战机机体空间姿态测量仪及战机机体空间姿态测量方法与流程

本发明涉及一种战机纵轴测量设备和方法，具体地说是一种战机机体空间姿态测量仪及使用该测量仪测量战机机体空间姿态的方法。

背景技术：

武装直升机、固定翼战机等各类战机上使用的武器系统在安装或调整之后需要进行校准，战机服役期间也需定期或根据飞行员的需要多次进行校准，战机武器校准前需要首先确定战机的空间姿态，即机体纵轴的空间方向，然后将战机武器和瞄准设备指向调整至与机体纵轴方向一致。目前现有的战机武器系统的校准大都采用缩距靶板校准法，该方法在校靶之前需要工作人员使用起重工具将战机的机体顶至水平姿态，以水平面为参考再用拉线法确定机体方位，这种校准方法在顶平机体时至少需要十几名工作人员相互协调操作，拉线确定方位时操作步骤繁琐、效率较低，每次测量机体姿态至少需要3-4小时的时间，难以满足现代化战争对战机快速反应的要求，测量作业对地面平整度的要求较高，无法满足野战环境中随时校准战机武器的需求，拉线测量过程中受风力影响较大，户外环境中校靶的精准度无法保证。为满足野外校准的需求，本领域技术人员曾提出一种使用光纤陀螺仪对战斗机武器系统进行校准的方法及设备并已获得了专利授权（授权公告号：cn104089529b），该技术主要为野外环境和移动载体上校准武器系统提供了方案和设备，但由于其采用两组设备对视的方式确定机体纵轴方位，调整时两组瞄准线位置始终在变化，工作人员需在两组设备之间多次往来操作，通常需要30分钟以上的时间才能确定机体的空间姿态。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种战机机体空间姿态测量仪，它不受地面平整度和风力的影响，能够在野外环境中随时对战机的武器系统校准创造条件，机体姿态确定过程可单人独立完成，熟练后单人5-10分钟内即可完成机体空间姿态的测量工作。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：包括三脚伸缩支架，三脚伸缩支架顶部设置下横板，下横板一侧通过纵支架与上横板连接，上横板远离纵支架的一端开设通孔，通孔上方安装锥形块，锥形块的底面为球冠面，球冠面与通孔接触配合，球冠面的圆心与锥形块的顶点重合，球冠面底部中心通过吊柱与带有十字瞄准线的第一观察镜连接，第一观察镜上安装第一双轴数显倾角仪，第一双轴数显倾角仪能够显示第一观察镜十字瞄准线所指示方向的俯仰角度和横滚角度，第一观察镜下方安装带有纵向瞄准线的第二观察镜，第一观察镜的中轴线、第二观察镜的中轴线以及锥形块的顶点始终处于同一平面内，第二观察镜下方设置旋转横移装置，旋转横移装置上部通过调节支架与第一观察镜连接，旋转横移装置下部与下横板连接。第二观察镜与第一观察镜之间通过铰接座铰接，铰接座的铰接轴上安装锁紧螺帽，第二观察镜相对第一观察镜的俯仰角度可通过锁紧螺帽调节和锁定。所述旋转横移装置包括旋转云台，旋转云台的转动部件与调节支架连接，旋转云台下方安装双轴平移台，双轴平移台能够沿两个相互垂直的水平坐标轴方向对旋转云台的水平位置进行调节，旋转云台与双轴平移台之间通过纵向高度可变化的连接件连接。所述纵向高度可变化的连接件包括横置在旋转云台与双轴平移台之间的连接板，连接板一端与双轴平移台顶面连接，连接板另一端与旋转云台底面连接。所述第一观察镜和第二观察镜的目镜端均安装弯管目镜。所述第一观察镜和第二观察镜的目镜端均安装带有电子显示屏的电子目镜。

使用所述的战机机体空间姿态测量仪测量战机机体空间姿态的方法，包括下述步骤：

①使用第二双轴数显倾角仪放置在战机机体上的姿态测量位置，记录第二双轴数显倾角仪显示的机体俯仰角度和横滚角度数值；

②将所述战机机体空间姿态测量仪放置在战机后部的纵轴标记点下方，调节三脚伸缩支架的高度使锥形块的顶点与战机后部的纵轴标记点接触；

③调节旋转横移装置使第一双轴数显倾角仪显示的俯仰角度和横滚角度数值与第二双轴数显倾角仪测得的机体俯仰角度和横滚角度数值一致，同时确保第二观察镜的纵向瞄准线与战机前部的纵轴标记点重合，此时第一观察镜的十字瞄准线所指示方向即为该战机机体纵轴方向。

在进行步骤③之前，在战机前部的纵轴标记点的凹孔内插入标识棒，标识棒为截锥体，标识棒侧壁开设扇形凹槽，扇形凹槽的两个侧面在标识棒的中线处相交，扇形凹槽的两个侧面之间的夹角为10°-120°，步骤③调节旋转横移装置时使第二观察镜的纵向瞄准线与标识棒上的扇形凹槽两个侧面的相交线和机腹交界处的交点重合即可确保第二观察镜的纵向瞄准线与战机前部的纵轴标记点重合。第二观察镜上安装激光定位器。

本发明的优点在于：不受地面平整度和风力的影响，能够在野外环境中随时对战机的武器系统校准创造条件，机体姿态确定过程可单人独立完成，熟练后单人5-10分钟内即可完成机体空间姿态的测量工作等。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的的立体图；

图3是本发明通过第二观察镜10对准战机前部的纵轴标记点的示意图；

图4是图3中战机前部的纵轴标记点安装标识棒的结构示意图；

图5是本发明所述带有电子显示屏的电子目镜的结构示意图；

图6是本发明所述弯管目镜的结构示意图；

图7是所述标识棒的结构示意图。

具体实施方式

本发明所述的战机机体空间姿态测量仪包括三脚伸缩支架1，三脚伸缩支架1顶部设置下横板2，下横板2一侧通过纵支架3与上横板4连接，上横板4远离纵支架3的一端开设通孔5，通孔5上方安装锥形块6，锥形块6的底面为球冠面7，球冠面7与通孔5接触配合，球冠面7的圆心与锥形块6的顶点重合，球冠面7底部中心通过吊柱8与带有十字瞄准线的第一观察镜9连接，第一观察镜9上安装第一双轴数显倾角仪16，第一双轴数显倾角仪16能够显示第一观察镜9十字瞄准线所指示方向的俯仰角度和横滚角度，第一观察镜9下方安装带有纵向瞄准线的第二观察镜10，第一观察镜9的中轴线、第二观察镜10的中轴线以及锥形块6的顶点始终处于同一平面内，第二观察镜10下方设置旋转横移装置，旋转横移装置上部通过调节支架13与第一观察镜9连接，旋转横移装置下部与下横板2连接。所述旋转横移装置能够对调节支架13下端的横向位置及角度进行调节，由于锥形块6底部的球冠面7与通孔5接触配合，调节支架13下端的横向位置及角度变化时，锥形块6的顶点位置保持不变，因此所述旋转横移装置通过对调节支架13下端的横向位置及角度进行调节可实现调整调节支架13的姿态与方位角度。本发明所述战机机体空间姿态测量仪使用时放置在战机后部的纵轴标记点下方，调节三脚伸缩支架的高度使锥形块的顶点与战机后部的纵轴标记点接触，本发明可通过旋转横移装置调整调节支架13下端的横向位置及角度来调节第一观察镜9十字瞄准线所指示方向的俯仰角度、横滚角度及水平方向，旋转横移装置在调节时，锥形块6底部的球冠面7与通孔5接触配合，可保持锥形块6的顶点位置不变，始终与战机后部的纵轴标记点接触，其中第一观察镜9十字瞄准线所指示方向的俯仰角度和横滚角度依据另外一个放置在机体姿态测量位置的双轴数显倾角仪测得的数据调节，第一观察镜9十字瞄准线所指示方向的水平方向由第二观察镜10的纵向瞄准线指示，当第二观察镜10的纵向瞄准线与机体前部的纵轴标记点重合时，第一观察镜9十字瞄准线所指示方向的水平方向即与机体纵轴水平方向一致。本发明在测量机体空间姿态时不受地面平整度和风力的影响，能够在野外环境中随时对战机的武器系统校准创造条件，机体姿态确定过程可单人独立完成，测量时瞄准线对照机体上固定的标记点来调整，熟练后单人5-10分钟内即可完成机体空间姿态的测量工作。

本发明所述战机机体空间姿态测量仪对某一固定机型进行测量时，由于该机型前后两个纵轴标记点之间的距离不会改变，因此可将第二观察镜10与第一观察镜9之间可固定连接，始终保持同一夹角。为了增强本发明所述战机机体空间姿态测量仪的通用性，还可在第二观察镜10与第一观察镜9之间通过铰接座铰接，铰接座的铰接轴上安装锁紧螺帽11，第二观察镜10相对第一观察镜9的俯仰角度可通过锁紧螺帽11调节和锁定。该结构可对改变第二观察镜10与第一观察镜9之间的夹角，由于不同机型前后两个纵轴标记点之间的距离各不相同，通过调整第二观察镜10与第一观察镜9之间的夹角可使本发明所述战机机体空间姿态测量仪适用于各种机型的机体空间姿态测量工作。

本发明所述旋转横移装置可采用多种结构，其中优选的结构为：所述旋转横移装置包括旋转云台12，旋转云台12的转动部件与调节支架13连接，旋转云台12下方安装双轴平移台14，双轴平移台14能够沿两个相互垂直的水平坐标轴方向对旋转云台12的水平位置进行调节，旋转云台12与双轴平移台14之间通过纵向高度可变化的连接件连接。该结构具有调节精度高、定位精准的优点，为提升双轴平移台14的调整速度，本发明还可选用带有粗调装置和微调装置的双轴平移台，调整时先通过粗调装置调整至大概位置，再使用微调装置对位置进行精确调整。此外，本发明所述旋转横移装置还可采用多组球头式万向节组成的万向调节装置安装在调节支架13与下横板2之间等多种结构实现对第一观察镜9十字瞄准线所指示方向的俯仰角度、横滚角度及水平方向的调节，但这些结构的调节精度及定位精度与优选方案均有所差距。

本发明所述双轴平移台14在带动旋转云台12和调节支架13下端移动时，旋转云台12与双轴平移台14之间的间距会发生变化，因此需确保旋转云台12与双轴平移台14之间的连接件的高度可随之变化，本发明所述纵向高度可变化的连接件可采用例如可伸缩的万向节等多种结构，其中优选的结构为：所述纵向高度可变化的连接件包括横置在旋转云台12与双轴平移台14之间的连接板15，连接板15一端与双轴平移台14顶面连接，连接板15另一端与旋转云台12底面连接。该结构与其它结构相比，占用纵向空间较小，有利于降低本发明所述战机机体空间姿态测量仪的高度，便于在战机下方有限的空间中使用。

本发明为了便于操作人员观察第一观察镜9和第二观察镜10的瞄准线，可在所述第一观察镜9和第二观察镜10的目镜端均安装弯管目镜30或带有电子显示屏的电子目镜31。由于机体下方空间有限，操作人员直接在第一观察镜9和第二观察镜10的目镜处观察瞄准线较为困难，弯管目镜30或带有电子显示屏的电子目镜31能够使操作人员在机体侧面观察瞄准线，大幅提升机体空间姿态测量工作的便捷性，有利于进一步提升测量效率。

使用上述战机机体空间姿态测量仪对战机机体空间姿态进行测量的方法，包括下述步骤：

①使用第二双轴数显倾角仪放置在战机机体上的姿态测量位置，记录第二双轴数显倾角仪显示的机体俯仰角度和横滚角度数值；

②将所述战机机体空间姿态测量仪放置在战机后部的纵轴标记点下方，调节三脚伸缩支架1的高度使锥形块6的顶点与战机后部的纵轴标记点接触；

③调节旋转横移装置使第一双轴数显倾角仪16显示的俯仰角度和横滚角度数值与第二双轴数显倾角仪测得的机体俯仰角度和横滚角度数值一致，同时确保第二观察镜10的纵向瞄准线与战机前部的纵轴标记点重合，此时第一观察镜9的十字瞄准线所指示方向即为该战机机体纵轴方向。

上述测量方法不受地面平整度和风力的影响，能够在野外环境中随时对战机的武器系统校准创造条件，机体姿态确定过程可单人独立完成，熟练后单人5-10分钟内即可完成机体空间姿态的测量工作。

本发明为了更准确的为第二观察镜10的纵向瞄准线提供参照，可在进行步骤③之前，在战机前部的纵轴标记点的凹孔内插入标识棒，标识棒为截锥体，标识棒侧壁开设扇形凹槽，扇形凹槽的两个侧面在标识棒的中线处相交，扇形凹槽的两个侧面之间的夹角为10°-120°，步骤③调节旋转横移装置时使第二观察镜的纵向瞄准线与标识棒上的扇形凹槽两个侧面的相交线和机腹交界处的交点重合即可确保第二观察镜的纵向瞄准线与战机前部的纵轴标记点重合。标识棒20设置为截锥体，插入战机前部的纵轴标记点的凹孔内可通过过盈配合方便的固定，扇形凹槽21两个侧面之间的相交线即为战机前部的纵轴标记点中心的纵向延长线，使用第二观察镜10的纵向瞄准线瞄准时更易于观察，并且指示的纵轴标记点位置更精准。安装标识棒20时，扇形凹槽21朝向战机后部的纵轴标记点方向，只要第二观察镜10能够看到扇形凹槽21两个侧面之间的相交线即可，不需精确安装，扇形凹槽21的两个侧面之间的夹角过小时，扇形凹槽21两个侧面之间的相交线可视角度过小，并且容易被阴影覆盖，影响观察；扇形凹槽21的两个侧面之间的夹角过大时，扇形凹槽21两个侧面之间的相交线不显著，并且标识棒20容易从战机前部的纵轴标记点的凹孔中偏移或掉落，因此扇形凹槽21的两个侧面之间的夹角最佳角度为10°-120°。

本发明为了帮助使用者快速通过第二观察镜10找到标识棒20，可在第二观察镜（10）上安装激光定位器（50）。激光定位器50产生的激光可粗略指示第二观察镜10的对准方向，使用者可先通过激光定位器50将第二观察镜10的对准方向粗调至对准位置附近。

图中40是战机前部的纵轴标记点，41是战机后部的纵轴标记点。