常用飞机操纵钢索张力计测量不确定度评定_徐晓东.pdf

成都航空职业技术学院学报Journal of Chengdu Aeronautic Polytechnic2023 年 3 月第 1 期（总第 134 期）Vol.39 No.1（Serial No.134）2023目前，航空制造、维修领域普遍使用钢索张力计测量飞机、直升机操纵钢索张力，保证钢索张力保持在规定的要求范围内。国内外使用的钢索张力计测量原理基本相似，但同一钢索，使用不同型号的张力计测量时，存在张力值差异较大的情况，即存在测量准确性和可靠性的问题。过大和过小的钢索张力都可能会影响飞机、直升机操纵，导致飞行安全事故。为了保证钢索张力计在使用过程中的测量准确性和可靠性，选择国内外几种常用的钢索张力计，分别进行校准试验，以计算不同张力计的测量不确定度，并找到各型张力计测量不确定度的主要来源。再经过一定周期的机上环境实际使用后，对张力计进行重新校准和测量不确定度评定，比较前后两次校准数据差异，分析造成数据差异的原因，最终得到各常用型号张力计的选用原则，校准点适宜的测量次数以及可靠的校准周期，保证飞机和直升机操纵钢索张力测量稳定、可靠，张力值始终处在技术要求范围内。一、试验过程与结果（一）原理本次试验飞机操纵钢索张力的测量不确定度评定依据 JJF 1059.1-2012 测量不确定度评定与表示，选用国外生产的T5、-、ACX-250型和国产GT-1型钢索张力计进行测量和评定。其中，ACX-250型张力计是传感器型数字张力计，其余3种是弹性元件式指针张力计，最大测量范围均为（10150）kg。张力计外观见图1（a）和图1（b），其中图1（a）为T5型张力计，国内生产的GT-1型以及俄罗斯-型与美国T5型外观和测量原理完全相同；图1（b）为ACX-250型钢索张力计；图1（c）为指针式张力计结构原理图。（a）T5、-、GT-1型张力计常用飞机操纵钢索张力计测量不确定度评定徐晓东，庞莉，余鹏，刘玉群（成都国营锦江机器厂计量理化中心，成都 610043）摘要：飞机操纵钢索张力测量中，采用不同类型钢索张力计测量会造成不确定度和稳定性差异，故其应用和校准也应当遵循一定的原则。通过对国内外不同型号的钢索张力计进行校准试验，计算相应测量不确定度和稳定性，综合分析得出钢索张力计的选型原则、适宜的校准周期和测量次数，保证不同型号的钢索张力计被正确使用和校准，使得飞机操纵钢索的张力始终处于安全状态。关键词：操纵钢索张力计校准测量不确定度中图分类号:V241.07文献标识码：V文章编号：1671-4024（2023）01-0046-04Uncertainty Evaluation of Handling Cable Tensiometer Measurement of Commonly-used AircraftXU Xiaodong,PANG li,YU Peng,LIU Yuqun（State-owned Jinjiang Machine Factory of Chengdu,Chengdu 610043,China）AbstractIn the measurement of aircraft handling cable tension,the uncertainty and stability of different types of cable tensiome-ters vary greatly,so their application and calibration should also follow certain principles.In this paper,through the calibration test ofdifferent types of cable tensiometers from both at home and abroad,the corresponding measurement uncertainty and stability are cal-culated,and the selection principle of cable tensiometers,appropriate calibration cycle and measurement times are obtained throughcomprehensive analysis,to ensure that different types of cable tensiometers are correctly used and calibrated,and the tension of theaircraft handling cable is always in a safe state.Key Wordshandling cable,tensiometer,calibration,measurement uncertainty收稿日期：2022-10-11作者简介：徐晓东（1989），男，四川沐川县人，工学学士，工程师，研究方向为航空力学计量、失效分析。46 常用飞机操纵钢索张力计测量不确定度评定（b）ACX-250型张力计（c）指针式张力计结构原理图1 张力计外观钢索张力的测定过程为静力测量，实际在飞机维修或检修过程中也为静张力测量，故不必考虑钢索动态幅值等参数。校准试验中选用的钢索符合YB/T 5196或GB/T 9944规定，规格为619+IWS，结构见图2。图2 钢索结构图在本次试验中，使用的校准设备是张力计校准装置，该装置为静载砝码加载型标准装置，见图 3。该装置精度高，加载稳定，主要用于实验室校准1。该装置的不确定来源主要是M1等级砝码的允差以及测量重复性引入的不确定度2，其不确定度 Urel=0.1%（k=2）。一般张力计最高准确度等级仅为2级，最大允差2%FS，故该装置能很好满足各型钢索张力计的校准要求。图3 张力计校准装置示意图T5、-等型张力计均为夹持式张力计，其测量钢索张力的原理是三点弯曲法3，见图4。压紧力P强制钢索发生局部变形，同时迫使张力计弹簧片发生弹性变形，变形带动模拟指示机构指针偏转，然后从张力计刻度盘上（或数显表）读出刻度值，再通过张力值定度表找到对应尺寸的钢索，读取相应钢索的张力值。如果实际温度超过一定范围（一般是30），还应对张力值进行修正，修正值可通过查阅钢索张力温度修正表获得，温度越高，对张力值的影响越大。图4 三点弯曲法示意图T=P(D)（1）（二）校准数据分别用T5、GT-1、NH-2、ACX-250型钢索张力计测量直径为4.0mm、4.2mm、3.6mm的钢索张力（钢索的规格为619+IWS），测量的周期间隔为6个月，所得结果情况见表1表4。表中读数变化量为两次测量结果变化的绝对值（稳定性），不确定度的评定数据见下文。表1 T5型张力计校准结果（钢索直径4.0mm，2C号顶块）张力（kgf）50607080901001101202022.01月测量38.043.049.053.057.562.066.070.02022.07月测量38.043.048.053.058.061.365.069.0读数变化量0.00.01.00.00.50.71.01.0不确定度U（k=2）1.4kg1.4kg1.4kg1.4kg1.4kg1.4kg1.4kg1.4kg 47 表2 GT-1型张力计校准结果（钢索直径4.0mm，3号顶块）张力（kgf）50607080901001101201301402022.01月测量30.036.042.045.049.054.056.058.060.064.02022.07月测量26.030.034.039.042.046.049.052.056.058.0读数变化量4.06.08.04.07.08.07.06.04.08.0不确定度U（k=2）2.9kg2.9kg2.9kg2.9kg2.9kg2.9kg2.9kg2.9kg2.9kg2.9kg表3-型张力计校准结果（钢索直径4.0mm，3号顶块）张力（kgf）1020304050607080901001102022.01月测量11.320.027.035.040.045.050.056.061.064.068.02022.07月测量12.022.030.038.043.050.054.060.064.068.072.0读数变化量0.72.03.03.03.05.04.06.03.04.04.0不确定度U（k=2）2.4kg2.4kg2.4kg2.4kg2.4kg2.4kg2.4kg2.4kg2.4kg2.4kg2.4kg表4 ACX-250型张力计校准结果（钢索直径3.6mm，固定顶块）张力（kgf）1020304050607080901002022.01月测量11.219.830.640.750.860.670.280.790.6101.32022.07月测量10.720.230.539.548.658.568.378.388.398.6读数变化量0.40.40.11.22.22.11.92.42.32.7不确定度U（k=2）1.6kg1.6kg1.6kg1.6kg1.6kg1.6kg1.6kg1.6kg1.6kg1.6kg（三）测量不确定度的评定张力计测量不确定度的数学模型为：=Xi-Fi（2）测量示值误差；Xi张力计的示值（标定值），kg；Fi标准装置给定的标准值，kg；1.测量不确定度的来源分析根据测量数学模型，不确定度的来源主要有张力计校准装置引入的不确定度，张力计分辨力引入的不确定度，环境温度对张力影响引入的不确定度，测量重复性引入的不确定度以及钢索夹持水平偏差（同轴度）引入的不确定度。2.T5型张力计测量不确定度计算（1）钢索张力计校准装置引入的标准不确定度ub钢索张力计校准装置引入的不确定度来源于M1等级砝码、滑轮摩擦以及钢索不均匀性。滑轮试验用轮的大小符合YB/T 5196要求，滑轮表面光滑，故滑轮摩擦引入的不确定度可不考虑；钢索不均匀性测量3引入的不确定度可以通过重复性测量来衡量。本次实验中使用的钢索张力计校准装置的相对扩展不确定度Urel=0.1%（k=2），则：ub=0.1%2=0.05%（3）则在 10kg 测量点，ub=0.05%10kg=0.005kg，在120kg测量点，ub=0.05%120kg=0.06kg。（2）钢索张力计指示装置的有效分辨力为 0.5（单位为1），区间半宽a=0.52kg，服从矩形（均匀）分布，根据常用非正态分布的置信因子k及B类标准不确定度关系，置信因子k=3，引入的不确定度ud：ud=a3=0.523=0.15，实际测量中以 10kg 为测量间隔，张力计示值变化平均值为4，则ud引起的张力值变化量：udt=0.15410kg=0.38kg（4）（3）测量过程中环境温度影响引入的不确定度ut由于校准环境温度接近室温，校准过程中，温度变化不超过 2，故可以不考虑温度变化带来的影响。（4）测量重复性引入的不确定度uw校准过程中，钢索上不同的测量位置，钢索均匀性存在一定差异，以及测量的不确定性等都可通过重复性测量进行衡量，数据见表5，在按A类评定，计算实验标准偏差s（x）：表5 T5型张力计100kg测量点重复性试验数据测量次数张力计读数1612603605616617608619611061代入s（x）=i=110(X1-X)2n-1=0.5（5）实际校准时，取5次的平均值，根据贝塞尔公式：uw=s(x)n=0.55=0.23，同（4）式的计算uwt=0.23410kg=0.58kg（6）（5）钢索水平偏差引入的不确定度us测量时，钢索水平偏差导致钢索顶块受附加作用力引入的不确定度很小，且在重复性测量中能够常用飞机操纵钢索张力计测量不确定度评定 48 予以部分纠正，根据经验计算，该值相对误差不大于0.05%，与其他不确定度相比，相差一个数量级，可以忽略不计。（6）标准不确定度的合成uc10kg测量点：uc=u2b+u2t+u2dt+u2