本發(fā)明涉及航空發(fā)動機更換操作，尤其涉及一種發(fā)動機調(diào)姿控制方法及發(fā)動機舉升系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在航空發(fā)動機領(lǐng)域，為保障飛機持續(xù)適航安全的運行，當(dāng)發(fā)動機出現(xiàn)故障或達到限制使用條件時，需開展在翼換發(fā)工作。因發(fā)動機重量和體積大、外部布局復(fù)雜、安裝空間小等原因，導(dǎo)致更換發(fā)動機的周期長、難度大。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，在翼換發(fā)需借助引導(dǎo)工裝，包括荊棘鎖鏈、拉力磅表等工具，通過扳手對荊棘鎖鏈擰緊或松開來實現(xiàn)發(fā)動機的上升和下放。根據(jù)調(diào)研，通常一臺發(fā)動機的在翼換發(fā)需要8人6小時以上協(xié)同操作才能完成。在翼換發(fā)過程對操作人員的依賴性強、工作效率低、可靠性差、存在安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提出了一種發(fā)動機調(diào)姿控制方法及發(fā)動機舉升系統(tǒng)，能夠有效實現(xiàn)在翼換發(fā)，提升換發(fā)準確度和效率。

2、具體地，本發(fā)明提出了一種發(fā)動機調(diào)姿控制方法，適用于在翼換發(fā)，包括步驟：

3、s1，對舉升定位器及設(shè)置其上的位移傳感器進行初始定位，對所述位移傳感器進行校準并標定，所述舉升定位器用于舉升所述發(fā)動機以調(diào)整所述發(fā)動機位姿；

4、s2，在所述發(fā)動機安裝系統(tǒng)和飛機吊架布置標定塊，激光雷達掃描所述發(fā)動機安裝系統(tǒng)和飛機吊架的位置環(huán)境，生成對應(yīng)的初始三維點云圖；

5、s3，建立虛擬坐標系，根據(jù)所述初始三維點云圖在所述虛擬坐標系上標定所述發(fā)動機安裝系統(tǒng)和飛機吊架的初始位置；

6、s4，基于所述初始位置計算所述發(fā)動機的舉升路徑，根據(jù)所述舉升路徑控制所述舉升定位器舉升所述發(fā)動機到達指定位置，在舉升過程中，激光雷達持續(xù)掃描所述發(fā)動機安裝系統(tǒng)和飛機吊架的位置環(huán)境，更新三維點云圖，基于虛擬坐標系同步更新舉升路徑。

7、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述飛機吊架包括飛機吊掛及連接所述飛機吊掛底部兩側(cè)的短艙罩，所述安裝系統(tǒng)包括發(fā)動機工藝件及設(shè)置在所述發(fā)動機工藝件頂部的前安裝節(jié)和后安裝節(jié)；

8、在步驟s2中，在所述飛機吊掛和短艙罩上布置第一標定塊，在所述前安裝節(jié)和后安裝節(jié)上布置第二標定塊，在所述前安裝節(jié)和后安裝節(jié)的頂部各布置一個激光雷達，所述激光雷達基于所述第一標定塊和第二標定塊掃描所述安裝系統(tǒng)和飛機吊架的位置環(huán)境。

9、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述飛機吊掛底部與所述前安裝節(jié)和后安裝節(jié)對位的兩個連接區(qū)域各布置至少3個所述第一標定塊，在每個所述短艙罩的內(nèi)側(cè)蒙皮上至少布置9個所述第一標定塊；

10、在所述前安裝節(jié)和后安裝節(jié)的頂部至少各布置2個所述第二標定塊。

11、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，9個所述第一標定塊分成3組，每組三個，在每個所述短艙罩的內(nèi)側(cè)蒙皮上按設(shè)定轉(zhuǎn)角α均布3組所述第一標定塊，且30°≤轉(zhuǎn)角α≤70°。

12、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在步驟s2中，生成初始三維點云圖的過程包括：

13、基于立體視覺技術(shù)以及圖像處理技術(shù)完成對雙目視覺左右圖像的標定和匹配；采用立體視覺匹配算法完成由圖像坐標到實際坐標的映射；計算被標記區(qū)域的面積及特征點的空間坐標，實現(xiàn)對所述安裝系統(tǒng)和飛機吊架表面標定塊的三維測量和立體重建。

14、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在步驟s4通過kf-slam算法計算優(yōu)化點云圖，包括步驟：

15、s41，依據(jù)所述飛機吊掛和安裝系統(tǒng)上的第一標定塊和第二標定塊確定所述發(fā)動機的初始位置和姿態(tài)信息，計為數(shù)據(jù)集m0；

16、s42，發(fā)動機姿態(tài)測量，基于所述發(fā)動機的初始位置和姿態(tài)信息，通過舉升定位器上的位移傳感器獲取的位移數(shù)據(jù)來計算所述發(fā)動機的理論位置和姿態(tài)信息，計算數(shù)據(jù)集m1；

17、s43，基于激光雷達的實時掃描所述第一標定塊和第二標定塊以獲取所述安裝系統(tǒng)與飛機吊掛的位置信息，計算所述發(fā)動機實時位置和姿態(tài)信息，計為數(shù)據(jù)集m2；

18、s44，將數(shù)據(jù)集m1和m2對比分析，若滿足數(shù)據(jù)集設(shè)定條件，則關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集m0、m1、m2，持續(xù)更新三維點云地圖，計算并更新舉升路徑。

19、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述數(shù)據(jù)集設(shè)定條件為：|m1-m2|＜10％×min{m1，m2}，若滿足，控制所述舉升定位器舉升所述發(fā)動機到達指定位置，若不滿足，則停止舉升操作。

20、本發(fā)明還提供了一種發(fā)動機舉升系統(tǒng)，適用于前述的發(fā)動機調(diào)姿控制方法，包括：

21、發(fā)動機舉升裝置，包括安裝托架、四個舉升定位器和四個工藝轉(zhuǎn)接件，所述安裝托架用于承載所述發(fā)動機，四個所述舉升定位器包括一個舉升主定位器和三個舉升輔定位器，分別布置在所述安裝托架的一角，每個所述舉升定位器通過一個所述工藝轉(zhuǎn)接件與所述安裝托架連接，每個所述舉升定位器能在所述發(fā)動機的x/y/z軸上移動以通過所述工藝轉(zhuǎn)接件帶動所述發(fā)動機產(chǎn)生位移；

22、傳感器組，包括力傳感器和位移傳感器，在每個所述舉升定位器上布置一個所述力傳感器用于獲取所述舉升定位器帶動所述工藝轉(zhuǎn)接件的拉力，在每個所述舉升定位器上布置多個位移傳感器，用于檢測所述舉升定位器在所述發(fā)動機的x/y/z軸上的位移；

23、電子控制單元，設(shè)置于所述舉升主定位器，所述電子控制單元包括數(shù)據(jù)采集控制模塊和計算模塊，所述數(shù)據(jù)采集控制模塊用于接收所述傳感器組獲取的檢測信號及所述激光雷達掃描信號，所述計算模塊基于掃描信號生成初始三維點云圖，并建立虛擬坐標系，在初始三維點云圖上標定所述發(fā)動機安裝系統(tǒng)和飛機吊架的初始位置，所述計算模塊基于所述初始位置計算所述發(fā)動機的舉升路徑，所述電子控制單元基于所述舉升路徑通過四個舉升定位器差動來實現(xiàn)對所述發(fā)動機在空間姿態(tài)的6自由度調(diào)整；其中，在舉升過程中，所述數(shù)據(jù)采集控制模塊持續(xù)接收檢測信號和掃描信號，所述計算模塊基于檢測信號和掃描信號持續(xù)更新三維點云圖，并基于虛擬坐標系同步計算舉升路徑。

24、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述數(shù)據(jù)采集控制模塊所接收的位移傳感器的信號應(yīng)當(dāng)滿足位移設(shè)定條件，在每個所述舉升定位器上布置多個位移傳感器，且在所述發(fā)動機的x/y/z軸的任一軸方向上布置兩個位移傳感器，用于檢測所述舉升定位器在該軸上的位移，獲取位移信號為p1和p2；

25、所述位移設(shè)定條件為：

26、若p1和p2信號正常，且滿足|p1-p2|＜10％×min{p1，p2}，則將所述信號的均值p3作為該軸的位移值，p3＝(p1+p2)/2；

27、若p1或p2中的一個信號正常，則采用其中正常信號作為該軸的位移值；

28、若p1和p2信號正常，且|p1-p2|≥10％×min{p1，p2}，則需要對位移傳感器進行校正；

29、若p1和p2信號均不正常，則需要更換對應(yīng)的位移傳感器并進行校正。

30、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述數(shù)據(jù)采集控制模塊所接收的力傳感器的信號應(yīng)當(dāng)滿足拉力設(shè)定條件，設(shè)四個拉力信號為f1、f2、f3、f4，所述拉力設(shè)定條件為：

31、若max{f1，f2，f3，f4}-min{f1，f2，f3，f4}＜10％×min{f1，f2，f3，f4}，則說明拉力信號正常；

32、若max{f1，f2，f3，f4}-min{f1，f2，f3，f4}≥10％×min{f1，f2，f3，f4}，則所述電子控制單元或數(shù)據(jù)采集控制模塊觸發(fā)安全報警。

33、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，每個所述舉升定位器包括：

34、底座模塊，包括底座組件、第一滑軌、第一電機和電機固定板，所述第一滑軌固定設(shè)置在所述底座組件上，所述第一電機固定在所述電機固定板上，所述第一電機用于驅(qū)動所述電機固定板沿所述第一滑軌移動；

35、滑枕模塊，包括安裝板組件、滑枕移動組件、第二滑軌、第二電機和柔性連接件，所述第二滑軌固定在所述滑枕移動組件上，所述第二電機固定在所述安裝板組件上，所述第二電機用于驅(qū)動所述滑枕移動組件沿所述第二滑軌的長度方向上移動，所述柔性連接件的一端與所述滑枕移動組件連接固定，另一端與所述工藝轉(zhuǎn)接件連接固定；

36、立柱模塊，包括立柱組件、第三滑軌、第三電機和滾珠絲杠，所述立柱組件的底部固定在所述電機固定板上，所述滾珠絲杠與所述安裝板組件配合，所述第三電機用于驅(qū)動所述滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，通過所述安裝板組件帶動整個滑枕模塊沿所述第三滑軌的長度方向上移動；

37、所述第一滑軌、第二滑軌和第三滑軌的長度方向與所述發(fā)動機的x向、y向和z向?qū)?yīng)。

38、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述計算模塊對所述舉升路徑對應(yīng)的發(fā)動機的指定位姿進行求解，將所述指定位姿的空間位置和姿態(tài)分解為每個舉升定位器在x/y/z軸方向上的運動行程，通過所述電子控制單元同步驅(qū)動舉升定位器聯(lián)動以使所述發(fā)動機到達指定位姿。

39、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，對所述發(fā)動機的舉升方式包括單點移動、線性移動和非線性移動；

40、所述單點移動是指所述電子控制單元控制某個所述舉升定位器根據(jù)實際需求沿x軸或y軸或z軸進行移動；

41、所述線性移動是指所述電子控制單元對三個舉升輔定位器與舉升主定位器進行線性同步控制，三個舉升輔定位器的三軸移動按線性關(guān)系與舉升主定位器三軸移動同步以使所述發(fā)動機在設(shè)定時間到達指定位置；

42、所述非線性移動是指所述電子控制單元對三個舉升輔定位器與舉升主定位器進行非線性同步控制，三個舉升輔定位器的三軸移動按非線性關(guān)系與舉升主定位器三軸移動同步以使所述發(fā)動機在設(shè)定時間到達指定位置；

43、所述電子控制單元計算非線性移動參數(shù)，所述電子控制單元采用非線性移動參數(shù)來控制四個所述舉升定位器動作，根據(jù)凸輪耦合5項式計算非線性移動參數(shù)，計算位置、速度和加速度的公式為：

44、位置：f(x)＝a0+a1×x+a2×x^2+a3×x^3+a4×x^4+a5×x^5；

45、速度：f’(x)＝a1+2×a2×x+3×a3×x^2+4×a4×x^3+5×a5×x^4；

46、加速度：f”(x)＝2×a2+6×a3×x+12×a4×x^2+20×a5×x^3；

47、其中，x為時間，f(x)為某軸在某時間點的位置，速度為一階求導(dǎo)，加速度為二階求導(dǎo)，a0～a5為非線性移動參數(shù)。

48、本發(fā)明提供的一種發(fā)動機調(diào)姿控制方法及發(fā)動機舉升系統(tǒng)，將激光雷達slam應(yīng)用于航空發(fā)動機在翼換發(fā)過程，對在翼換發(fā)過程中位移傳感器、力傳感器組成的傳統(tǒng)定位系統(tǒng)進行補充，同時估測在翼換發(fā)過程中發(fā)動機的位姿、飛機吊掛和短艙罩的三維點云地圖，通過激光雷達slam構(gòu)建發(fā)動機在翼換發(fā)過程的移動路徑，提升在翼換發(fā)過程的定位精準性，提高在翼換發(fā)過程的安全性和整體效率。

49、應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明以上的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性的，并且旨在為所述的本發(fā)明提供進一步的解釋。