航空机电工程专业毕业论文航空仪表的检测与修复方法研究.docx
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航空机电工程专业毕业论文航空仪表的检测与修复方法研究
编号：
审定成绩：
高等教育自学考试（独立本科）
毕业论文
专业：
航空机电工程
论文题目：
航空仪表的检测与修复方法研究
准考证号：
姓名：
指导教师：
工作单位或家庭地址：
联系电话：
毕业论文（设计）任务书
学生姓名准考证号码
专业航空机电工程指导教师姓名
指导教师单位长沙航空职业技术学院
一、论文（设计）题目：
航空仪表的检测与修复方法研究
二、论文（设计）要求：
1、标题：
应简短、明确、有概括性。
字数要适当，一般不宜超过20字，如果有些细节必须放进标题，可以分成主标题和副标题。
2、论文摘要：
要以浓缩的形式概括课题的内容，以100-200字以内为宜。
3、目录：
按三级标题标准编写（即：
1.……、1.1……、1.1.1……）要求标题层次清晰。
目录中的标题应与正文中的标题一致。
4、序言：
应说明本论文的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求；简述本论文在国内外的发展概况及存在的问题；说明本论文的指导思想；阐述本论文应解决的主要问题。
5、正文：
要符合一般学术论文的写作规范，字数要达到要求，内容要理论联系实际。
6、谢辞：
对指导老师和给予指导或协助完成毕业论文的组织和个人表示感谢。
7、主要参考文献：
参考文献反映毕业论文的取材来源，同时也是作者对他人知识成果的承认和尊重。
三、论文（设计）的主要内容：
介绍BC200仪表的功用、结构组成、原理及修理工艺；重点分析某些疑难故障的成因、维修方法，提出相应的改进措施和建议。
四、主要参考资料：
1.秘鲁航空公司波音757飞机结构事故结论安全事故第四期
2.《航空仪表》朱家海、张波、张吉广编，空军工程学院出版社，1992
3.徐华舫空气动力学基础（上、下册）北京国防工业出版社1978
4.《民航飞机电气仪表及通信系统》，朱新宇编，西南交通大学出版社，2006
5.《航空测试系统》，杨世均主编，国防工业出版社，19846
《航空仪表》，航空工业科技词典编辑委员会编，国防工业出版社，1998
指导教师（签名）＿＿＿＿＿＿
部门负责人（签名）＿＿＿＿＿＿
（校外设计请加盖单位公章）
年月日
毕业论文（设计）开题报告
考号
姓名
导师单位长沙航院
导师姓名
填表日期2013年4月
论文题目
航空仪表的检测与修复方法研究
课
题
调
查
与
文
献
阅
读
（技术现状及发展）
飞行器仪表分为飞行仪表、导航仪表、发动机仪表和系统状态仪表4大类。
80年代的航空仪表的特点是利用先进的数字电子技术，进一步向高度综合化和智能化方向发展，并以微型计算机和多路传输数据总线为纽带，把传感器、显示器、控制器与飞行控制系统、发动机控制系统、火力控制系统等有机地交联在一起，以实现飞行器各系统之间的高度综合化。
采用完善的自检和故障监控、故障告警手段，提高信息测量的精度和可靠性。
理
论
分
析
与
实
验
方
法
（原理研讨、系统分析、方案设计构想）
飞行器在飞行中的运动参数（包括线运动和角运动）的仪表，驾驶员凭借这类仪表能够正确地驾驶飞机。
这类仪表主要有：
利用大气特性的各种气压式仪表、利用陀螺特性的各种陀螺仪表和利用物体惯性的加速度（过载）仪表等。
通过对航空仪表中最基本的分立式仪表进行学习，了解其结构组成工作原理的一些基本知识。
从个体到系统的分析方法对航空仪表的工作原理进行分析，通过教学软件模拟飞行中有可能出现的问题进行学习分析，最终完成论文。
注：
此页不够可增加。
工
作
进
度
计
划
（按周安排工作计划）
1.完成选题
2．在校查阅资料，进行毕业设计和论文初步构思
3.毕业设计和论文撰写，并上交毕业实践报告和毕业设计（论文）材料
4．上交指导教师评阅毕业实践报告、毕业设计（论文）。
学生签字：
2013年4月25日
指
导
教
师
意见
签字：
年月日
部门
意见
负责人签字：
年月日
说明：
1.开题报告工作是毕业设计的重要环节，务必高度重视。
2.开题报告在毕业设计的第三周内完成，并由导师签字。
毕业论文（设计）
指导教师意见
指导教师评语：
建议成绩（分数）
指导教师（签名）
年月日
毕业论文（设计）
评阅教师意见
评阅教师评语：
建议成绩（分数）
评阅教师（签名）
年月日
毕业设计（论文）
答辩记录
一、学生介绍设计（论文）情况：
二、提问及答辩情况：
提问一：
答辩：
提问二：
答辩：
提问三：
答辩：
提问四：
答辩：
记录（签名）
年月日
毕业设计（论文）
答辩小组意见
答辩小组评语：
答辩成绩（分数）
（校外加盖单位公章）
毕业设计总评成绩：
指导教师给定
建议成绩
（1）
评阅教师给定
建议成绩
（2）
答辩小组给定
答辩成绩（3）
毕业设计总评成绩
（1）×0.3＋
（2）×0.3＋（3）×0.4
答辩小组结论性意见：
答辩小组负责人（签名）___
院答辩委员会负责人（签名）
（校外设计请加盖单位公章）
年月日
毕业论文（设计）
航空仪表的检测与修复方法研究
---BC200升降速度表的检测与修复方法研究
摘要：
本文主要介绍BC200升降速度表的功用、结构组成、原理及修理工艺；重点研究某些疑难故障的成因、维修方法，分析提出相应的改进措施和建议。
关键词：
升降速度表；功用；结构原理；修理；故障；改进。
第一章升降速度表概述
0verticalspeedindicator
飞机单位时间内的变化高度叫做升降速度或垂直速度，是表征飞机上升或下降性能主要指标之一，是一个主要的战术技术性能指数。
通过测量大气压力的变化率间接测量飞机升降速度的仪表，又称爬升速度表或垂直速度表，是基本飞行仪表之一。
用它指示飞机在垂直方向上的飞行状态，有的驾驶员常靠它保持飞机水平飞行。
在飞机上常用的是压差式升降速度表。
喷气式飞机的升降速度表量程都较大，这是由飞机性能决定的。
下图是737的备用升降速度表
第二章升降速度表的基本工作原理
当飞机高度变化时，大气压也随着变化，因此测量气压变化的快慢就能表示飞机升降速度的快慢。
升降速度表的基本工作原理如图1.1.1所示，它是通过测量毛细管内外两端气压差从而指示飞机升降速度的。
在密封表壳内，装有一个压力膜盒（又称开口膜盒），用一根内径较大的导管使膜盒内部与静压源连通，而用内径较小的玻璃毛细管把静压源和表壳接通。
当飞机水平飞行时，膜盒内外压力和大气静压相等，膜盒没有膨胀和压缩，仪表指示为零。
飞机爬高时，随着高度的增加，膜盒内部的压力也随之减小，毛细管内径很小，对空气的阻滞作用较大，表壳内的压力（即膜盒外部压力）大于膜盒内部压力而形成压力差,膜盒压缩,经过传动放大机构带动仪表指针转动，指示出飞机的上升速度。
同理，飞机下降时产生与此相反的指示。
当飞机转入水平飞行时,飞机外部的大气静压不发生变化,表壳内的压力通过毛细管逐渐恢复到与飞机外部的大气静压相等，指针也逐渐回到零。
升降速度表所用的膜盒灵敏而性能稳定，表盘的刻度上下对称。
为了对小升降速度给出高精度的指示，同时又可指示大升降速度值，表盘标刻成渐缩形式，这可用止动弹簧片或止动膜片来实现。
表内装有一套调零机构,起飞前转动手柄可使指针处于零点,调整后须将手柄拧紧，保证表壳密封。
图1.1.1
第三章BC200升降速度表的结构与设计标准
升降速度表的结构设计除满足战技指标外，还要拆卸、组装和维修方便，升降表结构应保证所有零部件在使用中无松动，能经受住在运输、贮存、安装和使用中发生的温度、冲击、振动及其他情况的影响。
其设计准则如下：
a）根据用户要求，应优先执行国家标准、国家军用标准和航空行业标准;
b）零部件设计时，应尽量适宜于批量生产，力求尺寸小、重量轻、成本低;
c）尽可能选用原型或同类产品中的成熟技术和零部件、半成品、提高标准化程度;
d）随着新技术、新工艺和新材料的推广使用，应不断改进设计和工艺，以提高产品的性
能、可靠性和维修性;
e）在图样设计等方面，应及时贯彻新标准。
BC200升降速度表由感受转换、传送、指示和调整部分组成。
3.1感受转换部分
感受转换部分有开口膜盒和毛细管组成。
毛细管两端分别感受表壳内部气压变化率和大气的气压变化率，同时把它转换为压力差。
目前升降速度表大都采用三根毛细管。
拆下静压接头后，可将中间一根毛细管从仪表中拧出，改变毛细管的长度能够修正仪表的误差。
开口膜盒用来将毛细管两端的压力差转换为位移。
为了提高仪表的灵敏度，减小延迟误差，膜盒由很薄的波纹膜片焊接而成。
为了在很小的压力差作用下产生较大的位移，采用由两个膜盒串联成的膜盒组。
膜盒组的总位移量等于两个膜盒位移之和。
3.2传送部分
传送部分由连杆传送机构和齿轮传送机构组成。
飞机既有上升飞行，又有下降飞行，因此仪表的只是既要指上升率，又要指下降率。
在仪表刻度盘的360°范围内，必须对称刻度，即上升率和下降率各位180°。
随着飞机垂直机动性能的不断提高，仪表的测量范围不断增大。
为了既能在180°的刻度范围内，刻上较大的升降率，又要在零刻度附近有较大的灵敏度，因而在转轴上装有弹簧。
弹簧调整片的调整螺钉，可以调整传送比。
当升降速度小于40米／秒时，弹簧片不与支架上的调整螺钉接触，弹簧片不起作用，此时传送机构的传送比为连杆机构和齿轮机构传送比之乘积。
当升降速度大于40米／秒时，弹簧片和调整螺钉接触，弹簧片对转轴的转动起阻碍作用。
当膜盒通过连杆施加于转轴的力矩和弹簧片施加于转轴上的力矩相等时，转轴转角一定。
此时，膜盒通过连杆作用于转轴上的力矩如下图所示
升降速度表开口膜盒均采用压力特性为线形的膜盒，影响传送比大小的因素有两个：
一个是传送角，一个是弹簧片的有效长度。
改变弹簧片的有效长度，可以使传送比改变。
同时由于弹簧片弹力的大小和转轴的转角成正比，转轴的转角越大，弹簧片的弹力越大，阻止转轴转动的阻力越强，膜盒对转轴的作用力矩必须克服弹簧片对转轴的阻止力矩，才能使转轴转动，故指针在同样的压力差作用下。
移动量小，所以刻度在40米/秒以后，越来越密。
改变调整螺钉的起始位置，可以调整仪表上升和下降刻度的对称性。
3.3指示部分
升降速度表的刻度盘既要刻上升速度，又要刻下降刻度。
为了在刻度范围内刻上较大的升降速度，又要使零刻度附近有较高的灵敏度，这就要求疏密不均的刻度。
升降速度表的刻度为对称型，刻度盘上半部为上升刻度，标有“升”字；下半部为下降刻度，标有“降”字。
BC200升降速度表刻度盘的刻度范围为0~200米/秒。
3.4调整部分
调整部分用来调整指针回零。
它由调整旋钮、传动齿轮和偏心轮组成。
膜盒非常灵敏，在没有负载时可能产生微笑的永久变形，使指针的起始位置偏离零点。
出现这种情况后，可以用调整部分进行调整。
调整时，先拧松调整旋钮，并向外拉，然后再转动旋钮，通过偏心轮带动整个膜盒上下移动，使指针回零。
调整完毕后，应将调整旋钮拧紧，以保证表壳密封。
为了防止膜盒在较大的压力差作用下而损坏，在转轴上装有限制片。
限制片随转轴一起转动。
当压差过大时，限制片就与限制螺钉接触，从而限制没膜盒继续变形。
3.5升降速度表的压力差公式
升级速度表是依靠飞机升降时的表壳内建立的剩余压力而工作的。
这个剩余压力就是毛细管两端的压力差。
毛细管是小孔径大长度的的管子，它利用气体流动的摩擦损失控制流量。
这是因为空气在毛细管内流动时，由于空气粘性的影响，在毛细管断面上的各点流速不等，靠近管壁的气体流速为零，管子中心的气体的流速最大，其流速的分布如图1.1.2所示。
气体流速沿毛细管半径的变化率叫速度梯度，其示意图如下：
3.6升降速度表表壳内气压变化率和毛细管两端压力差的关系
飞机匀速上升时，表壳内空气从毛细管内流出，表壳内气体的流出，使表壳内空气密度减小，表壳内空气减少的重量应等于空气从毛细管内流出的重量。
表壳内气压变化率随毛细管两端压力差增大而增大，当压力差一定时，表壳内气压变化率才一定，也就是说，只有飞机匀速上升时，升降速表的指示才会是稳定的。
3.7升降速度公式
飞机匀速上升，表壳内气压和大气压相差一个固定的值，此时P1=P+ΔP
第四章升降速度表与高度控制
通过建立特定的俯仰姿态和配平飞机．可以保持飞机的预选高度。
在建立姿态后，要观察高度表，升降速度表来确定哪些航行元素发生了变化。
由于高度表提供了最直接的高度信息，因此在平飞期间，它通常是反映飞机俯伸姿态的主要仪表，而其辅助仪表是升降速度表。
升降速度表能提供飞机垂直运动的趋势和大小变化，并能首先反映出飞机的垂直运动。
一旦发生预选高度的偏离．首先就反映在升降速度表上，然后在高度表上才有相应的反映。
通过判断这些仪表的初始运动的变化率．飞行员可估计到应有多大的俯仰改变才能重新恢复到平飞状态。
俯仰改变的数值通常比较小．只需姿态指引仪上一个指令杆宽度的几分之一的改变就可以了。
发生了偏离预选高度的情况．飞行员的判断和所飞机型的飞行经历支配着修正动作的正确性。
一般情况下，可以按其偏离高度的2倍数值凋整相应的俯仰姿态，必要时也可使用功率调节．如果飞机下降率为300ft/min．高度已低于预选高度l00ft，那么应使用上升率为200ft/min的修正动作。
首先调整俯仰姿态使飞机不再下降，然后开始操纵飞机达到恰当的上升率．在姿态指引仪上保持这一俯仰姿态一直到垂直速度稳定为止。
要实现恰当的上升率，应作进一步的俯仰姿态调整。
接近预选高度时，在高度表上选择一个改出始点，使俯仰姿态的操纵恢复到平飞状态。
通常用垂直速率（上升/下降率）的十分之—数值作为预计改平飞始点。
如果修正使用的上升率为200ft/min．则在飞机到达预选高度前20ft处改平飞。
第五章升降速度表的误差分析与减小误差的方法
毛细管两端的压力差在气体参数一定的情况下，与表壳内的容积和毛细管的长度成正比，与毛细管的内径的四次方成反比。
表壳的容积随膜盒的膨胀与收缩，由微小的变化，会使仪表指示产生误差，但这种误差随升降速度的变化有一定的规律。
所以在设计升降速度表时应予以考虑消除。
为了便于更换毛细管，其内径保持一定。
所以改变毛细管的长度，就可以在同样的升降速度下，改变毛细管两端的压力差。
毛细管越长，气体愈不易通过，压力差愈大。
因此，可用改变毛细管长度的方法，达到消除或减小误差的目的。
升降速度表的方法误差由两种，一是延迟误差，二是气温方法误差。
4.1延迟误差
当飞机由平飞转入上升或下降，或者由升降飞行状态转入平飞时，升降速表不能立即指示出相应的数值，在这一段时间内，仪表指示值愈飞机升降速度的实际值之差，叫做延迟误差。
自升降速度有零开始到接近稳定指示值所需的时间叫做延迟时间。
飞机升降速度从零跃变到某一数值时，由于毛细管两端的气压差从产生到稳定下来由一个过程。
仪表指示也只能从零逐渐增加，而不能立即指示出实际值。
要减小延迟误差，必须要增加毛细管的直径或减小毛细管的长度及仪表容积。
从仪表的结构来看，容积减小，流过毛细管的空气量减少，因而延迟误差减小，但是容积减小是膜盒变形对延迟误差的的影响变大，对于容积一定的仪表，在设计时，应把这种影响考虑在内，予以消除。
因而说，延迟误差和容积无关。
改变毛细管的直径，给制造和维护带来不变。
现在常用减小延迟误差的方法是改变毛细管的长度。
仪表越灵敏，延迟误差越小。
但是仪表灵敏度过高，会造成仪表指示稳定性下降，所以要综合考虑各种性能指标的要求。
升降速度表的延迟误差一般用延迟时间来表示。
自升降速度从零开始跃变指示值接近稳定值所经过的时间，或飞机由上升或下降改平飞后，仪表指示回到零所经过的时间叫延迟时间。
一般升降速度表的延迟时间只有几秒钟。
4.2气温方法误差
气温对毛细管两端压力差的影响比较复杂。
压力差和表壳内气温，飞机外部大气。
毛细管内的平均气温都有关系。
毛细管两端压力差和毛细管内平均气温成正比，和表壳内部气温、飞机外部大气温度成反比。
现代飞机座舱一般是恒温的，表壳内气温受座舱温度影响，一般认为不变，毛细管内平均气温主要受大气静温影响。
由于空气的粘性系数和气温有关，当毛细管内平均温度升高时，空气分子的运动速度增大，空气流动过程中各流层之间的内摩擦增大，使粘性系数增大，在升降速度表的使用范围内，可以近似地认为空气粘性与平均温度成正比。
相对误差随高度增加而增大。
飞机外部气温、表壳内部气温和毛细管内平均气温相等，压力差和气温无关，当三者不等时，会影响毛细管两端的压力差值，使升降速度表产生气温方法误差。
飞机上升时，表壳内气温等于座舱温度，由于表壳绝热，座舱气温变化对表壳内气温影响很小，可以认为不变。
飞机上升，大气温度降低，此时表壳内气温和大气温度不等，产生温度误差。
如果毛细管中的平均温度随高度变化而变化的因素也考虑在内，则相对误差可达到30℅。
由于在11000米高空时，升降速度表的相对误差很大，影响仪表的使用。
但是升降速度表的绝对误差是和升降速度的大小成正比的。
飞机水平飞行时，绝对温度误差为零。
这种特性有利于在地平仪发生故障时，和其他仪表配合代替地平仪来判断飞机的俯仰和转弯等发行状态，检查飞机是否平飞。
飞行中，表壳内气温因表壳不能绝对绝热而变化，这种变化除了产生温度误差外，还会产生附加误差。
例如，当表壳内气温升高时，表壳内气压随之增大，即使飞机升降速度为零，毛细管两端也有压力差，仪表指示指示上升速度。
所以说，这种因表壳内气温变化引起起的误差就是附加误差。
附加误差之和表壳内气体温度有关。
表壳内气温不变，附加误差为零。
为了减小附加误差，升降速度表的表壳一般都用绝热性能良好的材料制成，且表壳较厚。
常温指示误差：
当升降表在其量程内，承受所规定的压力变化率时，升降表的常温（20士2r-）指示误差不应大于表1的规定。
高温指示误差：
当升降表在其量程内，承受所规定的压力变化率时，升降表的高温（60士21C）指示误差不应大于表2的规定。
低温指示误差：
a）当升降表在其量程内，承受所规定的压力变率时，升降表的低温（-4512`C）指示误差不应大于表2的规定。
或按专用规范规定。
b）升降表在低温（一55士2'C）时应能工作。
升降速度表的主要技术性能
（1）指针在常温下的零位偏移：
不大于±1米/秒
（2）指针从最大位置的回零时间：
4～12秒
表3
检查点（米/秒）
20
30
40
60
100
140
200
误差（米/秒）
±3
±3
±20
±20
±20
±30
±30
第六章升降速度表的测试
6.1功能振动试验
升降表按图1、图2所示曲线或按专用规范的规定进行功能振动试验，其结果应符合表1和表2的要求
正弦扫频功能曲线宽带随机功能曲线
6.2耐久功能试验
升降速度表按图3、图4所示曲线或是按专用的规范规定进行耐久功能试验，升降速度表应能工作，各部件没有损坏。
正弦扫频功能曲线宽带随机功能曲线
第七章升降速度表的试验方法
7.1试验条件
（1）标准试验条件
温度:
20士21v
相对湿度:
20%一80%
气压:
试验场所气压
（2）蜂鸣振动
除非另有规定，读数时应施加蜂鸣振动，蜂鸣加速度为0.1--0.3g，频率20--100Hz,
（3）外观检查
目视检查升降表的外观应符合3.12的规定。
7.2性能检查
（1）常温指示误差检查
在标准试验条件下，将升降表指针调到零位后，使接管嘴与真空源、压力源、升降速度试验
器相接，平稳地改变真空度。
在规定的检测高度上，使升降速度试验器指示在被检查的升降速
度值上，然后读取升降表的指示值，此值与升降速度试验器指示之差，应符合规定。
（2）调零范围检查
转动调节螺钉，升降表指针转动的范围应符合上升和下降不应小于2时so规定。
（3）止动范围检查
将升降表与升降速度试验器、真空源、压力源连接起来，使升降表工作，目视检查止动范围，应符合专用规定。
（4）泄漏检查
将静压接口接到测试仪和真空源上，以不超过最大的升降速度给静压接口施加50.7kPa的压力，保持lmin，内由泄漏引起的压差
下降不应大于0.17kPa（1.27mmHg）o。
（5）指针延迟检查
将静压接管嘴与真空源或压力源相接，按上升或下降速度平稳地改变真空度，使指针指向最大刻度，然后瞬时释放此真空或压力，记下指针返回时越过试验区间（下降或上升）的时间，应符合指针越过规定试验区间的时间为3-7s的规定。
（6）指针行程不均匀性检查
将升降表与升降速度试验器、真空源、压力源连接起来，使升降表工作，观察升降表指针行
程的不均匀性，应符合：
从0到最大量程范围内均匀变化升降速度时，升降表指针行程的不均匀性不应超过:
a）正常温度下，沿刻度盘弧长2mm;
b）高、低温下，沿刻度盘弧长3mmo。
（7）位置误差检查
在标准试验条件下，将升降表指针调到零位，并记取在正常工作位置时任意三点刻度的指
示值，然后，记取升降表绕纵轴转动900,1800,270’及刻度面向上四种位置的指示值。
其正常
位置与四种位置刻度指示值之差，应符合表1规定。
（8）磁影响检查
将升降表靠近磁罗盘，距磁罗盘最近点间的距离为20cm时观察磁罗盘指针指示变化量，其值应符合规定，磁罗盘指针偏转不应大于1。
（9）过负荷检查
将指针调到零位，并将升降表静压接嘴与静压源及过负荷试验器连接，然后以专用规范规定的上升或下降速度对升降表进行过负荷冲击，试验结束后，应符合按量程升降表承受150一300m/s的升降速度后，在5min内指针应回到初始读数5士0.5之内。
（10）绝缘电阻检查
按专用规范规定检查电路与壳体之间的绝缘电阻表3的规定。
7.3环境试验
（1）高温贮存试验
按规定的方法进行试验，其结果应符合表1和7.1（6）a）规定。
（2）高温工作试验
按规定的方法进行试验，升降表在高温箱（室）内按规定的温度保持lh，按规定的方法进行检测，其结果应符合表2和7.1（6）b）规定。
（3）低温贮存试验
按规定的方法进行试验，其结果应符合表1和7.1（6）a）规定。
（4）低温工作试验
a）按规定在-45℃低温下工作的方法进行试验，升降表在低温箱（室）内按规定的温度保持lh，其结果应符合表1规定。
b）按规定在-45℃低温下工作方法，升降表在低温箱（室）内按规定的温度保持lh，
其结果应满足表2规定。
（5）温度冲击试验
按规定的方法进行试验，其结果应符合表1和7.1（6）a）规定。
7.4振动试验
利用夹具将升降表按正常工作位置牢固地固定在振动台上，振动夹具应能使升降表沿三
个正交轴向进行振动。
试验的监控点应选在试验台或安装架与产品的连接处。
7.5功能振动试验
升降表按图1、图2规定的曲线进行各30min的功能振动试验（其中正弦扫频振动包括5min的谐振），或按专用规范的规定进行
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