩個數(shù)量級。

五、結(jié)束語

本文依據(jù)現(xiàn)代飛機(jī)數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展趨勢和質(zhì)量要求，針對目前直升機(jī)水平測量的不足，詳細(xì)介紹了直升機(jī)數(shù)字化水平測量系統(tǒng)的組成及實施方案。新研直升機(jī)的技戰(zhàn)指標(biāo)要求越來越高，對直升機(jī)整體制造準(zhǔn)確度也提出了更高要求。部分傳統(tǒng)的直升機(jī)裝配、試驗方法在原理和測量設(shè)備上存在一定的局限性，限制了制造精度的提升。隨著數(shù)字化裝配及測量技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)該通過系統(tǒng)的研究，積極尋找適合直升機(jī)裝配、試驗的數(shù)字化裝配、測量方法，以提升直升機(jī)制造水平和產(chǎn)品質(zhì)量，打造新的核心競爭力。