弹翼廓形的非接触自动测量机研制

　　0 引言

　　弹翼是飞行器的重要组成部分,其廓形直接影响飞行器的静稳定度和非线形气动特性,进而影响其飞行动态品质。尤其是在超音速旋成体中,弹翼廓形是飞行器底部流动状态和底部阻力的重要影响因素之一。因此实际的弹翼廓形是否满足设计的精度要求直接决定了飞行器的有效载荷、燃料消耗率、弹道特性、射程及命中精度。此外,弹翼翼面的镜面反射和边缘绕射构成飞行器电磁散射的重要组成部分,是常规飞航导弹头部前视后向雷达截面的主要来源之一,一般通过设计弹翼形状改变回波方向来降低后向散射强度。弹翼的廓形精度是否满足设计精度要求还控制了飞行器的雷达截面是否满足要求。因此弹翼的截面廓形是飞行器制造中重点控制的对象之一。

　　为了解和控制弹翼的截面廓形,首先应解决廓形的测量问题。目前在飞行器弹翼的质量控制中,主要采用专用样板和三坐标测量机进行测量检测。采用专用样板测量主要依靠测量人员的经验,可测截面少,测量精度低、重复性差;用三坐标测量机虽能保证测量精度,但数据采集速度低,测量成本高[1],且标准软件不适合翼形误差的计算。两种测量方法共有的缺点是费时长、效率低,并且难以保证测量基准和设计基准一致,这主要是由于通常用作设计基准的弹翼双曲面的轴平面并不是一个真实存在的平面,弹翼在结构上没有可供测量时找正用的与设计基准面一致的定位和装卡面。由此导致测量结果不能反映真实的形廓误差,并引发了弹翼廓形检测合格判别中的一系列争议与问题。因此,如何快速有效的测量出实际弹翼的真实廓形,充分利用快速发展的图形处理算法找出其设计基准,并依据此原始设计基准判别控制弹翼廓形质量成为解决以上争议的一条有效途径。

　　1 弹翼廓形的自动检测原理

　　测量系统简图如图1所示。在弹翼生产厂家进行的弹翼检测技术要求中,要求对每个弹翼进行了三个弹翼截面及数条展线的检测,下面分别就单条展线及单个截面说明及检测原理:

　　1.1 展线测量原理

　　如图2所示,要测量某条展线的直线度,首先建立工件坐标系,然后给出展线起点(X1,Y1,Z1)与展线终点(X2,Y2,Z2)连线的直线度,我们知道两点在其廓形都是等百分点,所以直线上每点在廓形上的斜率相同,计算得其斜角为B。使激光测距传感器的移动轨迹平行于设计展线,并保持恒定的距离,这样传感器测得的距离数据经反求便可以得到展线的实际形状,并可直接计算出展线的直线度。

　　1.2 廓形测量原理

　　廓形测量原理如图3所示。Y轴电机移动至待测廓形Y轴位置,该测量过程需要X轴,Z轴,C轴(旋转轴)三轴联动,在测量廓形上点(X1, Z1)时,通过下列坐标转换可以得到X轴,Z轴的坐标值,实际传感器逆时针转动角度为B,测得数据后可通过反求公式得到实测曲线的坐标值,计算机中以三次样条曲线对测量点的实际点坐标值进行拟合,在将该曲线与设计曲线进行比对,输出比对结果。