浅谈大型飞机的水平测量

李欣+申蒸洋

摘 要：飞机的水平测量是飞机总装完成后、维修交付前后必不可少的检查项目之一。文章介绍了飞机水平测量要求及常见的飞机水平测量方法。在常规测量方法中介绍了三种常用的测量设备，同时介绍了一种非常规的测量方法和测量设备，综合考虑不同测量方法的测量精度、便捷性、测量效率等方面的因素，给出大型飞机水平测量的推荐测量方法。

关键词：大型飞机；水平测量；测量方法

1 概述

飞机的水平测量是飞机在总装完成后、飞机使用维护和返修前后的必要检验工序。测量时需要将飞机调整到水平姿态。通过对飞机各大部件相对位置的测量来检查各部件装配质量是否满足技术要求及其在使用过程中变形情况。

2 水平测量要求

在水平测量时，飞机状态有以下要求：

（1）装机状态完整，机上设备齐全，燃油箱内无燃油，机上无人员及其他装载。

（2）飞机表面所有舱门、口盖应关闭，所有操纵面处于中立位置。

（3）水平测量过程中不得进行与测量无关的工作。

水平测量时，应注意满足相关测量环境的要求，主要包括以下几项：

（1）飞机水平测量应尽量在室内进行，以避免外界环境干扰。

（2）不具备室内测量条件，只能在室外测量时，需要满足以下要求：a.测量场地要坚硬平整；b.避免大风的影响，风力小于3级，机头迎着风向；c.测量时机体应避免阳光直接照射。

（3）水平测量应连续进行，中间间断时间如果超过2小时，必须重新对飞机姿态进行检查和调平。

3 水平测量方法

目前大型飞机的水平测量主要包括两种不同的测量方法：一种是常规水平测量方法，先将飞机调平，然后测量水平测量点的三维坐标或者点与点之间的分项坐标差；另一种是非常规水平测量方法，无需调平飞机，直接采集全机表面数据点云并生成数模，比对理论数模，得出飞机各部件安装相对位置变化情况。常规水平测量主要采用常规光学仪器、全站仪或激光跟踪仪等设备进行；非常规水平测量主要采用摄影测量系统。

3.1 常规光学仪器测量

早期飞机水平测量基本采用的是常规光学仪器；主要利用水准仪和经纬仪，配合钢板尺、钢卷尺和铅垂等工具完成测量。常规光学仪器测量的主要优点是：设备配置简单，价格便宜，操作简单，适应性强。主要缺点是：在测量点处需要通过人工悬挂钢卷尺来读数，测量准确度相对偏低；测量范围有限。对于大型飞机来说，往往需要配置多台设备或者通过转站才能完成全机测量。本方法国内在90年代以前使用较为广泛。

3.2 全站仪测量

全站仪是一种兼有电子测角和测距功能的测量仪器，其采用的是空间极坐标测量原理。全站仪坐标测量系统通常只需单台仪器即可测量。其优点是：非常方便灵活；测程较远，特别适合测量范围大的情况。其缺点是：自身存在测距固定误差，并且无法直接测量目标点，必须使用测量标靶（如棱镜或反射片）。在曲面曲率较大的部位难以准确粘贴靶标时，也会导致测量误差增大。

3.3 激光跟踪仪测量

激光跟踪仪是目前用于大型飞机水平测量的一种最常用的设备。它通过地面设立的基础靶标定位点，自动建立空间坐标系。单台设备即可完成整机测量。其具有测量精度高，测量定位速度快、自动处理并导出三维数据坐标等优点。但其需要人工通过球棱镜逐点进行接触式测量，同时要求外界环境相对稳定。

3.4 摄影测量

摄影测量系统采用高分辨率摄影测量专用相机。通过在不同的位置和方向获取被测工件两幅或多幅数字图像，经图像预处理、标志识别、图像匹配、空间三角交会及光束平差后得到待测点的三维坐标。通过获取的三维坐标完成对测量物体的几何尺寸检测、变形测量等。

该系统具有精度高、非接触、速度快、自动化程度高、便携性好等优点。对于较大尺寸测量对象，摄影测量采用自动拼接与整体平差解算技术，降低拼接带来的误差累积；在15m左右的范围，单点测量精度为0.1mm（相机不转站的情况）。如果相机多次转站，则需要使用激光雷达提供坐标转换基准，相应会增加测量工作量和测量误差。

综合考虑测量精度、便捷性、测量效率等方面的因素，将上述水平测量方式进行对比，如表1所示。

4 结束语

综上所述，可以初步得出以下结论：

（1）基于常规光学仪器的水平测量系统测量精度较好，数据处理快速，具有良好的便携性。外场进行水平测量工作时可以考虑采用。基于激光跟踪仪的水平测量系统测量精度高，同时测量效率也较高，而且测量时转站次数较少，具有广阔的应用前景。

（2）与常规水平测量方法相比，摄影测量的测量精度尚可，但其需要进行大量的测量准备和测量工作，并且需要额外进行数据处理。如需较快得出测量结论则不建议采用。

因此，对于大型飞机水平测量的实施，本文建议采用激光跟踪仪系统进行水平测量。

参考文献

[1]飞機水平测量公差HB/Z 103-86[S].中华人民共和国航空工业部部标准，1986-10-1.

[2]《航空制造工程手册》总编委会.航空制造工程手册-飞机装配[M].北京：航空工业出版社，1993.

[3]戴永江.激光雷达原理[M].北京：国防工业出版社，2002：5-11.