一种基于大地水平的飞机调平方法与流程

1.本发明涉及飞机测量技术领域，特别是涉及一种基于大地水平的飞机调平方法。


背景技术：

2.飞机称重工作是飞机生产制造过程中的一道重要工序，是对飞机理论重量重心的验证，是各型飞机首飞前对飞机飞行性能测试的重要试验，飞机重量及重心位置的确定对飞机的飞行安全有着重要的意义。而准确进行飞机称重试验的前提是根据试验精确需求进行飞机调平，包括飞机横向调平及纵向调平。
3.目前，传统的飞机调平是借助水平仪、经纬仪、钢卷尺等工具测量调平基准点的偏差，通过人工手动调整位于左右机翼和机头三个固定“顶起点”的千斤顶，将飞机横向和纵向的调平基准点调至水平状态。一般的飞机调平顺序为先进行横向调平，再进行纵向调平，最后再次检查飞机调平情况，如存在偏差则继续调整。采用传统的飞机调平方法，不仅工人劳动强度大，耗时长，而且在调平过程中需要反复进行横向和纵向的调平，严重影响调平工作的效率，同时还会存在精度较低的情况。
4.为了解决该问题成都飞机工业有限责任公司提出专利号为201610094547.1一种飞机姿态调节装置，包括1控制模块，2左激光仪，3左靶镜，4右激光仪，5右靶镜，6机翼测量平台，7前激光仪，8前靶镜，9后激光仪，10后靶镜，11机身测量平台，12.计算机，13.软件，14前称，15左称，16右称组成。该装置成本高，体积较大，不便于安装运输，为解决这个问题，提出一种基于激光跟踪仪的以大地水平为基准的飞机调平方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于大地水平的飞机调平方法，以解决上述现有技术存在的技术问题，使飞机调平精准度高，提高测量效率。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种基于大地水平的飞机调平方法，该方法包括：
7.s1.将飞机的飞机轮分别置于千斤顶上；
8.s2.在飞机机头的前面和飞机左机翼的左侧分别放置一个带水平仪的三脚架，三脚架上放置激光跟踪仪测头，调整所述飞机机头的三脚架和激光跟踪仪测头,飞机机头前面和飞机左机翼左侧放置的所述激光跟踪仪分别为前激光跟踪仪和左激光跟踪仪；
9.s3.通过已调平的前激光跟踪仪测量标准四面体，获得四个顶点的空间位置坐标，建立空间坐标系o
‑
x0y0z0，记此为第一站位；
10.s4.利用前激光跟踪仪测量机翼左右两个调平基准点，与标准四面体四个顶点的空间位置坐标，记此时坐标系为o
‑
x
q
y
q
z
q
；当此时坐标系与第一站位相同时，则不需进行坐标系转换；否则需通过标准四面体进行坐标系转换；测量调平基准点，以第一站位为基准，获取调平基准点z轴差值w1，与理论调平基准点z轴差值w2进行比较，计算所需调节高度w
12
，其中，w
12
＝w2‑
w1,重复调节千斤顶高度，直到w2‑
m≤w
12
≤w2 m其中，m为飞机横向调平允许公
差，完成飞机的横滚角调整；
11.s5.利用左激光跟踪仪测量飞机前机身腹部调平基准点、飞机后机身腹部调平基准点与此标准四面体四个顶点的空间位置坐标，记此时坐标系为o
‑
x
z
y
z
z
z
；通过标准四面体进行坐标系转换，以第一站位为基准,计算调平基准点z轴差值v1，与理论调平基准点z轴差值v2进行比较，计算所需调节高度v
12
，其中，v
12
＝v2‑
v1,重复调节前千斤顶高度，直到v2‑
n≤v
12
≤v2 n，其中，n为飞机纵向调平允许公差，完成飞机的俯仰角调整。
12.优选地，所述s2中调整所述三脚架过程为，调整三脚架，直到三脚架水平仪中气泡位于中间位置，获得已经调平的三脚架。
13.优选地，所述s2中调整所述激光跟踪仪测头过程为，观测跟踪仪特征数值中的x值，当跟踪仪测头正对于
①
时，特征数值记为x1将测头旋转180
°
，此时特征数值记为x2计算：
[0014][0015]
记x
12
为标准值，调节三脚架三边的高度，使测头在四个方向的特征数值均在范围内，固定三脚架，对激光跟踪仪进行虚拟水平计算，使仪器在四个回转角测量以建立参考水平面，进行后续测量。
[0016]
优选地，所述s3中，所述标准四面体放置在前激光跟踪仪和左激光跟踪仪之间，利用已调平的激光跟踪仪测量出所述标准四面体顶点坐标。
[0017]
优选地，所述s4中，所述飞机的横滚角调整过程中的坐标转化：通过旋转矩阵r、平移矩阵t所述r、t为所述前激光跟踪仪测量坐标系o
‑
x
q
y
q
z
q
与调平激光跟踪仪坐标系o
‑
x0y0z0之间进行转化，转站到第一站位下，第一站位为基准。
[0018]
优选地，坐标转化后计算机翼上两个调平基准点的z轴差值w1，与理论调平基准点的z轴差值w2进行对比，计算所需调节高度w
12
，调节左千斤顶，再次测量机翼上左右两个调平基准点并进行对比计算，重复调节左千斤顶，直到w2‑
m≤w
12
≤w2 m其中，m为飞机横向调平允许公差，完成调整。
[0019]
优选地，所述s5中，所述飞机的俯仰角调整过程中的坐标转化：通过旋转矩阵r、平移矩阵t所述r、t为左激光跟踪仪测量坐标系o
‑
x
z
y
z
z
z
与调平激光跟踪仪坐标系o
‑
x0y0z0之间的转换关系，转站到第一站位下，第一站位为基准。
[0020]
优选地，坐标转化后计算调平基准点与调平基准点的z轴差值v1，与理论调平基准点的z轴差值v2进行比较，计算所需调节高度v
12
，调节前千斤顶，再次测量飞机前机身腹部调平基准点及飞机后机身腹部调平基准点并进行对比计算，重复调节前千斤顶，直至v2‑
n≤v
12
≤v2 n，其中，n为飞机纵向调平允许公差，完成调整。
[0021]
本发明公开了以下技术效果：
[0022]
本发明基于激光跟踪测量系统，提出一种基于大地水平的飞机调平方法。该方法能够辅助飞行器进行快速、精准的水平调平，提高了飞机调平的效率，增加了精准度，该方法具有结构简单,可移动性好等特点，为飞行器后续的称重及质心计算提供技术支撑，具有极好的发展前景。
附图说明
[0023]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能根据这些附图获得其他的附图。
[0024]
图1为本发明实施例的激光跟踪仪正对三脚架时示意图，其中：1.飞机右机翼调平基准点，2.飞机左机翼调平基准点，3.飞机前机身腹部调平基准点，4.飞机后机身腹部调平基准点,5.前激光跟踪仪，6.前三脚架，7.左激光跟踪仪，8.左三脚架，9.标准四面体，10.前千斤顶，11.左千斤顶，12.右千斤顶，13.激光跟踪仪工作站；
[0025]
图2为本发明实施例的整体方案示意图；
[0026]
图3为本发明实施例的激光跟踪仪测头旋转90度后三角架时示意图，
①②③
分别为三个角。
具体实施方式
[0027]
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0028]
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0029]
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
[0030]
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
[0031]
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0032]
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
[0033]
实施例1
[0034]
一、本发明涉及一种基于大地水平的飞机调平方法，包括：飞机右机翼调平基准点1；飞机左机翼调平基准点2；飞机前机身腹部调平基准点3；飞机后机身腹部调平基准点4；前激光跟踪仪5；前三脚架6；左激光跟踪仪7；左三脚架8；标准四面体9；前千斤顶10；左千斤顶11；右千斤顶12；跟踪仪工作站13。其中，千斤顶10、11、12分别位于飞机前机轮、左机轮、右机轮三个位置，用来调节飞机的俯仰角和横滚角，使飞机达到水平状态。前三脚架6和左三脚架8分别用来调节前激光跟踪仪5和左激光跟踪仪7，使之与大地保持水平。标准四面体
9用于坐标系对齐，使转站后的激光跟踪仪坐标系对齐到标准四面体9坐标系下，便于计算基准点的高度差,如图1所示。
[0035]
一种基于大地水平的飞机调平方法，该方法包括：s1.将飞机的飞机轮分别置于千斤顶上；s2.在飞机机头的前面和飞机左机翼的左侧分别放置一个带水平仪的三脚架，三脚架上放置激光跟踪仪测头，调整所述飞机机头的三脚架和激光跟踪仪测头,飞机机头前面和飞机左机翼左侧放置的所述激光跟踪仪分别为前激光跟踪仪和左激光跟踪仪；s3.通过已调平的前激光跟踪仪测量标准四面体，获得四个顶点的空间位置坐标，建立空间坐标系o
‑
x0y0z0，记此为第一站位；s4.利用前激光跟踪仪测量机翼左右两个调平基准点，与标准四面体四个顶点的空间位置坐标，记此时坐标系为o
‑
x
q
y
q
z
q
；当此时坐标系与第一站位相同时，则不需进行坐标系转换；否则需通过标准四面体进行坐标系转换；测量调平基准点，以第一站位为基准，获取调平基准点z轴差值w1，与理论调平基准点z轴差值w2进行比较，计算所需调节高度w
12
，其中，w
12
＝w2‑
w1,调节千斤顶高度，直到w2‑
m≤w
12
≤w2 m其中，m为飞机横向调平允许公差，完成飞机的横滚角调整；s5.利用左激光跟踪仪测量飞机前机身腹部调平基准点、飞机后机身腹部调平基准点与此标准四面体四个顶点的空间位置坐标，记此时坐标系为o
‑
x
z
y
z
z
z
；通过标准四面体进行坐标系转换，以第一站位为基准,计算调平基准点z轴差值v1，与理论调平基准点z轴差值v2进行比较，计算所需调节高度v
12
，其中，v
12
＝v2‑
v1,调节前千斤顶高度，直到v2‑
n≤v
12
≤v2 n，其中，n为飞机纵向调平允许公差，完成飞机的俯仰角调整,如图2所示。
[0036]
进一步优化方案，所述s2中调整所述三脚架过程为，调整三脚架，直到三脚架水平仪中气泡位于中间位置，获得已经调平的三脚架。
[0037]
进一步优化方案，所述s2中调整所述激光跟踪仪测头过程为，观测跟踪仪特征数值中的x值，当跟踪仪测头正对于
①
时，特征数值记为x1将测头旋转180
°
，此时特征数值记为x2计算：
[0038][0039]
记x
12
为标准值，调节三脚架三边的高度，使测头在四个方向的特征数值均在范围内，固定三脚架，对激光跟踪仪进行虚拟水平计算，使仪器在四个回转角测量以建立参考水平面，进行后续测量。
[0040]
进一步优化方案，所述s3中，所述标准四面体放置在前激光跟踪仪和左激光跟踪仪之间，利用已调平的激光跟踪仪测量出所述标准四面体顶点坐标。
[0041]
进一步优化方案，所述s4中，所述飞机的横滚角调整过程中的坐标转化：通过旋转矩阵r、平移矩阵t所述r、t为所述前激光跟踪仪测量坐标系o
‑
x
q
y
q
z
q
与调平激光跟踪仪坐标系o
‑
x0y0z0之间进行转化，转站到第一站位下，第一站位为基准。
[0042]
进一步优化方案，坐标转化后计算机翼上两个调平基准点的z轴差值w1，与理论调平基准点的z轴差值w2进行对比，计算所需调节高度w
12
，调节左千斤顶，再次测量机翼上左右两个调平基准点并进行对比计算，重复调节左千斤顶，直到w2‑
m≤w
12
≤w2 m其中，m为飞机横向调平允许公差，完成调整。
[0043]
进一步优化方案，所述s5中，所述飞机的俯仰角调整过程中的坐标转化：通过旋转
矩阵r、平移矩阵t所述r、t为左激光跟踪仪测量坐标系o
‑
x
z
y
z
z
z
与调平激光跟踪仪坐标系o
‑
x0y0z0之间的转换关系，转站到第一站位下，第一站位为基准。
[0044]
进一步优化方案，坐标转化后计算调平基准点与调平基准点的z轴差值v1，与理论调平基准点的z轴差值v2进行比较，计算所需调节高度v
12
，调节前千斤顶，再次测量飞机前机身腹部调平基准点及飞机后机身腹部调平基准点并进行对比计算，重复调节前千斤顶，直至v2‑
n≤v
12
≤v2 n，其中，n为飞机纵向调平允许公差，完成调整。
[0045]
二、飞机调平具体实施步骤：
[0046]
①
将飞机置于前千斤顶10，左千斤顶11，右千斤顶12上；
[0047]
②
仪器校准：连接激光跟踪仪，对跟踪仪进行预热及校准。确定激光跟踪仪5及7自身精度δt即小于等于0.01。
[0048]
③
三脚架6自身调平：调节三脚架，使三脚架水平仪中的气泡位于中间位置，即三脚架调平结束。
[0049]
④
以大地水平为基准将前激光跟踪仪5进行水平调平：将跟踪仪放置于已经调平后的三脚架上，关闭司服，观测跟踪仪特征数值中的x值，以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
[0050]
当跟踪仪测头正对于
①
时，特征数值记为x1[0051]
将测头旋转180
°
，此时特征数值记为x2[0052]
计算
[0053]
记x
12
为标准值，调节三脚架三边的高度，使测头在四个方向的特征数值均在范围内，具体操作步骤为：
[0054]
将三脚架三边均放到最低，保持
①
,
③
脚不动，调节
②
脚高度，使特征数值满足x
t
，将测头旋转180
°
，保持
①
,
②
脚不动，调节
③
脚高度，使特征数值满足x
t
，再将测头旋转90
°
，调节
①
脚高度，使测头在此位置满足x
t
，此时旋转测头，看测头在四个方位的值是否均满足x
t
的值，若不满足则需重复调节
①
脚，完成后，固定三脚架，如图3所示。
[0055]
⑤
通过已调平的激光跟踪仪测量标准四面体9四个顶点的空间位置坐标，得到调平状态下的标准四面体坐标值，此时坐标系为o
‑
x0y0z0，记此站位为第一站位。
[0056]
⑥
横向调平：使用前激光跟踪仪5测量机翼上左右两个调平基准点1、3与标准四面体9四个顶点的空间位置坐标，记此时坐标系为o
‑
x
q
y
q
z
q
，若此时坐标系与第一站位坐标系o
‑
x0y0z0相同(即前激光跟踪仪没有移动)，则不需进行坐标系转换；若不同，则需通过标准四面体进行坐标系转换，具体方法为，通过旋转矩阵r、平移矩阵t所述该r、t为前激光跟踪仪5测量坐标系o
‑
x
q
y
q
z
q
与调平激光跟踪仪坐标系o
‑
x0y0z0之间的转换关系，转站到第一站位下，以第一站位为基准,计算机翼上两个调平基准点1、3的z轴差值w1，与理论调平基准点1、3的z轴差值w2进行比较，计算所需调节高度w
12
，其中，w
12
＝w2‑
w1,调节左千斤顶11，再次测量机翼上左右两个调平基准点1、3并进行对比计算，重复调节千斤顶11，直到w2‑
m≤w
12
≤w2 m，其中，m为飞机横向调平允许公差，完成飞机的横滚角调整。
[0057]
⑦
纵向调平：使用左激光跟踪仪7测量飞机前机身腹部调平基准点4、飞机后机身腹部调平基准点2与标准四面体9四个顶点的空间位置坐标，记此时坐标系为o
‑
x
z
y
z
z
z
，通过旋转矩阵r、平移矩阵t所述该r、t为左激光跟踪仪7测量坐标系o
‑
x
z
y
z
z
z
与调平激光跟踪仪坐标系o
‑
x0y0z0之间的转换关系，转站到第一站位下，以第一站位为基准,计算调平基准点2与调平基准点4的z轴差值v1，与理论调平基准点2、4的z轴差值v2进行比较，计算所需调节高度v
12
，其中，v
12
＝v2‑
v1,调节前千斤顶10，再次测量飞机前机身腹部调平基准点4及飞机后机身腹部调平基准点2并进行对比计算，重复调节前千斤顶10，直到v2‑
n≤v
12
≤v2 n，其中，n为飞机纵向调平允许公差，完成飞机的俯仰角调整。
[0058]
⑧
完成飞机调平。
[0059]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。