一种基准惯导设备的热校准装置及方法

技术领域

本发明属于民用飞机惯性基准系统试飞技术领域，具体涉及一种基准惯导设备的热校准装置及方法。

背景技术

惯性基准系统是民用飞机重要的自主导航设备，惯性基准系统(IRS)采用激光陀螺惯性导航技术，通过感受机体轴的角速率和轴向线性加速度，并对这些数据进行数字化处理来提供姿态、航向、速率、加速度和即时地理位置等信息。IRS还可以与飞行管理系统和全球定位系统交联来提供多传感器组合导航。

按照中国民用航空规章第25部《运输类飞机适航标准》(CCAR-25)及咨询通告AC-25中对惯性基准系统的要求，惯性基准系统试飞需对其姿态、航向精度进行飞行验证，这就需要将惯性基准系统输出的俯仰角、横滚角和航向角与基准设备输出的参数进行对比，计算其误差是否满足适航及试飞要求。因此在飞机上需加装能够为惯性基准系统(IRS)试飞提供高精度动态姿态角和航向角等参数的基准惯导设备，同时对基准惯导设备的安装误差需要进行修正，以确保其输出数据能够满足作为基准使用的精度要求。

目前国内民机适航取证试飞正处于蓬勃发展阶段，多种国产新型民机均需对惯性基准系统进行设备适航取证，因此对机上基准惯导设备初始误差即安装精度有严格的要求。在此情况下，对民机基准惯导系统地面热校准方法的研究是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是：

本发明的目的是提供一种基准惯导设备的热校准装置及方法，为惯性基准系统(IRS)试飞提供满足精度要求的基准数据，为惯性基准系统(IRS)适航审定试飞验证提供数据支撑。

本发明的技术方案是：

根据本发明的第一方面，提供一种基准惯导设备的热校准装置，设置于飞机客舱重心位置，包括：

基准惯导设备100、姿态调节单元200、固定支座单元300；

所述固定支座单元300与飞机客舱地板滑轨固定连接；所述基准惯导设备100通过所述姿态调节单元200与所述固定支座单元300相连；所述姿态调节单元200可以实现所述基准惯导设备100的航向、俯仰、横滚调节。

在一个可能的实施例中，所述姿态调节单元200包括姿态调节板201、调节支脚202；所述姿态调节板201上方用于承托所述基准惯导设备100，与所述基准惯导设备100固定连接；所述调节支脚202设置于所述姿态调节板201下方，呈三角形分布；所述调节支脚202与所述固定支座单元300固定连接。

优选地，所述调节支脚202上端穿过所述姿态调节板201，通过螺母与所述姿态调节板201相连；通过调节螺栓实现各调节支脚202的高度微调。

在一个可能的实施例中，所述固定支座单元300包括固定梁301、固定支板302；所述所述固定梁301与飞机客舱地板的两侧滑轨分别固定连接；所述固定支板302固定于所述固定梁301上；所述调节支脚202与所述固定支板302固定连接。

根据本发明的第二方面，提供一种基准惯导设备的热校准方法，采用上述一种基准惯导设备的热校准装置；所述热校准方法包括如下步骤：

将基准惯导设备的热校准装置安装于飞机客舱重心位置；

将飞机调整至水平，将飞机的俯仰角和横滚角调整为零；

利用全站仪测量飞机的实际航向；

通过调节所述基准惯导设备的热校准装置中的所述姿态调节单元200，将所述基准惯导设备100的俯仰角、横滚角调节为0°；根据飞机的实际航向调节所述基准惯导设备100的航向，使基准惯导设备100的航向与飞机的实际航向一致。

在一个可能的实施例中，在飞机调整至水平的过程中，具体包括如下步骤：

用千斤顶将飞机顶起，使机轮离地；

用水平仪或经纬仪测量横向水平高程，调节左、右千斤顶的高度，直至横向测量值符合水平要求；

调节纵向千斤顶的高度，测量纵向水平高程，直至纵向测量值符合水平要求；

横向水平和纵向水平调平公差不大于±0.5mm。

在一个可能的实施例中，在利用全站仪测量飞机的实际航向的过程中，具体包括如下步骤；

以全站仪为原点建立空间直角坐标系；

在真北基准线的两个端点上贴激光反射片或架设小棱镜；

在飞机机体航向定位标志点上粘贴激光反射片；

全站仪测量真北基准线上的两个端点的三维坐标；

全站仪测飞机机体航向定位标志点三维坐标；

根据真北基准线上的两个端点的三维坐标、飞机机体航向定位标志点三维坐标，以及真北基准线的基准值，计算飞机的实际航向。

在一个可能的实施例中，所述基准惯导设备100的航向与飞机的实际航向的误差应满足试飞要求。

本发明的优点是：

本发明通过飞机架水平后测定飞机纵轴真航向，使用地面热校准的方式对基准惯导安装后输出参数的误差进行参数调零，控制其误差对惯性基准系统姿态、航向精度试飞中可能引入的计算误差，很好地解决了惯性基准系统试飞评估中对基准设备的精度需求。

在国内首次将基准惯导地面校准方法具体化、详细化、规范化，提高了试飞效率。该方法可应用于民机惯性基准系统相关试飞科目前对基准系统的热校准，相当程度的推动了试飞工作的进步。

附图说明

图1为本发明优选实施例的一种基准惯导设备的热校准装置示意图；

图2为本发明优选实施例的飞机实际航向角测量原理图。

具体实施方式

下面以某民用飞机加装基准惯导设备地面热校准为实例对本发明的实施方式做进一步说明：

如图1所示，一种基准惯导设备的热校准装置，设置于飞机客舱重心位置，包括：

基准惯导设备100、姿态调节单元200、固定支座单元300；

所述固定支座单元300与飞机客舱地板滑轨固定连接；所述基准惯导设备100通过所述姿态调节单元200与所述固定支座单元300相连；所述姿态调节单元200可以实现所述基准惯导设备100的航向、俯仰、横滚调节。

在一个可能的实施例中，所述姿态调节单元200包括姿态调节板201、调节支脚202；所述姿态调节板201上方用于承托所述基准惯导设备100，与所述基准惯导设备100固定连接；所述调节支脚202设置于所述姿态调节板201下方，呈三角形分布；所述调节支脚202与所述固定支座单元300固定连接。

优选地，所述调节支脚202上端穿过所述姿态调节板201，通过螺母与所述姿态调节板201相连；通过调节螺栓实现各调节支脚202的高度微调。

在一个可能的实施例中，所述固定支座单元300包括固定梁301、固定支板302；所述所述固定梁301与飞机客舱地板的两侧滑轨分别固定连接；所述固定支板302固定于所述固定梁301上；所述调节支脚202与所述固定支板302固定连接。

根据本发明的第二方面，提出一种基准惯导设备的热校准方法，包括如下步骤：

第一步：基准惯导设备热校准装置安装

1.基准惯导设备选择安装在飞机客舱重心位置、且振动较小的稳定区域；

2.按照基准惯导设备航向标识方向安装；

3.下方在客舱地板滑轨上采用螺栓、地脚螺母、止动垫圈安装固定支座单元，基于固定支架单元搭建姿态调节单元(见附图1)，姿态调节单元包括姿态调节板及调节支脚，在姿态调节板上用配套的紧固件安装基准惯导设备(含托架)。

第二步：飞机架水平

按照下列程序对飞机进行架水平，并将飞机固定：

1.用千斤顶将飞机缓慢、平稳、协调地顶起，使机轮离地。水平测量需安装托架的机型，应在顶起试验机的过程中同时调节支撑托架；

2.机轮离地的高度除有特殊规定外，离地高度一般不小于100mm；

3.按水平测量图要求，用水平仪或经纬仪等仪器和工具测量横向水平高程，调节左、右千斤顶的高度，直至横向测量值符合水平要求；

4.调节纵向千斤顶的高度，测量纵向水平高程，直至纵向测量值符合水平要求；

5.横向水平和纵向水平调平公差一般不大于±0.5mm；

6.复查横向水平，如出现偏差时，再重复2、3步骤；

7.记录最终调平的测量结果及高差。

第三步：测量飞机真航向如图2所示，按照下列程序使用全站仪测量飞机架水平之后的真航向：1.以全站仪为原点建立空间直角坐标系；

2.在真北基准线的两个基准点A和B点上贴激光反射片或架设小棱镜；3.在飞机机体航向定位标志点C和D点上粘贴激光反射片；

4.全站仪测量真北基准线上的两个真北基准点A和B的三维坐标，测3组值，取平均值作为最终测量结果值；

5.全站仪测量试验机机体航向定位标志点C和D的三维坐标，测3组值，取平均值作为最终测量结果值；

6.根据A、B、C、D 4个点的三维坐标及A、B两点确定的真北基准线的基准值，计算飞机航向，给出计算结果。具体计算公式如下：

线AB为真北基准线，线CD为飞机机体定位轴线。利用全站仪测量获得A点平面坐标(x

真北基准线AB的全站仪坐标系方位角∠1的计算见公式(1)。

机体纵轴线CD的全站仪坐标系方位角∠2的计算见公式(2)。

其中：

∠1和∠2参数范围为0°～360°，若小于0°，则应加360°。

飞机航向与真北基准线的夹角β的计算见公式(3)。

β＝∠1-∠2…………………………………… (3)

飞机真航向角θ的计算见公式(4)。

θ＝α-∠1+∠2……………………………………(4)

其中：

α角为真北基准线的真北方位角，是由国家测绘局实地测量构建，并提供的确定方位角；

θ角参数范围为0°～360°，若计算值小于0°，则应加360°。

第四步：基准惯导机上热校准

按照下列程序完成基准惯导设备机上热校准：

1.基准惯导设备加电，输入初始位置经纬度后进入正常对准，对准完成后转为导航状态，此时观察并记录输出的俯仰角、横滚角和航向角；

2.按照第三步测定的飞机实际航向、以及架水平后飞机俯仰、横滚角应为0°作为标准值，通过对安装基准惯导设备的姿态调节单元中调节支脚下螺栓的旋合长度进行微调，对姿态、航向的安装误差进行调零；

3.如偏差超过允差时，重复2步骤直至安装误差达到试飞要求可接受范围内，调零完成。

可接受范围，是指按照该型民机试飞要求中对惯性基准系统姿态1°、航向2°的精度要求，基准惯导设备输出的姿态和航向精度要求比原机惯性基准系统的精度高1个量级以上，即姿态0.1°、航向0.2°。考虑到基准惯导设备本身存在的测量误差，因此对于基准惯导设备的安装误差要求为姿态误差±3′内，航向误差±6′内。