基于水平测量的飞机改装顶升实践

王宇晨

【摘 要】某型民机中央翼改装时需卸载翼身对接肋应力。采用多点顶升方案使飞机机翼姿态接近型架外形。采用水平测量判定顶升姿态，选择飞机水平状态、机翼上反角、安装角及对称性作为水平测量项，经过水平测量与调整顶升力相互迭代实现顶升目标，顶升方案成功实施。改装实施过程中的监测表明，水平测量项在公差范围内变化，同时顶升力相对变化小于5%，飞机姿态和顶升力存在较精确的对应关系。

【关键词】民用飞机；水平测量；顶升；飞机维修

【Abstract】Stress is required to be reduced to a minimum in the wing-body-connecting rib for civil airplane central wing modification. Wings are supposed to approximate the model shape by jacking at multi positions， for which purpose leveling measurement including anhedral and incidence of wings are needed. Operate an iteration over leveling measurement and adjustment of jacking forces to meet the certain goals of jacking. Jacking project succeeded and monitoring measurement showed its reliability： Measurement results varied within tolerance， and jacking forces， meanwhile， varied within 5% relatively， indicating an accurate connection between wings shape and jacking force.

【Key words】Civil airplane； Leveling measurement； Jacking； Airplane maintenance

0 概述

根据适航条款要求，飞机顶升是民用飞机设计时需考虑的情况之一，用以支持并稳固飞机机身、机翼及尾翼等部件以保证飞机维修维护顺利进行[1]，制造商有时还要根据特定的维修需求制定专门的结构支撑方案。波音公司等对飞机顶升做出了详细规定，并指出使用水平测量等手段对顶升姿态进行监测。水平测量是检验飞机装配质量和检测结构变形的重要手段，可用于监测飞机顶升维修过程中发生影响结构安全的位移。

某型民机中央翼结构改装，需要拆装翼身对接肋个别连接螺栓，保持原连接螺栓孔不变。飞机完成翼身对接后经过地面停放和一定小时数的飞行，机翼连接部件已经承受应力，直接拆解和更换对接肋连接的结构零件难度较大，而且存在风险。所以应将飞机多点顶升，使连接螺栓在拆装过程中不承受应力，不损坏复用零部件，降低拆卸难度，螺栓安装孔位不致错位，易于再次安装紧固。为此，需将机身（包括尾翼和前起落架等）和机翼（包括主起落架等）的重量分别卸载，并使机翼姿态恢复到接近型架状态以尽量卸载对接肋应力。因此，需制定相应水平测量方案在顶升和改装实施过程中对飞机姿态进行监测，以配合稳定顶升，及时判定顶升是否到位，并在改装过程中维持卸载状态。

1 顶升与水平测量

1.1 顶升点布置

待改装机型在左右机翼下表面和前后机身设计有顶升点。根据对接肋卸载及外翼姿态需求，还需在左右机翼利用翼身对接时使用过的顶升位置。除利用以上既有的顶升位置外，可在龙骨梁下也设置两个顶升点以配合机身设计顶升点卸载机身及中央翼重量。

图1是待改装机型外翼3个顶升点（A，B，C）与起落架放下锁紧时的外翼重心（G）在水平面投影的等比例几何关系图，可以看出外翼重心位于顶升点三角形内，理论上顶升可以稳定。机身顶升点位于机身下零纵线附近，在不会左右倾斜情况下，可以将机身重量卸载。

1.2 水平测量项目及公差

为在保证安全的前提下提高顶升效率，根据机翼型架姿态这一判定标准选择水平测量项：采用飞机纵向水平、飞机横向水平表征飞机水平，通过机翼上反角和安装角表征机翼姿态，同时需保持外翼姿态的对称性。以上各项可通过测量相应水平测量点得到，其中翼根附近的水平测量点除用于测量机翼姿态外，还可用左右侧高差表征机身是否发生倾斜（滚转），避免左右对接肋产生不对称载荷。考虑到机身较长且改装位置位于中央翼，除采用前后机身两测量点（F1，F2）测量纵向水平外，还需要测量中机身上两点（F1A，F2A）以验证中机身水平。表1列出了各测量项的参考值和公差，参考值用水平测量点的相对高差表示。根据水平测量项及场地条件安置水准仪或激光跟踪仪等仪器，并按需设置转站。

1.3 水平测量与顶升力的迭代

顶升在机库内分两阶段进行：第一阶段，按全机水平测量程序，将飞机用设计顶升点顶升并调平；第二阶段，在增加的顶升点逐步加载，顶升参考加载力和限制加载力已根据飞机装机状态、载荷和边界条件通过有限元模拟得到。顶升完成需根据水平测量结果进行判定，判定标准是：在不超过限制加载力的条件下，维持飞机水平，使外翼姿态接近型架外形。

飞机纵向和横向水平状态监测涉及水平测量点较少，可在顶升过程中多次实施。顶升加载至参考力值附近后，根据机翼水平测量结果小幅调整顶升加载，如此迭代数次使外翼安装角和上反角达到表1要求，且飞机处于水平姿态，表示顶升到位。由于机翼下架后自重影响难以彻底消除，根据对接肋卸载的工程需要，在左右机翼姿态对称的前提下，迭代结束时建议以保证内段机翼上反角和安装角接近型架外形为主。

2 分析与改进

顶升方案在某架次改装中获得首次实施。顶升到位后锁定顶升加载力进入改装。为尽量避免对飞机姿态和受力产生影响，严格控制上机人员的数量和位置。改装过程中进行了多次水平测量监测飞机姿态，测量要求仍按表1执行。测量结果显示水平测量项在公差范围内变化，顶升姿态稳定，飞机水平及对称性保持良好。对接肋连接螺栓拆装和其他改装工作顺利实施，表明顶升方案获得成功。

因该顶升方案属首次实施，考虑到顶升力分析与判读的经验有所欠缺，顶升过程中采用水平测量对外形进行监测更加直观，而通过有限元模拟获得的对接肋低应力时的顶升力仅作为参考值。实际上，不同顶升点加载力值差别很大，而顶升到位后实际加载力与参考加载力在分布趋势和量级上是一致的，表明有限元分析和水平测量两种决策手段可以初步相互印证，对接肋应力已基本卸载。

在对顶升状态监测中，水平测量的优点是可以精确直观地测量机翼姿态是否接近型架外形，如果采用激光跟踪仪配合多个固定靶球，或采用其他自动化光电设备还可大幅提高测量效率。但在改装过程中，水平测量的不足是不便于进行长时间实时监测，而通过实时测读顶升力进行监测显得更直接。实际监测中发现，水平测量项在公差范围内变化时，顶升力变化幅度最大不超过5%，大部分情况下更低，说明飞机姿态和顶升力存在较精确的对应关系。建议今后在类似的顶升改装或维修中，若顶升力便于实时精确测读，顶升到位后可使用测力读数进行监测，仅在读数发生较大偏差时进行水平测量。

3 结论

通过基于水平测量的多点顶升实现了某型民机翼身对接肋卸载。采用水平测量项表征机翼姿态，并将水平测量应用于顶升力和姿态的主动迭代中，以机翼接近型架外形作为顶升到位的主要判定依据。改装过程中监测测量显示飞机姿态平稳。

得益于工程和工艺人员的周密设计和灵活实施，顶升条件下的中央翼改装得以顺利完成，为国内民机设计和维修改装积累了宝贵经验。在此基础上可进一步开展水平测量和顶升力模拟分析相结合的顶升方案设计。

【参考文献】

[1]薄晓莉.民机机翼千斤顶顶升装置分析[J].民用飞机设计与研究，2011（4）：58-61.

[责任编辑：王楠]