飞机试飞试验配重控制装置的制作方法

1.本发明涉及航空航天技术领域，更具体地涉及一种自动化的飞机试飞试验配重控制装置。


背景技术：

2.目前，民用飞机在进行性能试飞过程和主观评定测试科目中，为取得预期的试验数据，必须依据不同科目的试飞任务进行不同的飞机配重方案来满足试验要求。飞机配重的方案十分多样，现有技术中都是通过人工按照标定距离搬移标准重量沙袋、水的重量、配重片的重量、砝码的重量来改变飞机重量重心。通过手工核算的方式计算飞机重量重心进行配平，这种方法效率低、准确性差，且存在安全隐患。
3.例如，专利文献1(cn113581490a)公开了一种水配重系统试验平台和试验系统，其通过水罐数量确定飞机重量，再调节支撑支架配出重心，联动底部的称重结构计算得出重心和重量，通过以这种方式反复调节和确认最终得到飞机目标配重。
4.又例如，专利文献2(cn207759078u)公开了一种飞机试飞用储液装置，储液装置为圆柱罐，支座采用非标准鞍式支座，上方的弧面上焊接有一组扶手和法兰盘，用液体代替了传统的固体配重，比较容易调节和监控。
5.再例如，专利文献3(cn109305388a)公开了一种基于水配重的飞机纵向重心自动调配系统，八个水箱呈矩形分布，用管道连通之后，通过控制连通管道的阀门达到重心的调节。
6.此外，例如专利文献4(cn109278988a)公开了一种飞机重心调节装置，通过预先设置控制算法的计算机连接水泵，控制调节水泵、双向电磁阀的工作状态调节分配各自水箱内的配重水体积，调整飞机的整体重心。
7.但是，现有的配重方式已经很难满足飞机高速飞行及大过载机动时的稳固性要求，随着飞机试验任务单的大量增加需要对飞机配重进行频繁更改，造成人力浪费，严重影响试飞试验的试验进度和节点。例如，专利文献1中，由于整个配置过程机动性过强，需要通过反复的尝试调整水罐位置才能配出目标重量、重心，调节次数过多。专利文献2中，液体容易受飞机姿态影响而流动，无法维持一种形态，可能会在飞机飞行过程中影响飞机重心。专利文献3中，首先只能调节重心，其次由于只有八个水箱，大大限制了重心可调节的空间，很多重心位置不一定能调节到位且手动调节的方式比较耗时，而增加水箱个数则大大增加调节的复杂度。专利文献4虽增加了自动化的功能，更方便配置不同重心，但是只能调节重心无法调节重量，同时存在重心调节空间受限的问题，同时在飞机飞行过程中水箱内的配重水会受飞机姿态影响而流动，会重启自动配重功能从而影响试验。
8.因此，如何设计一种使配重液体(例如水)不受飞机姿态影响而流动、计算可靠性高、操纵方便且通用性高的飞机试飞试验配重控制装置，便成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

9.本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种飞机试飞试验配重控制装置，能使配重液体(水)不受飞机姿态影响而流动，计算可靠性高，操纵方便且通用性高。
10.为了实现上述发明目的，本发明提供一种飞机试飞试验配重控制装置，用于试飞机在不同配重状态下进行试飞试验时对所述试飞机的配重状态进行调节和控制，其特征在于，所述飞机试飞试验配重控制装置包括：安装支架，所述安装支架安装在所述试飞机的客舱内，用于对配重容器和称重装置进行固定；多个配重容器，所述配重容器以规定的框位排布安装并固定于所述安装支架，在所述配重容器内设置有能相对于所述配重容器进行上下运动的密封盖板，并且能在由所述密封盖板盖住的所述配重容器的内部蓄存有配重液体；以及多个称重装置，所述称重装置用于对蓄存有所述配重液体的多个所述配重容器中的所述配重液体的总重量和总重心进行称重，在所述飞机试飞试验配重控制装置正常工作时，基于所设定的试飞试验需要的所述试飞机的重量和重心的目标值，通过导入多个所述配重容器的所述框位排布，计算出以所述框位排布的多个所述配重容器中每一个所述配重容器内的所述配重液体的重量的目标量，在注入所述配重液体后，通过所述称重装置称重出蓄存有所述配重液体的多个配重容器内的所述配重液体的总重量和总重心的测定值，并且核验多个所述配重容器内的所述配重液体的总重量和总重心的所述测定值是否满足试飞试验所需要的所述试飞机的重量和重心的所述目标值,在核验通过之前对多个所述配重容器内的所述配重液体的重量进行微调，在核验通过之后，针对每个所述配重容器，通过调节所述密封盖板在对应的所述配重容器内的位置，来使由所述密封盖板封在对应的所述配重容器内的配重液体的形态被固定并维持。
11.优选地，所述安装支架具有上层的配重安装部和下层的称重固定部，所述配重安装部与所述称重固定部之间通过立柱连接，多个所述配重容器通过其上的安装固定部安装在所述安装支架上层的所述配重安装部上，多个所述称重装置通过传感器连接到所述安装支架下层的称重固定部。
12.进一步地，多个所述配重容器以矩阵式排列方式安装并固定在所述安装支架的所述配重安装部上。
13.又或者，具有分别设置于所述安装支架下层的所述配重安装部的角落上的多个所述传感器。
14.优选地，在所述配重容器内设置有定位螺杆，所述定位螺杆与所述配重容器固定成一个整体。
15.在此基础上，可以设计成所述定位螺杆穿过所述密封盖板被插入到所述配重容器的底部并且是固定不动的。
16.另外，所述定位螺母设置在所述密封盖板上方并与所述定位螺杆螺合。
17.另外，在所述密封盖板的上表面设置有位移传感器，用于对所述定位螺母相对于所述定位螺杆的位置进行检测。
18.此外，在所述密封盖板的下表面，设置有液位传感器，用于对所述配重容器内的水位进行检测。
19.另外，在所述密封盖板的上表面设置排气孔，用于排出所述配重容器内部的气体，并且能被封闭。
20.此外，在所述配重容器的下部侧面开设有进水口，在所述配重容器的底面开设有出水口。
21.本发明的核心思想是，通过预先的程序算法，计算出试飞试验的试飞机的目标重量和重心所需要矩阵式排列的所有配重容器的重量的目标值，然后转化为配重容器内的液位，采用泵抽放配重容器中的配重液体达到对应液位，并通过底部的称重装置验证当前的配重液体(例如水)的总重量和总重心是否能达到试飞试验所需要的试飞机的重量和重心的目标值，验证通过后拧动定位螺母使密封盖板固定配重容器中的配重液体，使配重液体维持一种形态不会受飞机姿态影响而发生改变。
22.本发明改进了现行的部分飞机的飞机配重装置，相比于目前试飞试验中人工手动配重的方式进行自动化算法控制，本发明的飞机试飞试验配重控制装置通过规定的框位排布(例如矩阵式排列)进行精细化配重，即，根据试飞试验要求，对配重空间进行合理框位划分，确保精确配置所有试飞试验所需的重量和重心要求，并通过称重装置进行目标值的确认验证。
23.此外，本发明的飞机试飞试验配重控制装置通过对所有的配重容器增加一个定位螺杆和定位螺母，根据计算确定配重容器内的液位之后，通过位移传感器和液位传感器确定配重容器内的密封盖板的位置，并控制定位螺母旋转运动，用以固定定位螺杆和定位螺母，由此使密封盖板能压紧配重容器中的水，从而保证在飞行过程中，配重容器的水维持一种形态不会发生改变。
24.另外，本发明的飞机试飞试验配重控制装置通过自动化算法，根据试飞机的重量和重心的目标值提前计算每个配重容器的重量和重心，不同于传统的只能配重心的装置，本发明既可以配重量也可以配重心，可一次达到配重效果，构成不同的飞机构型，自动化程度高，减少甚至是消除人为误差，大大缩短配重时间，节约人力物力。
25.另外，本发明的飞机试飞试验配重控制装置结构稳定，自动化程度高，同时该飞机试飞试验配重控制装置易于检测，发生误差的可能性更小。此外，该飞机试飞试验配重控制装置使用过程中，不需要更换零件，材料浪费少，维护的材料成本和时间成本都较小，同时该飞机试飞试验配重控制装置在一定程度上模拟飞机在飞行过程中的运动状态，以解决现有技术中存在的人工配重的技术。
附图说明
26.图1是本发明的飞机试飞试验配重控制装置在正常状态下的一个视角的结构示意图。
27.图2是本发明的飞机试飞试验配重控制装置在正常状态下的另一个视角的结构示意图。
28.图3是本发明的飞机试飞试验配重控制装置的配重容器的外部结构的示意图。
29.图4是图3所示的配重容器的内部结构的示意图。
30.图5是本发明的飞机试飞试验配重控制装置在正常状态下的工作流程(操作步骤)的流程图。(符号说明)
31.100飞机试飞试验配重控制装置；110安装支架；111配重安装部；112称重固定部；113立柱；120配重容器；121安装固定部；122定位螺杆；123密封盖板；124定位螺母；125位移传感器；126液位传感器；127排气孔；128进水口；129出水口；130称重装置；140传感器。
具体实施方式
32.以下，参见图1至图4，首先对本发明的飞机试飞试验配重控制装置100的结构进行详细说明。
33.图1是本发明的飞机试飞试验配重控制装置100在正常状态下的一个视角的结构示意图，图2是本发明的飞机试飞试验配重控制装置100在正常状态下的另一个视角的结构示意图。
34.如图1和图2所示，本发明的飞机试飞试验配重控制装置100用于投入正式运营前的飞机(下称“试飞机”)在不同配重状态下进行试飞试验时对该试飞机的配重状态进行调节和控制，其包括安装支架110、多个配重容器120(例如，多个水罐)以及多个称重装置130(例如，多个地磅)。
35.所述安装支架110安装在所述试飞机的客舱内，主要用于对作为配重容器120的例如水罐以及作为称重装置130的例如地磅进行固定。
36.如图1和图2所示，所述安装支架110例如可分为上层的配重安装部111和下层的称重固定部112两层，配重安装部111与称重固定部112之间通过多个立柱113连接，由此形成为柱状。在图1和图2所示的实例中，配重安装部111和称重固定部112的横截面均为四边形，但不局限于此，他们的横截面也可以是圆形、三角形或五边形等其他任意常见的形状。另外，从配重安装部111与称重固定部112之间的连接适配性和结构简易性考虑，优选是使配重安装部111和称重固定部112具有同一形状的横截面，例如图1和图2所示都为四边形，但本发明不局限于此，也可以是不同形状的截面，例如，配重安装部111的横截面是圆形，而称重固定部112的横截面是正方形之类的四边形。另外，配重安装部111和称重固定部112的横
截面既可以如图1和图2所示那样为不同尺寸，也可以为相同尺寸。
37.如图1和图2所示，多个所述配重容器120通过其上的安装固定部121安装在所述安装支架110上层的配重安装部111上。作为一个实例，例如24个水罐(配重容器120)以3行
×
8列的矩阵式排列方式安装并固定在安装支架110的配重安装部111上。
38.另外，如图2更清楚地示出，所述称重装置130通过例如传感器140连接到所述安装支架110下层的称重固定部112，用于对安装并固定于所述安装支架110上层的配重安装部111处的多个配重容器120进行称重，并由此计算出多个配重容器120内的配重液体的总重量、总重心等。作为一个实例，例如5个地磅(所述称重装置130)通过设置于所述安装支架110下层的横截面呈四边形的配重安装部111的4个角落上和中央部的5个所述传感器140，对以矩阵式排列方式安装并固定于所述安装支架110上层的配重安装部111处的24个水罐(配重容器120)进行称重，并由此计算出24个水罐(配重容器120)的总重量、重心等。
39.图3是本发明的飞机试飞试验配重控制装置100的配重容器120的外部结构的示意图，图4是图3所示的配重容器120的内部结构的示意图。
40.如图3和图4所示，在所述配重容器120(水罐)内设置有定位螺杆122。另外，在所述配重容器120(水罐)的内部设置有密封盖板123。
41.所述定位螺杆122与所述配重容器120固定成一个整体，例如，所述定位螺杆122穿过密封盖板123被插入到所述配重容器120(水罐)的底部并且是固定不动的。定位螺母124设置在密封盖板123上方并与定位螺杆122螺合，通过拧动定位螺母124旋转运动，使密封盖板123相对于所述配重容器120(也可以是定位螺杆122)进行上下运动。
42.在密封盖板123的上表面设置有位移传感器125，用于对定位螺母124相对于所述配重容器120(也可以是定位螺杆122)的位置进行检测。作为一个实例，如图4所示，在密封盖板123的上表面设置有3个位移传感器125。
43.此外，在密封盖板123的下表面，设置有液位传感器126，用于对所述配重容器120(水罐)内的水位进行检测。另外，还可以在密封盖板123的上表面设置排气孔127，用于密封盖板123相对于所述配重容器120(也可以是定位螺杆122)进行上下运动时排出配重容器120(水罐)内部的气体，并且能被封闭。
44.在所述配重容器120(水罐)的下部侧面开设有进水口128，用于使配重液体(例如水)能从该进水口128进入由所述密封盖板123盖住的所述配重容器120(水罐)的内部。另外，在所述配重容器120(水罐)的底面开设有出水口129，用于使所述配重容器120(水罐)内部的配重液体(例如水)经由该出水口129流出。
45.下面，参照图5，对本发明的飞机试飞试验配重控制装置100在正常状态下的工作流程进行说明。
46.图5是本发明的飞机试飞试验配重控制装置100在正常状态下的工作流程(操作步骤)的流程图。
47.根据重力守恒定律和重力距守恒定律，已知下面等式(1)和等式(2)。
48.a1
×
a2 + b1
×
b2 + c1
×
c2 ＝ d1
×
d2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式(1)a1 + b1 + c1 ＝ d1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式(2)
49.其中：a1为空机重量；a2为空机重心；b1为燃油重量；b2为燃油重心；c1为配重液体(例如水)的目标重量；c2为配重液体(例如水)的目标重心；d1为试飞试验需要的试飞机的总重量的设定值；d2为试飞试验需要的试飞机的总重心的设定值。
50.接着，由上述等式(1)和等式(2)分别计算得到在规定的(例如矩阵式排列)的框位排布下的所有配重容器120中的配重液体(例如水)所要的重量和重心的目标值，即等式(3)和等式(4)。
51.c1 ＝ d1 － a1 － b1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式(3)c2 ＝ (d1
×
d2
ꢀ‑ꢀ
b1
×
b2
ꢀ‑ꢀ
a1
×
a2)/c1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式(4)
52.在飞机试飞试验配重控制装置100正常工作时，如图5所示，首先设定试飞试验需要的试飞机的重量和重心的目标值(步骤s110)，接着通过导入所有配重容器120的规定(例如矩阵式排列)的框位排布(步骤s120)，计算出以这种框位排布的多个配重容器120中每一个配重容器120内的配重液体的重量的目标量(步骤s130)，并将其转化为每个配重容器120中的液位的目标量后导入电机控制器(步骤s140)。电机控制器在接收到每个配重容器120中的液位的目标量的指示后，通过配重容器120的下部侧面的进水口128和配重容器120底部的出水口129进行抽放水(步骤s150)。然后，通过连接到所述安装支架110下层的称重固定部112处的称重装置130，对蓄存有配重液体(例如水)的多个配重容器120内的配重液体(例如水)的总重量和总重心进行称重，并核验(判断)所称重出的多个所述配重容器120内的所述配重液体的总重量和总重心的检测值是否满足试飞试验所需要的所述试飞机的重量和重心的所述目标值(步骤s160)。
53.在核验通过之前，即，步骤s160的判断为“否”，返回步骤s130，重新计算(或是微调)多个配重容器120中每一个配重容器120内的配重液体的重量的目标量，然后执行与上面同样的步骤s140和步骤s150，直至在步骤s160中通过核验。
54.在核验通过之后，即步骤s160的判断为“是”，针对每一个配重容器120，开始拧动密封盖板123上方的定位螺母124(步骤s170)，直至对定位螺母124的位置进行检测的位移传感器125和对每一个配重容器120中的液位进行检测的液位传感器126保持一致，步骤s180的判断为“是”，以确保由密封盖板123封在配重容器120内的配重液体完全被固定并维持一种形态不会发生改变。若不一致，即步骤s180的判断为“否”，则返回步骤s170，继续拧动定位螺母124。
55.最后，固定并密封定位螺杆122和定位螺母124，并且封闭密封盖板123上的排气孔127(步骤s190)。
56.在本发明的使用中，需要注意以下几个方面：
57.(1)安装支架110、配重容器120与称重装置130的长度和大小设计需合理正确，使得配重容器120能以特定的排列方式(例如矩阵式排列)安装并固定在安装支架110上层的
配重安装部111，而使得称重装置130安装在安装支架110下层的称重固定部112，从而在正常状态下能够准确地测定各个配重容器120的重量。
58.(2)配重容器120中，定位螺杆122、定位螺母124、排气孔127、位移传感器125、密封盖板123、液位传感器126、进水口128和出水口129的设计布局需合理，用于在完成对各个含有液体的配重容器120的准确测定后固定并密封配重容器120内的液体，以免配重液体(水)因飞机姿态改变而发生流动，由此导致试飞试验需要的试飞机的总重量和总重心发生变化。
59.另外，本发明的飞机试飞试验配重控制装置100的计算可靠性高，并且操纵方便，能减少大量人工操作，只需要手动操作程序复位即可恢复正常工作。另外，本发明的飞机试飞试验配重控制装置100的通用性高，无需更换零件，维护简便，可以应用于多种机型的飞机配重管理的检测中。
60.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
61.例如，在本发明的图1和图2的图示中，示出了24个水罐(配重容器120)、5个地磅(所述称重装置130)和3个位移传感器125，但本发明不局限于前述数量，可以根据安装尺寸或是其他需求进行调整。
62.另外，在本发明的图1和图2的图示中，(24个)水罐(配重容器120)以(3行
×
8列的)矩阵式排列方式安装并固定在安装支架110的配重安装部111上，但只要预设好水罐(配重容器120)的框位排布方式，并且确定能计算出以这种框位排布的多个配重容器120中每一个配重容器120内的配重液体的重量的目标量，则本发明不局限于矩阵式排列方式，可以是任意的排列方式。

技术特征：
1.一种飞机试飞试验配重控制装置(100)，用于试飞机在不同配重状态下进行试飞试验时对所述试飞机的配重状态进行调节和控制，其特征在于，所述飞机试飞试验配重控制装置(100)包括：安装支架(110)，所述安装支架(110)安装在所述试飞机的客舱内，用于对配重容器(120)和称重装置(130)进行固定；多个配重容器(120)，所述配重容器(120)以规定的框位排布安装并固定于所述安装支架(110)，在所述配重容器(120)内设置有能相对于所述配重容器(120)进行上下运动的密封盖板(123)，并且能在由所述密封盖板(123)盖住的所述配重容器(120)的内部蓄存有配重液体；以及多个称重装置(130)，所述称重装置(130)用于对蓄存有所述配重液体的多个所述配重容器(120)中的所述配重液体的总重量和总重心进行称重，在所述飞机试飞试验配重控制装置(100)正常工作时，基于所设定的试飞试验需要的所述试飞机的重量和重心的目标值，通过导入多个所述配重容器(120)的所述框位排布，计算出以所述框位排布的多个所述配重容器(120)中每一个所述配重容器(120)内的所述配重液体的重量的目标量，在注入所述配重液体后，通过所述称重装置(130)称重出蓄存有所述配重液体的多个配重容器(120)内的所述配重液体的总重量和总重心的测定值，并且核验多个所述配重容器(120)内的所述配重液体的总重量和总重心的所述测定值是否满足试飞试验所需要的所述试飞机的重量和重心的所述目标值,在核验通过之前对多个所述配重容器(120)内的所述配重液体的重量进行微调，在核验通过之后，针对每个所述配重容器(120)，通过调节所述密封盖板(123)在对应的所述配重容器(120)内的位置，来使由所述密封盖板(123)封在对应的所述配重容器(120)内的配重液体的形态被固定并维持。2.如权利要求1所述的飞机试飞试验配重控制装置(100)，其特征在于，所述安装支架(110)具有上层的配重安装部(111)和下层的称重固定部(112)，所述配重安装部(111)与所述称重固定部(112)之间通过立柱(113)连接，多个所述配重容器(120)通过其上的安装固定部(121)安装在所述安装支架(110)上层的所述配重安装部(111)上，多个所述称重装置(130)通过传感器(140)连接到所述安装支架(110)下层的称重固定部(112)。3.如权利要求2所述的飞机试飞试验配重控制装置(100)，其特征在于，多个所述配重容器(120)以矩阵式排列方式安装并固定在所述安装支架(110)的所述配重安装部(111)上。4.如权利要求2所述的飞机试飞试验配重控制装置(100)，其特征在于，具有分别设置于所述安装支架(110)下层的所述配重安装部(111)的角落上和中央部的多个所述传感器(140)。5.如权利要求2所述的飞机试飞试验配重控制装置(100)，其特征在于，在所述配重容器(120)内设置有定位螺杆(122)，所述定位螺杆(122)与所述配重容器(120)固定成一个整体。6.如权利要求5所述的飞机试飞试验配重控制装置(100)，其特征在于，所述定位螺杆(122)穿过所述密封盖板(123)被插入到所述配重容器(120)的底部并且
是固定不动的。7.如权利要求5所述的飞机试飞试验配重控制装置(100)，其特征在于，所述定位螺母(124)设置在所述密封盖板(123)上方并与所述定位螺杆(122)螺合。8.如权利要求7所述的飞机试飞试验配重控制装置(100)，其特征在于，在所述密封盖板(123)的上表面设置有位移传感器(125)，用于对所述定位螺母(124)相对于所述定位螺杆(122)的位置进行检测。9.如权利要求1至8中任一项所述的飞机试飞试验配重控制装置(100)，其特征在于，在所述密封盖板(123)的下表面，设置有液位传感器(126)，用于对所述配重容器(120)内的水位进行检测。10.如权利要求1至8中任一项所述的飞机试飞试验配重控制装置(100)，其特征在于，在所述密封盖板(123)的上表面设置排气孔(127)，用于排出所述配重容器(120)内部的气体，并且能被封闭。11.如权利要求1至8中任一项所述的飞机试飞试验配重控制装置(100)，其特征在于，在所述配重容器(120)的下部侧面开设有进水口(128)，在所述配重容器(120)的底面开设有出水口(129)。

技术总结
一种飞机试飞试验配重控制装置，能使水不受飞机姿态影响而流动，计算可靠性高，操纵方便且通用性高。包括安装支架、多个水罐和多个地磅，水罐以规定的框位排布安装并固定于安装支架，在水罐内设置有密封盖板且能蓄存有水，地磅用于对多个水罐内的水的总重量和总重心进行称重。在正常工作时，基于所设定的试飞机的重量和重心的目标值，通过导入框位排布计算出以该框位排布的每一个水罐内的水的重量的目标量，在注入水后通过地磅称重并且核验多个水罐内的水的总重量和总重心的测定值是否满足目标值,并微调多个水罐内的水的重量直至核验通过，然后针对每个水罐，通过调节密封盖板在对应的水罐内的位置来使封在对应的水罐内的水的形态被固定并维持。的水的形态被固定并维持。的水的形态被固定并维持。


技术研发人员：黄佳晨 蔡梦迪 曹阳
受保护的技术使用者：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/4/18