活动翼面与定翼面的阶差测量方法分析

刘艳凯，张 雨

（1.上海飞机制造有限公司 制造工程部，上海 200436；2.哈尔滨商业大学，黑龙江 哈尔滨 150028）

0 概述

一架飞机的气动外形对整个飞机的性能和品质有重大影响，对飞行安全、效率与经济性等都具有很大的影响。据不完全统计，全机每增加1%的阻力就使飞机的有效载荷降低7.6%；有资料显示，对于一架DC-10大小的飞机，升阻比每提高1%，每年可节约10万美元的燃料费[1]。

在飞机总装过程中，活动翼面与定翼面对接后，需要检查其相对位置的正确性，判断其是否符合产品图样和技术条件的要求。活动翼面与定翼面间相对位置的准确度检查称为活动面相对定翼面的吻合性检查，其中一个重要的参数是活动面相对于定翼面的阶差，这个阶差是评价活动翼面安装正确性和整个翼面的气动性能的重要指标[2]。阶差不满足要求会提升飞机的阻力，降低飞机的性能，增加燃油消耗。工程部门需要准确的阶差用以评估飞机的飞行性能，制造单位据此来改进制造工艺，因此在飞机装配现场准确的测量活动翼面相对于定翼面的阶差具有重要的意义。

1 定义

阶差[3]，即在一表面上，从平坦的或连续曲面的外形产生的突然中断，形成错位的几何量。当一操纵面是在相邻结构表面（基准）所形成的延伸外形线以外时，阶差应视为“+”。当一操纵面是在相邻结构表面（基准）所形成的延伸外形线以内时，阶差应视为“-”。如图1所示。

图1 阶差的正负

2 中立位置的确定

根据阶差的定义，为了正确的测量出阶差，在测量活动翼面相对于定翼面的阶差之前，必须将每个部件尽可能放置到正常流线的最佳位置（中立位置）。中立位置确定的好与不好直接影响到阶差的测量结果。

因此在测量阶差之前，应正确的确定活动翼面的中立位置。活动翼面中立位置的确定方法常见的有下述几种。在实际使用时应选择最合适的确定中立位置的方法。

2.1 用水平测量方法确定操纵面中立位置[3]

用水平测量的方法将定翼面的理论弦平面调节到水平状态，然后将操纵面上的理论弦平面调节到水平状态，此时操纵面相对于定翼面处于中立位置，如图2所示。

a.确定定翼面的位置

将定翼面置于可调节高度的托架上，用水准仪测量定翼面上各水平测量点之间的高度差，使其安装角和上下反角符合水平测量图的要求。如果定翼面已完成全机对接，此处需测量定翼面上各水平测量点与设定的水平线的高度差。

b.调节活动翼面，使其处于中立位置

用水准仪测量位于活动翼面尾缘上的测量点c的高度，调整活动翼面的位置，使点C与定翼面上的水平测量点的高度差符合设计要求，此时活动翼面处于中立位置。

图2 水平测量法确定活动翼面的中立位置

此方法适用于较大部件的活动翼面中立位置的确定。由于此方法需使用活动面的后缘点，故此方法调整的结果受活动翼面后缘处外形影响较大，此方法适用于刚度较好的舵面结构。

2.2 用架外等距检验样板确定活动翼面的中立位置

图3中点b和点d是活动翼面前缘上下翼面上阶差位置测量点，调整b点和d点距离等距卡板的距离，使得活动翼面处于中立位置。

此方法能保证活动翼面在流线最佳的位置，即上下翼面的阶差基本相同，此方法适用于上下翼面阶差要求一样的部件，比如升降舵，方向舵等。

图3 等距卡板法确定活动翼面的中立位置

2.3 用角度测量卡板确定活动翼面的中立位置

将活动翼面后缘调整到零刻度时，操纵面处于中立位置，如图4所示。

由于此方法需使用活动面的后缘点，故此方法与方法a类似，调整的结果受活动翼面后缘处外形影响较大，此方法适用于刚度较好的小型活动面的中立位置的确定。

图4 角度测量法确定活动翼面的中立位置

2.4 在夹具上确定活动翼面的中立位置

在对合台上安装定位件，调整活动翼面，使其翼型与定位件的翼型吻合，如图5所示。

此方法适用于制造，检验过程中有对合台、平衡台、专用综合检验夹具的部件，不宜在总装现场使用。

图5 在夹具上确定活动翼面的中立位置

3 阶差测量方法[4]

活动翼面的中立位置确定后，然后选择合适的方法进行测量。阶差的测量方法有很多种，可以根据是否直接获得测量结果分为直接测量法和间接测量法，还可用根据使用的工具方法进行分类，比如卡板法，样条或直尺法，拉线法等，其中样条法、拉线法是直接测量法，卡板法是间接测量法。

3.1 卡板法

用卡板法测量阶差，可以使用全间距卡板，也可以使用局部样板。测量示意图如图6所示。

图6 用卡板法测量阶差（局部卡板）

测量时，卡板使用定翼面后梁和活动翼面的前梁做为基准定位，首先用塞尺测得a，b，c，d四个位置距离卡板的实际间隙Ha，Hb，Hc，Hd。然后分别计算Ha和Hb，Hc和Hd之差，分别为活动翼面相对于定翼面的上下翼面的外形阶差。

使用卡板法在装配现场测量阶差有下述优点和缺点。

a.测量值比较准确。此方法得到的阶差值为测量点处的实际高度差，得到的阶差值比较准确。

b.测量的基准比较可靠稳定。卡板的基准均选取在活动翼面和定翼面的梁上，位置稳定可靠。

c.不能实现全截面的检验。首先阶差的要求是整个活动翼面的前缘展向长度，活动翼面和定翼面在对接处翼型在每个截面是不同的，一套卡板只能测得一个截面，使用此法检验的话，现场需要准备多套卡板，由于不可能每个截面均设置一套卡板，故需工程部门明确需要测量的截面，不能实现全截面的检验。

d.测量时操作不便。由于卡板在检验时定位，多为手工定位，且一个卡板需要2个操作人员定位，操作不便。

3.2 直尺或样条尺法

此方法是将样条尺沿部件外形曲面放置，用塞尺测量a点或b点的间隙，此间隙值即是外形阶差，如图7所示。

当定翼面高于活动翼面时，样条尺放置在定翼面上，测量b点的间隙。当活动翼面高于定翼面时，样条尺放置在定翼面上，测量a点的间隙。

当翼面的外形比较平直时，可以用直尺代替样条尺检查外形阶差。

图7 直尺或样条尺检查外形阶差

使用直尺或样条法在装配现场测量阶差有下述优点和缺点。

a.此方法操作简单，直尺等测量工具容易获得，不需要专门定制工具，容易实现全尺寸的检验。

b.测量的结果受部件的外形影响较大。以图6所示的，定翼面高于活动翼面为例来分析。如果定翼面的外形有一个向外扩张或向内收缩的趋势，如图8所示，会将阶差放大或缩小。

图8 阶差受外形影响较大

3.3 线绳法

用线绳法测量阶差，将线绳的两端分别与定翼面和活动翼面的表面贴合，测量定翼面后缘或活动翼面前缘检测点与线绳的间隙值，即为阶差值，如图9所示。

使用直尺或样条法在装配现场测量阶差有下述优点和缺点。

a.测量结果较为准确。由于使用的是直接测量法，且该方法没有直尺法测量是定翼面后缘外形对其的影响。

b.测量易受人员操作影响。线绳的两端与测量点的距离在测量时不能准确选取，且该距离选取的不同会对测量结果造成影响。

c.操作简单。仅需要线绳和塞尺可以完成测量。

图9 线绳法测量阶差

表1 测量方法比较

三种测量方法的优缺点比较如表1所示。

其中：1，2，3表示优劣程度，其中1最优，3最劣。

根据表1的分析可以看出，三种测量方法各有优劣。卡板法的测量准确性最好，人为因素影响最小。线绳法操作最简单，测量准确性也比较好。直尺法操作比较便捷，人为因素影响较小。且后两种方法均能实现全范围的测量。

在实际选用测量方法时，要根据实际情况而定，也可以几种方法结合起来使用。比如飞机研制阶段，生产速率比较低，产品的生产质量不稳定，需要测量结果准确，此时可以使用卡板法为主，辅以线绳法。在飞机批产阶段，生产速率高，产品质量稳定，一般可以使用线绳法或样条法。

4 总结

活动翼面和定翼面之间的阶差测量，首先要选用合适的方法确定活动翼面的中立位置，然后选择合适的测量方法，进行测量。中立位置确定和阶差测量方法均有很多种，我们要根据部件的大小，刚性，产品的状态来选择中立位置确定方法，然后根据实际生产情况要选择合适的测量方法，以保证测量方法既能满足生产需要，又能得到准确的结果。