飛機(jī)稱重系統(tǒng)也隨著數(shù)字式傳感器和數(shù)字式稱重系統(tǒng)智能化的發(fā)展而發(fā)展，基于此，本文通過對數(shù)字式智能飛機(jī)稱重系統(tǒng)原理和秤臺結(jié)構(gòu)，結(jié)合力矩平衡原理進(jìn)行介紹和分析，提出了采用數(shù)字式智能飛機(jī)稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點和運用力矩平衡原理對飛機(jī)機(jī)輪輪距（即飛機(jī)在秤臺上的實際力作用點位置）準(zhǔn)確測量的方法，并給出了該方法應(yīng)注意的事項，從而保證了準(zhǔn)確、快捷、方便的測量飛機(jī)機(jī)輪輪距。相信該方法也可向諸如汽車、火車等其他物體的輪距或力的作用點位置的測量發(fā)展，同時也使飛機(jī)稱重向數(shù)字化、智能化、自動化和高精度的發(fā)展成為可能。

1 飛機(jī)機(jī)輪輪距測量的現(xiàn)狀、力矩平衡原理和數(shù)字式智能飛機(jī)稱重系統(tǒng)的特點

1.1 飛機(jī)機(jī)輪輪距測量現(xiàn)狀

測量飛機(jī)機(jī)輪軸中心兩點連線長度的工作，通常需要測定其水平距離，即飛機(jī)機(jī)輪軸中心兩點連線投影在某水平基準(zhǔn)面上的長度。目前飛機(jī)機(jī)輪輪距測量從最早的鋼卷尺、皮尺等傳統(tǒng)的測距工具向光學(xué)、磁波測距儀、電子全站儀、電子水準(zhǔn)儀以及全能型和激光智能化方向發(fā)展，測量精度也越來越高。但再高的測量精度也僅僅是飛機(jī)機(jī)輪輪距的幾何位置尺寸，而不是飛機(jī)機(jī)輪實際作用在地面或稱重平臺上力的作用點的位置尺寸，飛機(jī)進(jìn)行重量重心測量時采用的力矩平衡原理，其需要的是實際力的作用點的位置尺寸，因此目前的測量方法影響了飛機(jī)重量以及重心測量的精度。

1.2 力矩平衡原理

力矩可以使物體向不同的方向轉(zhuǎn)動，如果這兩個力矩的大小相等，杠桿將保持平衡，這是初中學(xué)課本中的杠桿平衡條件，是力矩平衡的最簡單的情形；如果把物體向逆時針方向轉(zhuǎn)動的力矩規(guī)定為正力矩，向順時針方向轉(zhuǎn)動的力矩規(guī)定為負(fù)力矩，則有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件是力矩的代數(shù)和為零，即作用在物體上多個力的合力矩為零的情形叫做力矩的平衡。

在工程實際中，人們一般根據(jù)力矩平衡原理方程，通過多個測力傳感器支撐物體處于平衡狀態(tài)，以確定各個支撐點力的大小，根據(jù)力矩的方向（逆時針或順時針）以確定力的方向，通過測量以確定各個支撐點力作用線的位置。飛機(jī)重量重心測量就是采用力矩平衡原理進(jìn)行測量，本文也將論述采用力矩平衡原理和采用實際應(yīng)用的數(shù)字式智能飛機(jī)稱重系統(tǒng)的稱重平臺對飛機(jī)機(jī)輪輪距進(jìn)行測量的方法，該方法所測得的輪距為飛機(jī)機(jī)輪在各稱重平臺上力的實際作用點的相對位置尺寸，符合飛機(jī)重量重心測量的要求。

1.3 數(shù)字式智能飛機(jī)稱重系統(tǒng)的特點

飛機(jī)重量重心測量就是采用力矩平衡原理進(jìn)行測量。利用力矩平衡原理測量飛機(jī)重量及重心的方式目前有三種方式：平臺式測量方式、懸掛式測量方式和千斤頂式測量方式。無論何種測量方式都是通過3點（見圖1）、4點或多支撐點的測力傳感器感知力值的大小，再通過采集系統(tǒng)對傳感器感知的力值數(shù)據(jù)信號進(jìn)行采集，通過計算機(jī)軟件對該信號的解算，便得到飛機(jī)重心的坐標(biāo)值。

圖1 平臺式飛機(jī)稱重示意圖

平臺式測量系統(tǒng)是通過測量飛機(jī)起落架或支撐飛機(jī)千斤頂?shù)氖芰η闆r來完成對飛機(jī)的稱重，進(jìn)而確定飛機(jī)的重心；平臺式測量系統(tǒng)是在每一機(jī)輪或千斤頂下獨立的秤體進(jìn)行測量，即為輪重測量，每一秤臺采用四只傳感器支承秤臺臺面是最常見的結(jié)構(gòu)形式。

數(shù)字式飛機(jī)稱重系統(tǒng)是在稱重傳感器內(nèi)部采用高集成化和高智能化的處理單元, 將模擬信號進(jìn)行 A/ D轉(zhuǎn)換、 濾波等預(yù)處理并進(jìn)行數(shù)字化補償后, 輸出數(shù)字信號。數(shù)字式稱重儀表或所用電腦實時采集各傳感器輸出數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理后，進(jìn)行顯示；其主要特點是：（1）數(shù)字式飛機(jī)稱重系統(tǒng), 可對該系統(tǒng)內(nèi)的每一只傳感器單獨尋址，從而可對每只傳感器進(jìn)行監(jiān)控、故障辨認(rèn), 以及可以單獨處理每只傳感器的稱重信息, 大大提高了稱重系統(tǒng)的控制能力、靈活性和更加智能，該特點為采用力矩平衡原理和使用實際的飛機(jī)稱重系統(tǒng)，對飛機(jī)機(jī)輪輪距的測量創(chuàng)造了條件；（2）秤臺標(biāo)定后，每個傳感器的零點值和滿載（凈輸出）值存儲在儀表或電腦軟件中，對秤臺進(jìn)行再次校正時，可與前次標(biāo)定的數(shù)值進(jìn)行比較，這個特點使飛機(jī)稱重系統(tǒng)中傳感器的穩(wěn)定性監(jiān)控變的簡單；（3）數(shù)字稱重系統(tǒng)可以直接處理每一只傳感器提供的原始稱重數(shù)據(jù), 每只傳感器可提供高于20bit的分辨力, 相當(dāng)于1, 000, 000 個計數(shù), 四支傳感器的系統(tǒng)就可提供4×1, 000, 000 個計數(shù)供分析, 就飛機(jī)稱重系統(tǒng)而言, 這樣高的分辨力的傳感器再結(jié)合對傳感器高精度的補償（如：溫度補償、線性補償?shù)龋?，用一套稱重系統(tǒng)對多型號飛機(jī)的測量非常有利。 

圖2 飛機(jī)稱重秤臺平面二維坐標(biāo)系示意圖      

2 飛機(jī)機(jī)輪輪距測量原理和注意事項

2.1 飛機(jī)機(jī)輪輪距測量原理

飛機(jī)機(jī)輪輪距的測量原理是利用數(shù)字式智能飛機(jī)稱重系統(tǒng)的秤臺特點，及四只傳感器所受力可以進(jìn)行獨立輸出，采用靜力平衡方程和力矩平衡原理可以很方便的準(zhǔn)確測量出秤臺上的受力點的位置。

以三點式飛機(jī)重量重心測量系統(tǒng)為例（見圖1），對飛機(jī)機(jī)輪輪距的測量進(jìn)行說明，取飛機(jī)稱重秤臺平面二維坐標(biāo)系（見圖2），可以將該坐標(biāo)系與飛機(jī)稱重系統(tǒng)所用的坐標(biāo)系在水平平面的二維投影很容易進(jìn)行變換，保證了飛機(jī)重量重心測量系統(tǒng)與飛機(jī)機(jī)輪輪距測量軟件的融合創(chuàng)造了條件。

假設(shè)A秤臺飛機(jī)機(jī)輪施加的力值為FA，坐標(biāo)為A（X1，Y1），四只傳感器的受力分別為FAi（i=1，2，3，4），坐標(biāo)分別為Ai（X1i，Y1i）（i=1，2，3，4）；B秤臺飛機(jī)機(jī)輪施加的力值為FB，坐標(biāo)為B（X2，Y2），四只傳感器的受力分別為FBi（i=1，2，3，4），坐標(biāo)分別為Bi（X2i，Y2i）（i=1，2，3，4）；C秤臺飛機(jī)機(jī)輪施加的力值為FC，坐標(biāo)為C(X3，Y3)，四只傳感器的受力分別為FCi(i=1，2，3，4)，坐標(biāo)分別為Ci（X3i，Y3i）（i=1，2，3，4）；對于A秤臺，以靜力平衡原理得：

根據(jù)力矩平衡原理，分別以X、Y軸取矩(見圖2)，得：

飛機(jī)稱重系統(tǒng)裝配調(diào)試完成，在飛機(jī)上秤臺調(diào)水平后，F(xiàn)Ai、FBi、FCi(i=1，2，3，4)以及相對應(yīng)坐標(biāo) Ai（X1i，Y1i）、Bi（X2i，Y2i） 、Ci（X3i，Y3i）（i=1，2，3，4）均為已知；
因此，飛機(jī)機(jī)輪主輪距根據(jù)兩點坐標(biāo)求線段長度公式得：

根據(jù)三角形面積公式求得飛機(jī)前輪力作用點至主輪力作用點連線的垂直距離為：

根據(jù)以上原理以及所得的BC和AM值，可以很方便的測得飛機(jī)機(jī)輪輪距，即飛機(jī)各輪在飛機(jī)秤臺上的實際力作用點的距離，保證了飛機(jī)重心的測量更加準(zhǔn)確。

2.2 飛機(jī)機(jī)輪輪距測量注意事項

在設(shè)計飛機(jī)秤臺時，除過考慮秤臺的剛度、傳感器的傳力結(jié)構(gòu)等要合理以外，還需注意以下幾點：

（1）平臺秤結(jié)構(gòu)一般為秤臺通過4只傳感器或多只傳感器浮動支撐，浮動支撐采用的是鋼球和球窩或者“不倒翁”結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)都是滾動摩擦，而飛機(jī)在上秤臺以前，機(jī)輪與地面摩擦系數(shù)大于該兩種結(jié)構(gòu)的滾動摩擦系數(shù)，飛機(jī)起落架的約束在秤臺上進(jìn)行了釋放，其向外側(cè)變形使得秤臺與傳感器支撐點發(fā)生移位，影響了飛機(jī)機(jī)輪輪距的測量精度；為此，須在秤臺平面的X、Y方向上下臺面之間各裝一位移傳感器進(jìn)行補償，如圖3所示，以保證飛機(jī)輪距的測量精度。

圖3 位移傳感器補償示意圖

（2） 如果采用在平臺秤臺面上使用千斤頂頂升飛機(jī)進(jìn)行飛機(jī)重量重心測量，因飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身的支撐受力繞性變形和飛機(jī)支撐姿態(tài)的調(diào)整，使得秤臺受側(cè)向力，直接影響著系統(tǒng)的測量精度；除采用在秤臺的上下臺面之間加裝一位移傳感器外，也可在千斤頂每一支腳下加裝中航電測儀器股份有限公司研究的抗側(cè)向力滑板以補償因飛機(jī)頂升或飛機(jī)姿態(tài)調(diào)整而產(chǎn)生的位移偏差（側(cè)滑臺外形見圖4），抗側(cè)向力滑板由上滑板、下滑板和彈性回位體等部件組成，上下滑板接觸面使用摩擦系數(shù)非常小的材料，使用中當(dāng)上滑板受橫向力時，上滑板可壓縮彈性回位體，實現(xiàn)在360o范圍內(nèi)±30mm滑移，測量結(jié)束后，其自動回位。

 

圖4 側(cè)滑臺

（3）飛機(jī)機(jī)輪輪距測量所用儀表與測量軟件，采用飛機(jī)重量重心測量所用儀表，其軟件與飛機(jī)重量重心測量所用軟件進(jìn)行融合統(tǒng)一編制，軟件按一定的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，采用模塊化、開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計，通用性、移植性強(qiáng)，易于維護(hù)和使用。

3 結(jié)語

隨著飛機(jī)飛行速度和高度的不斷提高，相應(yīng)的飛機(jī)重心安全范圍也在縮小，隨之對飛機(jī)重量重心的測量系統(tǒng)準(zhǔn)確度的要求也相應(yīng)提高，因此為保證飛機(jī)重心的測量精度更高，準(zhǔn)確測量飛機(jī)機(jī)輪輪距也顯得非常重要，本文所介紹的測量飛機(jī)機(jī)輪輪距的方法簡單、方便、成本低，其技術(shù)可行，特別是其所測得的飛機(jī)輪距實為飛機(jī)機(jī)輪實際力的作用點的位置，更能保證飛機(jī)重心數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可信。