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[摘 要]为了得到软式操纵系统中钢索预加张力、滑轮包角与系统摩擦力之间的关系，建立了钢索摩擦力试验台架，测量了不同张力、不同滑轮包角下的摩擦力。通过试验数据处理分析得到了钢索预加张力、滑轮包角与摩擦力之间的关系曲线。研究结果表明在张力小于370N时，摩擦力随着预加张力的增加基本呈线性增加模式；在包角小于16°时，摩擦力随包角的增大基本呈线性增加模式，当包角大于16°时，随着包角的增大，摩擦力基本不变。
[关键词]软式操纵系统，预加张力，滑轮包角
中图分类号：V227+.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0172-02
[Abstract]In order to realize the relation between cable tension、wrap angle and friction of the flexible control system， we established test stand， measured the friction of different tension and wrap angle. The relation curve between the cable tension、wrap angle and friction are obtained by the analysis of experiment data. Study shows that in the tension region lower than 370N， the friction increases linearly as the tension. When the wrap angle is less than 16°，the friction increases linearly as the wrap angle， but when the wrap angle is more than 16°，the friction remains unchanged as the increase of the wrap angle.
[Key words]flexible control system， cable tension， wrap angle
引言
软式操纵系统主要包括钢索组件、滑轮组件、导向板组件、防护板组件、气密接头、张力调节器、反向摇臂组件等部件【1】，运动原理如图1所示。在传动过程中，有预加张力的钢索的伸长比无预加张力的钢索小【2】，所以软式操纵系统均会设置钢索的预加张力。
软式操纵系统零部件数量众多，摩擦力影响因素比较复杂。但由于在正常飞行时系统中防护板组件与钢索不接触，导向板与钢索为平行位置接触，所以软式系统的摩擦力大小主要与滑轮包角、摩边角、钢索预加张力关系密切。由于目前尚没有摩擦力的相关数据，软式操纵系统进行初始设计时，系统摩擦力并没有定量的数据，仅仅是作为系统设计的结果来接受的，导致最终系统的操纵性能不太理想。为了在今后初始设计软式操纵系统时有更多定量的输入，有必要通过试验研究软式操纵系统摩擦力与滑轮包角、摩边角、张力之间的关系，因此搭建了钢索摩擦力测试试验台架，来研究软式系统的摩擦力。由于在软式操纵系统初始设计时，理论上钢索与滑轮的摩边角为0，所以本论文主要研究了摩擦力与预加张力、滑轮包角之间的关系。
一、试验原理
（一）试验被测对象的选取
在设计软式操纵系统时应特别注意：并非选取钢索直径越大越好，剩余强度越大越安全，因为选择直径过大的钢索会大大增加系统摩擦力和显著降低使用疲劳寿命。经验设计数据表明：用于升降舵、方向舵和副翼操纵系统中的钢索最小直径为3.2mm。所以在满足强度和刚度要求的前提下，应尽量采用直径小的钢索。滑轮分为金属滑轮和酚醛塑料滑轮两种【1】。本试验选取的被测对象为1根直径3.2mm的碳素钢钢索，2个直径为100mm的铝合金滑轮。
（二） 试验原理
如图2所示，通过电液伺服位移信号发生器发出位置号，带动钢索运动，配重块跟随运动，位于在1#滑轮上方的力传感器测量运动过程中钢索承受的力。根据力平衡原理，当钢索向上运动时，钢索与滑轮间的摩擦力等于钢索承受的力减去由于配重块、钢索和传感器的自重；当钢索向下运动时，钢索与滑轮间的摩擦力等于由于配重块、钢索和传感器的自重减去钢索承受的力，即
二、试验过程：
（一）试验装置
软式操纵系统摩擦力试验台架如图3所示，试验台架由左侧固定机架、右侧固定机架、中间活动机架构成。电液伺服位移信号发生器、1#滑轮固定支座安装在右侧固定机架上，2#滑轮固定支座安装在中间活动机架上，左侧固定机架与右侧固定机架之间有4根滑轨，中间活动机架可以沿4根滑轨左右移动。通过中间活动机架的左右移动，便可实现1#和2#滑轮上钢索包角的变化；配重块挂在钢索的下端，配重块对钢索的牵拉使钢索产生预加张力，改变配重块的重量，便能改变钢索的预加张力。
试验过程中，通过改变中间活动机架的位置及配重块的重量，测试了滑轮包角为90°、82.9°、74.3°、60.2°、50.5°、42°、33.3°、19°、13°、7.6°、4.7°時，张力分别为80N、110N、160N、190N、210N、250N、280N、310N、340N、370N时钢索的摩擦力。
（二）试验数据分析：
为了表述滑轮包角、预加张力与摩擦力之间的关系，对试验数据进行拟合，拟合后的趋势图如图4、图5所示。
根据图4所示，在包角小于16°时软式操纵系统的摩擦力随包角增大基本呈线性增大，包角大于16°后，摩擦力值趋于稳定，不再随包角的
变化而变化。同时可以看出，当包角不变时，张力越大摩擦力越大。运用MATLAB进行数据拟合，包角小于16°时曲线为，其中f为摩擦力，为包角，t为常值。预加张力不同时，相应的k、t值见表1。当软式操纵系统的预加张力确定后，根据系统的设计，将包角带入拟合公式中，计算出系统的摩擦力。
通过图5 可知：滑轮包角不变时，软式操纵系统的摩擦力与预加张力几乎是呈线性增大的；当包角大于16°时，摩擦力随张力变化曲线的斜率基本相同。运用MATLAB进行数据拟合，拟合公式为，其中f为摩擦力，F为钢索预加张力，b为常值。张力不同时，a、b具体值见表2。计算得：在370N张力范围内，张力每增加50N，摩擦力大致会增加10%左右。整个钢索传动装置包含的滑轮数量众多，所以合理设置钢索的预加张力对软式操纵系统的摩擦力非常关键。
三、结束语
建立了钢索摩擦力试验台架，通过改变活动机架的位置及配重块的质量，来改变滑轮包角及钢索预加张力，测试了不同包角、不同张力下的摩擦力值。通过数据处理，建立了摩擦力随预加张力、滑轮包角的变化趋势图及拟合曲线，为今后软式操纵系统的初步设计提供了理论基础。由于在工程实践中，实际安装会造成滑轮摩边角的存在，在后续的工作中会结合工程实践继续研究摩擦力与滑轮摩边角之间的关系。
参考文献
[1]《飞机设计手册》总编委会编. 飞机设计手册（第12册）. 北京：航空工业出版社，2002.
[2] 徐鑫福主编. 飞机飞行操纵系统. 北京：北京航空航天大学出版社，1989.
[关键词]软式操纵系统，预加张力，滑轮包角
中图分类号：V227+.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0172-02
[Abstract]In order to realize the relation between cable tension、wrap angle and friction of the flexible control system， we established test stand， measured the friction of different tension and wrap angle. The relation curve between the cable tension、wrap angle and friction are obtained by the analysis of experiment data. Study shows that in the tension region lower than 370N， the friction increases linearly as the tension. When the wrap angle is less than 16°，the friction increases linearly as the wrap angle， but when the wrap angle is more than 16°，the friction remains unchanged as the increase of the wrap angle.
[Key words]flexible control system， cable tension， wrap angle
引言
软式操纵系统主要包括钢索组件、滑轮组件、导向板组件、防护板组件、气密接头、张力调节器、反向摇臂组件等部件【1】，运动原理如图1所示。在传动过程中，有预加张力的钢索的伸长比无预加张力的钢索小【2】，所以软式操纵系统均会设置钢索的预加张力。
软式操纵系统零部件数量众多，摩擦力影响因素比较复杂。但由于在正常飞行时系统中防护板组件与钢索不接触，导向板与钢索为平行位置接触，所以软式系统的摩擦力大小主要与滑轮包角、摩边角、钢索预加张力关系密切。由于目前尚没有摩擦力的相关数据，软式操纵系统进行初始设计时，系统摩擦力并没有定量的数据，仅仅是作为系统设计的结果来接受的，导致最终系统的操纵性能不太理想。为了在今后初始设计软式操纵系统时有更多定量的输入，有必要通过试验研究软式操纵系统摩擦力与滑轮包角、摩边角、张力之间的关系，因此搭建了钢索摩擦力测试试验台架，来研究软式系统的摩擦力。由于在软式操纵系统初始设计时，理论上钢索与滑轮的摩边角为0，所以本论文主要研究了摩擦力与预加张力、滑轮包角之间的关系。
一、试验原理
（一）试验被测对象的选取
在设计软式操纵系统时应特别注意：并非选取钢索直径越大越好，剩余强度越大越安全，因为选择直径过大的钢索会大大增加系统摩擦力和显著降低使用疲劳寿命。经验设计数据表明：用于升降舵、方向舵和副翼操纵系统中的钢索最小直径为3.2mm。所以在满足强度和刚度要求的前提下，应尽量采用直径小的钢索。滑轮分为金属滑轮和酚醛塑料滑轮两种【1】。本试验选取的被测对象为1根直径3.2mm的碳素钢钢索，2个直径为100mm的铝合金滑轮。
（二） 试验原理
如图2所示，通过电液伺服位移信号发生器发出位置号，带动钢索运动，配重块跟随运动，位于在1#滑轮上方的力传感器测量运动过程中钢索承受的力。根据力平衡原理，当钢索向上运动时，钢索与滑轮间的摩擦力等于钢索承受的力减去由于配重块、钢索和传感器的自重；当钢索向下运动时，钢索与滑轮间的摩擦力等于由于配重块、钢索和传感器的自重减去钢索承受的力，即
二、试验过程：
（一）试验装置
软式操纵系统摩擦力试验台架如图3所示，试验台架由左侧固定机架、右侧固定机架、中间活动机架构成。电液伺服位移信号发生器、1#滑轮固定支座安装在右侧固定机架上，2#滑轮固定支座安装在中间活动机架上，左侧固定机架与右侧固定机架之间有4根滑轨，中间活动机架可以沿4根滑轨左右移动。通过中间活动机架的左右移动，便可实现1#和2#滑轮上钢索包角的变化；配重块挂在钢索的下端，配重块对钢索的牵拉使钢索产生预加张力，改变配重块的重量，便能改变钢索的预加张力。
试验过程中，通过改变中间活动机架的位置及配重块的重量，测试了滑轮包角为90°、82.9°、74.3°、60.2°、50.5°、42°、33.3°、19°、13°、7.6°、4.7°時，张力分别为80N、110N、160N、190N、210N、250N、280N、310N、340N、370N时钢索的摩擦力。
（二）试验数据分析：
为了表述滑轮包角、预加张力与摩擦力之间的关系，对试验数据进行拟合，拟合后的趋势图如图4、图5所示。
根据图4所示，在包角小于16°时软式操纵系统的摩擦力随包角增大基本呈线性增大，包角大于16°后，摩擦力值趋于稳定，不再随包角的
变化而变化。同时可以看出，当包角不变时，张力越大摩擦力越大。运用MATLAB进行数据拟合，包角小于16°时曲线为，其中f为摩擦力，为包角，t为常值。预加张力不同时，相应的k、t值见表1。当软式操纵系统的预加张力确定后，根据系统的设计，将包角带入拟合公式中，计算出系统的摩擦力。
通过图5 可知：滑轮包角不变时，软式操纵系统的摩擦力与预加张力几乎是呈线性增大的；当包角大于16°时，摩擦力随张力变化曲线的斜率基本相同。运用MATLAB进行数据拟合，拟合公式为，其中f为摩擦力，F为钢索预加张力，b为常值。张力不同时，a、b具体值见表2。计算得：在370N张力范围内，张力每增加50N，摩擦力大致会增加10%左右。整个钢索传动装置包含的滑轮数量众多，所以合理设置钢索的预加张力对软式操纵系统的摩擦力非常关键。
三、结束语
建立了钢索摩擦力试验台架，通过改变活动机架的位置及配重块的质量，来改变滑轮包角及钢索预加张力，测试了不同包角、不同张力下的摩擦力值。通过数据处理，建立了摩擦力随预加张力、滑轮包角的变化趋势图及拟合曲线，为今后软式操纵系统的初步设计提供了理论基础。由于在工程实践中，实际安装会造成滑轮摩边角的存在，在后续的工作中会结合工程实践继续研究摩擦力与滑轮摩边角之间的关系。
参考文献
[1]《飞机设计手册》总编委会编. 飞机设计手册（第12册）. 北京：航空工业出版社，2002.
[2] 徐鑫福主编. 飞机飞行操纵系统. 北京：北京航空航天大学出版社，1989.