BR102023004019A2 - Dispositivo de pilotagem para pilotar uma aeronave, e, método para abordar um erro de sensor de força - Google Patents

Dispositivo de pilotagem para pilotar uma aeronave, e, método para abordar um erro de sensor de força Download PDF

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Abstract

dispositivo de pilotagem para pilotar uma aeronave, e, método para abordar um erro de sensor de força. um dispositivo de pilotagem para pilotar uma aeronave compreendendo um membro de pilotagem adequado para ser acionado por um piloto; um mecanismo para montar e guiar em rotação o membro de pilotagem em torno de pelo menos um eixo de rotação em relação a uma estrutura; pelo menos um sensor de força conectado entre o membro de pilotagem e o mecanismo compreendendo pelo menos um elemento de detecção configurado para produzir um sinal após deformação indicativo de uma força aplicada ao membro de pilotagem; em que o sensor de força compreende pelo menos um par de superfícies de rolamento; pelo menos um par de batentes configurado para limitar a amplitude angular de rotação do membro de pilotagem em relação à estrutura em contiguidade a pelo menos um par de superfícies de rolamento com pelo menos um par de batentes; em que pelo menos um dos batentes e/ou pelo menos uma das superfícies de batentes compreende um material complacente.

Description

Campo da Técnica
[001] A invenção refere-se a dispositivos de pilotagem para pilotar aeronaves. Os dispositivos de pilotagem tipicamente compreendem um membro de pilotagem adequado para ser acionado por um piloto.
Fundamentos da Invenção
[002] Tradicionalmente, um dispositivo de pilotagem para pilotar uma aeronave compreende pelo menos um membro de pilotagem conectado, pelo menos parcialmente por uma cadeia cinemática, a pelo menos um membro voador - em particular uma superfície de controle, um motor, etc. - da aeronave e possivelmente pelo menos um atuador motorizado, chamado de atuador paralelo, tendo um membro de acionamento acoplado em paralelo na cadeia cinemática de modo a permitir a pilotagem automática e/ou simular um comportamento dinâmico específico do membro de pilotagem para provocar um retorno ao neutro e criar sensações apropriadas (em particular sensações de força muscular) permitindo ou facilitando a pilotagem por um piloto humano.
[003] Os dispositivos de pilotagem com controles elétricos de voo, cujos membros voadores não são conectados inteiramente mecanicamente por uma cadeia cinemática aos membros de pilotagem, foram desenvolvidos para pilotar certas aeronaves.
[004] Em sistemas tais como, por exemplo, aqueles que utilizam um mini-manche para pilotar aeronaves, o membro de pilotagem é montado e guiado em rotação em duas juntas de articulação com eixos pelo menos substancialmente ortogonais e que se cruzam (formando assim uma junta rotativa de ponto central), tornando possível transmitir movimentos de passo e rolagem.
[005] Tal dispositivo de pilotagem geralmente compreende pelo menos um sensor de força medindo pelo menos um componente das forças no dispositivo de pilotagem, por deformação de pelo menos um elemento sensor deformável do sensor de força. Tal sensor de força torna possível, em particular, realizar voos de teste e fornecer sinais que são úteis nas ações automáticas associadas a tais dispositivos de pilotagem, por exemplo, para o acoplamento de uma pluralidade de membros de pilotagem da aeronave e/ou para fornecer sinais a um dispositivo eletrônico para controle operacional do dispositivo de pilotagem e/ou para a operação do piloto automático e/ou para controle de motores associados aos graus de liberdade do membro de pilotagem, de modo a obter uma sensação de retrocesso de força variável simulada eletricamente.
[006] Assim sendo, os dispositivos de pilotagem da aeronave devem poder ser submetidos, para sua certificação, a forças máximas de certificação, cujo valor é muito superior ao valor operacional nominal das forças durante a pilotagem real da aeronave. Normalmente, o valor das forças máximas de certificação é dez vezes maior do que o valor operacional nominal. Essas forças de certificação são aplicadas quando o membro de pilotagem for colocado em contiguidade em relação à estrutura de um lado ou de outro.
[007] Para que a medição das forças seja o mais precisa possível, no entanto, é aconselhável otimizar o sensor de força para os valores operacionais das forças aplicadas no dispositivo de pilotagem, mas não necessariamente para o valor das forças de certificação. Assim, deve ser possível escolher o sensor de força para que o mesmopossa ter uma faixa de medição que cobre o valor operacional máximo das forças com um determinado coeficiente de segurança. Na prática, o sensor de força é escolhido de modo que possa suportar 150% a 200% do valor operacional máximo. Nessas condições, é aconselhável evitar submeter o sensor de força diretamente ao valor das forças de certificação, o que pode causar danos ou mesmo destruição do sensor de força.
[008] O documento de n.° US 2013/0256463 A1 refere-se a um dispositivo de pilotagem para pilotar em aeronaves compreendendo um mini- manche. A fim de medir a força aplicada ao mini-manche por um usuário nos eixos de passo e rolagem, um sensor de força na forma de uma membrana é disposto entre uma parte superior do mini-manche formando um punho e uma parte inferior do mini-manche acoplado ao mecanismo de montagem e orientação do manche. A membrana define quatro raios configurados para flexionar respectivamente sob controle de passo para frente e para trás e movimento de controle de rolagem para a esquerda e para a direita do manche. Cada raio define um extensômetro e, como tal, a deformação flexural em um ou mais raios fornece um sinal elétrico indicativo da força aplicada ao manche em uma direção particular. A fim de proteger os raios de danos ou quebra devido às forças excessivas aplicadas durante a certificação, batentes mecânicos são fornecidos na armação de apoio do mecanismo. Após a rotação máxima do manche, os batentes encostam na membrana, conferindo uma força sobre a mesma. A força de reação oriunda do batente atua paralelamente ao plano da membrana e não causa nenhuma flexão significativa na membrana, assim, não interferindo na medição da força e protegendo a membrana de danos durante a certificação. Dois batentes são fornecidos em cada uma das porções dianteira e traseira da armação de apoio e são projetados de modo que a membrana entre em contato com ambos os batentes simultaneamente, fornecendo uma força de reação uniforme para frente ou para trás através do plano da membrana. No entanto, devido a uma infinidade de variáveis presentes durante a fabricação e montagem dos componentes para, e durante a vida útil do dispositivo de pilotagem, pode ser muito difícil garantir que os dois batentes na frente ou na parte traseira da armação de apoio entrem em contato com a membrana simultaneamente, imediatamente após a fabricação ou ao longo da vida útil do dispositivo de pilotagem. Sem a contiguidade simultânea da força dos batentes, a força de reação através da membrana será desigual e causará uma força de rolagem errônea detectada pelo sensor de força, comprometendo a funcionalidade de controle de voo e/ou retrocesso de força.
Sumário da Invenção
[009] Um dispositivo de pilotagem para pilotar uma aeronave é fornecido compreendendo um membro de pilotagem adequado para ser acionado por um piloto, um mecanismo para montar e guiar em rotação o membro de pilotagem em torno de pelo menos um eixo de rotação em relação a uma estrutura, pelo menos um sensor de força conectado entre o membro de pilotagem e o mecanismo compreendendo pelo menos um elemento de detecção configurado para produzir um sinal após deformação indicativo de uma força aplicada ao membro de pilotagem. O sensor de força compreende pelo menos um par de superfícies de rolamento e pelo menos um par de batentes configurados para limitar a amplitude angular de rotação do membro de pilotagem em relação à estrutura em contiguidade a pelo menos um par de superfícies de rolamento com pelo menos um par de batentes. O pelo menos um par de batentes compreende um material complacente.
[0010] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, o mecanismo é configurado para montar e guiar a rotação do membro de pilotagem em torno de um primeiro eixo e o membro de pilotagem é configurado para girar em torno do referido primeiro eixo em uma primeira direção e uma segunda direção oposta.
[0011] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, a rotação ao longo do primeiro eixo do membro de pilotagem na primeira direção é limitada por um primeiro par de batentes compreendendo um material complacente configurado para estar contíguo a um primeiro par correspondente de superfícies de rolamento no sensor de força.
[0012] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, a rotação ao longo do primeiro eixo do membro de pilotagem na segunda direção é limitada por um segundo par de batentes compreendendo um material complacente configurado para estar contíguo a um segundo par correspondente de superfícies de rolamento no sensor de força.
[0013] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, o mecanismo é configurado para montar e guiar a rotação do membro de pilotagem em torno de um segundo eixo e o membro de pilotagem é configurado para girar em torno do referido segundo eixo em uma terceira direção e uma quarta direção oposta.
[0014] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, a rotação ao longo do segundo eixo do membro de pilotagem na terceira direção é limitada por um terceiro par de batentes compreendendo um material complacente configurado para estar contíguo a um terceiro par correspondente de superfícies de rolamento no sensor de força.
[0015] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, a rotação ao longo do segundo eixo do membro de pilotagem na quarta direção é limitada por um quarto par de batentes compreendendo um material complacente configurado para estar contíguo a um quarto par correspondente de superfícies de rolamento no sensor de força.
[0016] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, o primeiro eixo e o segundo eixo são ortogonais um ao outro.
[0017] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, em cada par de batentes, o material complacente é afixado a cada um dos batentes em um lado voltado para o sensor de força.
[0018] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, em cada par de batentes, cada batente compreende ainda um material não conforme em um lado do material complacente voltado para o sensor de força.
[0019] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, cada par de superfícies de rolamento é fornecido com um material complacente em um lado voltado para o par de batentes correspondente.
[0020] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, em cada par de batentes, cada batente é fornecido com um recurso mecânico configurado para facilitar a incorporação de material complacente no mesmo.
[0021] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, em cada par de superfícies de mancal, cada superfície de mancal é fornecida com um recurso mecânico configurado para facilitar a incorporação de material complacente no mesmo.
[0022] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, o material complacente é fornecido com um recurso mecânico configurado para facilitar a incorporação do mesmo nos batentes de cada par de batentes e/ou nas superfícies de rolamento de cada par de superfícies de rolamento.
[0023] Em alguns exemplos do dispositivo de pilotagem, o material complacente compreende um ou mais de borracha, borracha de silicone, borracha nitrílica, borracha EPDM, borracha de fluorosilicone, borracha de neoprene, borracha de butil, borracha de estireno-butadieno e polímero sintético.
[0024] Um método para abordar um erro do sensor de força também é fornecido, compreendendo mover uma ou mais superfícies de rolamento de um sensor de força de um dispositivo de pilotagem em contiguidade com um ou mais batentes mecânicos, pelo menos uma das superfícies de rolamento e/ou pelo menos um dos batentes mecânicos compreendendo um material complacente, de modo a garantir uma carga simétrica por um ou mais batentes mecânicos no sensor de força.
Breve Descrição dos Desenhos
[0025] A Figura 1 mostra um exemplo de um dispositivo de pilotagem usando uma membrana de sensor de força e batentes mecânicos nos eixos de passo e rolagem.
[0026] A Figura 2 mostra outra vista do dispositivo de pilotagem mostrado na Figura 1.
[0027] A Figura 3A é um diagrama esquemático que mostra as zonas de contato da membrana e os batentes mecânicos de passo de um exemplo teórico do dispositivo de pilotagem da Figura 1.
[0028] A Figura 3B é um diagrama esquemático que mostra as zonas de contato da membrana e os batentes mecânicos de passo de um dispositivo de pilotagem tipicamente fabricado da Figura 1.
[0029] A Figura 4 é um gráfico que mostra o impacto da assimetria de batente de passo na saída de rolagem errônea do sensor de força do dispositivo da Figura 1.
[0030] A Figura 5A mostra um exemplo de uma seção de um dispositivo de pilotagem de acordo com a presente invenção incorporando batentes mecânicos feitos de material complacente.
[0031] A Figura 5B mostra uma vista explodida de uma parte do dispositivo de pilotagem da Figura 5A compreendendo um batente mecânico.
Descrição Detalhada
[0032] Um dispositivo de pilotagem conhecido é mostrado na Figura 1 e compreende um membro de pilotagem 11 que, nesse exemplo, é um mini- manche para pilotar um avião, montado e guiado para articular em relação a uma estrutura 12 fixada em relação à cabine do avião por um mecanismo 13 definindo uma junta rotativa de ponto central, compreendendo uma armação de apoio 14, um eixo de articulação 15 para articular uma extremidade inferior 17 do mini-manche 11 em relação à armação de apoio 14 e um eixo de articulação 16 para articular a armação de apoio 14 em relação ao quadro 12. Os eixos de articulação 15, 16 são pelo menos substancialmente ortogonais de modo que o mecanismo defina uma junta rotativa do tipo ponto central. Tal mecanismo 13 para montar e guiar em rotação um mini-manche de avião é bem conhecido e não precisa ser descrito em mais detalhes. Embora a presente invenção seja descrita nesse documento conforme implementada exemplarmente em um dispositivo do tipo mini-manche, deve ser entendido que a invenção pode ser usada em qualquer tipo de dispositivo de pilotagem ou direção que incorpore um sensor de força. Quaisquer recursos do dispositivo de pilotagem descritos neste documento não presentes nas reivindicações independentes não devem ser consideradas essenciais para a invenção. Por exemplo, um dispositivo de pilotagem para uso com a presente invenção pode utilizar mais ou menos de dois eixos de articulação e os referidos eixos de articulação podem não ser todos ortogonais um ao outro.
[0033] O mini-manche 11 tem uma parte superior 18 que forma um punho adaptado para ser capaz de ser manipulado por um piloto e uma parte inferior 17 acoplada ao referido mecanismo 13. Entre a parte superior 18 e a extremidade inferior 17 do mini-manche 11, o dispositivo de pilotagem compreende um sensor de força 19 na forma de extensômetros, constituído principalmente, no exemplo mostrado, por uma membrana plana 20 em geral paralela ao eixo de rotação de passo 15 e eixo de rotação de rolagem 16, e tendo quatro aberturas 21, de modo que essa membrana 20 seja deformada flexionalmente de acordo com o valor do torque transmitido no punho 18 pelo piloto, em passo ou em rolagem. Tal sensor de força 19 na forma geral de uma membrana plana pode ter outras variantes de modalidade, por exemplo, na forma de uma membrana provida com uma ranhura circular provida entre recessos em relação à sua face inferior.
[0034] A membrana 20 tem uma abertura central 22 que permite que a mesma seja fixada à extremidade inferior 17 do mini-manche 11. As aberturas 21 da membrana 20 são distribuídas uniformemente em torno da abertura central 22, de modo que a membrana 20 tenha quatro raios flexionalmente deformáveis 30, 31, dos quais dois raios 30 são ortogonais ao eixo de rotação de passo 15, um de cada lado da abertura central 22 e dois raios 31 são ortogonais ao eixo de rotação de rolagem 16, um de cada lado da abertura central 22. Em outras modalidades, o sensor de força 19 pode ter mais ou menos de quatro aberturas, definindo mais ou menos de quatro raios deformáveis. O número de raios define o número total de direções nas quais uma força aplicada ao manche pode ser medida.
[0035] Os raios 30, 31 são, cada um, providos de uma resistência elétrica adequada para constituir um extensômetro de flexão. Além disso, a membrana 20 está eletricamente conectada a um circuito elétrico (não mostrado) adaptado para medir as variações na resistência elétrica de cada um dos raios 30, 31 de acordo com sua deformação de flexão. Por exemplo, as resistências elétricas dos raios 30, 31 são dispostas em um circuito de ponte de Wheatstone. Esse sensor com quatro medidores permite maior precisão do que um sensor com apenas um medidor. Dois nós opostos da ponte de Wheatstone são fornecidos com uma tensão CC e a tensão é medida nos outros dois nós opostos.
[0036] De acordo com outra variante de modalidade possível, o sensor de força 19 pode ser incorporado na forma de um sensor magnetostritivo. Para essa finalidade, os raios 30, 31 são produzidos a partir de material ferromagnético pré-magnetizado. Tal material ferromagnético exibe um efeito magnetostritivo inverso, chamado efeito magnetomecânico, que se caracteriza pela modificação da suscetibilidade magnética na presença de tensões mecânicas no material. Ao adicionar sensores de campo magnético (sensores de efeito Hall ou outros), a tensão, portanto, a força, é medida diretamente.
[0037] A armação de apoio 14 tem duas placas de extremidade laterais 24, entre as quais a extremidade inferior 17 do mini-manche 11 é articulada no eixo de rotação de passo 15. As duas placas de extremidade laterais 24 são paralelas uma à outra e têm as mesmas formas e dimensões. Os mesmos definem, na frente e na parte traseira, batentes dianteiros 25 e batentes traseiros 26, respectivamente, limitando a amplitude de deflexão angular do mini-manche 11 no passo em torno do eixo de rotação de passo 15.
[0038] O batente frontal 25 de cada placa de extremidade 24 é formado por um ressalto que se projeta para cima da placa de extremidade 24 adaptado para ter uma porção de parede plana que se estende em um plano paralelo ao eixo de rotação de passo 15 e é orientado para trás ligeiramente inclinado para cima de modo a ser capaz de receber uma porção da borda periférica 29 da membrana 20 do sensor de força 19, esta porção servindo como uma superfície de rolamento de contato frontal 32 para o batente frontal 25. Assim, a borda periférica 29 da membrana 20 tem, em direção à frente, duas superfícies de rolamento frontais planas 32 adaptadas para entrar em contato com os dois batentes frontais 25 das duas placas de extremidade 24 da armação de apoio 14.
[0039] O batente traseiro 26 de cada placa de extremidade 24 também é formado por um ressalto que se projeta para cima da placa de extremidade 24 adaptado para ter uma porção de parede plana que se estende em um plano paralelo ao eixo de rotação de passo 15 e é orientado para frente ligeiramente inclinado para cima, de modo a ser capaz de receber uma porção da borda periférica 29 da membrana 20 do sensor de força 19, essa porção servindo como uma superfície de suporte de contato traseira 33 para o batente traseiro 26. Assim, a borda periférica 29 da membrana 20 tem, em direção à traseira, duas superfícies de rolamento traseiras planas 33 adaptadas para entrar em contato com os dois batentes traseiras 26 das duas placas de extremidade 24 da armação de apoio 14.
[0040] Deve-se notar que os batentes 25, 26 formados pela armação de apoio 14 limitam o deslocamento de passo do mini-manche 11, devido ao fato de que a armação de apoio 14 é em si integral à estrutura 12 em relação à articulação de passo e pode articular em relação à estrutura 12 apenas em torno do eixo de rotação de rolagem 16.
[0041] A estrutura 12 tem uma abertura 34, através da qual passa a extremidade inferior 17 do mini-manche 11, a armação de apoio 14 sendo articulada à estrutura 12 abaixo desta abertura 34. A abertura 34 define, à esquerda e à direita do mini-manche 11, o batente esquerdo 35 e o batente direito 36, respectivamente, limitando a amplitude da deflexão angular do mini-manche 11 em rolagem em torno do eixo de rotação de rolagem 16.
[0042] O batente esquerdo 35 é formado por uma porção de parede plana que se estende em um plano paralelo ao eixo de rotação de rolagem 16 e é orientada para a direita ligeiramente inclinada para cima, de modo a ser capaz de receber uma porção da borda periférica 29 da membrana 20 do sensor de força 19, essa porção servindo como uma superfície de suporte de contato esquerda 37 para o batente esquerdo 35. Assim, a borda periférica 29 da membrana 20 tem, em direção à direita, uma porção de projeção central que define uma superfície de suporte plana esquerda 37 adaptada para entrar em contato com o batente esquerdo 35 da estrutura 12.
[0043] O batente direito 36 é formado por uma porção de parede plana que se estende em um plano paralelo ao eixo de rotação de rolagem 16 e é orientada para a esquerda ligeiramente inclinada para cima, de modo a ser capaz de receber uma porção da borda periférica 29 da membrana 20 do sensor de força 19, essa porção servindo como uma superfície de rolamento de contato direito 38 para o batente direito 36. Assim, a borda periférica 29 da membrana 20 tem, em direção à esquerda, uma porção de projeção central que define uma superfície de suporte do plano direito 38 adaptada para entrar em contato com o batente direito 36 da estrutura 12. Em outras modalidades, os pares de batentes são fornecidos à esquerda e à direita do manche, no eixo de rolagem, da mesma forma que os pares de batentes são fornecidos na frente e atrás, no eixo do passo. Pares correspondentes de superfícies de rolamento em cada um dos lados esquerdo e direito da membrana 20 também são fornecidos em tal modalidade, de modo que cada par de batentes à esquerda e à direita do manche seja configurado para encostar em um par correspondente de superfícies de rolamento na membrana no deslocamento angular máximo para a esquerda e para a direita no eixo de rolagem. Em modalidades com mais ou menos de quatro raios no sensor de força, qualquer uma ou todas as direções definidas pelos raios podem ser providas com um par de batentes mecânicos para limitar o deslocamento angular do manche nessa direção e um par de superfícies de rolamento correspondentes na membrana 20 configuradas para limitar o deslocamento angular do manche nessa direção por contiguidade simultânea aos referidos batentes e superfícies de rolamento.
[0044] No exemplo mostrado, os batentes 25, 26, 35, 36 e as superfícies de rolamento correspondentes 32, 33, 37, 38 se estendem ortogonalmente ao plano principal da membrana 20 quando o mini-manche 11 estiver contíguo. Consequentemente, como mostrado na Figura 1, a zona de contato entre um batente traseiro 26 e uma superfície de rolamento traseira 33 está situada no nível do plano da membrana 20, e a reação de contiguidade R1 em passo é orientada no plano principal da membrana 20, em uma direção tangencial em relação ao eixo de rotação de passo 15, e tensiona essa membrana 20 em compressão/cisalhamento longitudinal, principalmente fora de seu modo de deformação flexural, de modo que o valor da reação de contiguidade R1 não deforme flexivamente os raios da membrana 20 e não seja substancialmente medido pelo sensor de força 19. O mesmo se aplica aos batentes dianteiros 25 e aos batentes esquerdo e direito.
[0045] Em outras palavras, para cada batente do membro de pilotagem, a reação de contiguidade tem um componente insignificante no que diz respeito ao modo de deformação flexural da membrana 20 do sensor de força 19. O trajeto de força passa através da membrana 20 a fim de tensionar a mesma em deformação flexural, de modo a permitir a medição das forças, em posições do membro de pilotagem diferentes de uma posição de contiguidade, e para cada posição de contiguidade do membro de pilotagem em qualquer direção, o trajeto de força não passa significativamente através da membrana 20 e não mais a tensiona significativamente de forma flexível.
[0046] Uma aeronave de acordo com a invenção compreendendo pelo menos um tal dispositivo de pilotagem pode ser certificada sem risco de danos a cada sensor de força, mas é equipada com um sensor de força confiável e preciso em cada membro de pilotagem. Portanto, é possível tensionar o membro de pilotagem em encosto com uma força muito maior do que a força operacional nominal, por exemplo, para fins de certificação, e fazê-lo sem risco de danificar o sensor de força 19.
[0047] A Figura 2 mostra outra vista do dispositivo de pilotagem 11 da Figura 1. Conforme descrito anteriormente, os batentes dianteiros 25 e os batentes traseiros 26 são plurais. Isto é, cada uma das superfícies de contiguidade dianteira e traseira é fornecida por um par de batentes mecânicos (o par de batentes dianteiros 25 mostrado ampliado no lado direito da Figura 2). Com referência à Figura 2, Figura 3A e os batentes frontais 25 do dispositivo de pilotagem 11, cada batente frontal 25 é configurado para entrar em contato com uma das duas superfícies de rolamento 32 correspondentes da membrana 20 quando o manche 18 estiver em uma deflexão angular de passo frontal máxima. Em um exemplo ideal do dispositivo de pilotagem 11, quando o manche 18 e, portanto, também as superfícies de rolamento 32 da membrana 20 forem movidos em direção aos batentes frontais 25, cada um dos batentes frontais 25 entrará em contato simultaneamente com uma superfície de rolamento correspondente 32. À medida que mais força é aplicada ao manche 18 em uma direção de passo frontal, uma força F1 será exercida através das superfícies de rolamento 32 nos batentes frontais 25. À medida que os batentes 25 são fixados em relação à armação de apoio 14, os mesmos não se movem e, em vez disso, exercem uma força de reação igual e oposta R1 às superfícies de rolamento, paralela ao plano da membrana 20.
[0048] Na prática, para o dispositivo de pilotagem 11 e, em particular, a contiguidade entre a membrana 20 e os batentes 25, funcionarem conforme descritos, um nível muito alto de precisão é necessário na fabricação e montagem dos componentes constituintes. Alcançar um nível tão alto de precisão pode ser tecnicamente desafiador e envolveria equipamentos/técnicas avançadas e custos elevados associados. Usando métodos de fabricação padrão, é provável que os batentes dianteiro ou traseiro do dispositivo de pilotagem 11 não entrem em contato simultaneamente com as superfícies de rolamento 32 após a deflexão angular total do manche. Em alguns exemplos, isso pode ser devido a uma falta de alinhamento das superfícies de extremidade dos batentes e/ou uma incompatibilidade entre as superfícies de rolamento na membrana. Variações na precisão de montagem do dispositivo de pilotagem também podem causar tal falta de encosto simultâneo dos batentes e superfícies de rolamento. Prevê-se também que o dispositivo de pilotagem possa se desgastar de forma desigual durante sua vida útil e causar o mesmo problema.
[0049] As Figuras 3A e 3B são diagramas esquemáticos que mostram, a partir de cima, a contiguidade das superfícies de rolamento 32 da membrana 20 com os batentes frontais 25. No entanto, devido a imperfeições na fabricação ou montagem, ou desgaste, os batentes 25 e as superfícies de rolamento 32 do dispositivo da Figura 3B não entram em contato simultaneamente quando colocados em contato. Isso significa que quando a membrana 20 se mover em direção à posição de contiguidade com os batentes 25, a membrana 20 entrará inicialmente em contato com apenas um dos batentes 25b. A superfície de rolamento 32a, nesse ponto, sem contato com seu batente frontal correspondente 25a, está separada da mesma pela distância X. Essa distância X em relação às dimensões da membrana 20 e do dispositivo 11 em geral, é exagerada nos desenhos, para facilitar a explicação. Na prática, a distância X é provavelmente pequena.
[0050] Como pode ser visto na Figura 3A, ambos os batentes 25 são colocados em contato com suas superfícies de rolamento correspondentes 32 simultaneamente e uma força F1 transmitida pelo usuário perpendicular às superfícies de extremidade de batentes gera uma força de reação geral igual e oposta R1, distribuída uniformemente através de cada superfície de rolamento 32, paralela ao plano da membrana 20. Na situação como mostrada na Figura 3B, uma porção F2 da força F1 exercida no manche 18 por um usuário é transmitida na superfície de mancal 32b em contato com seu batente frontal correspondente 25b, gerando uma força de reação igual e oposta R2 no plano da membrana 20. No entanto, devido à falta de alinhamento dos batentes 25 e, portanto, à lacuna de distância X entre a outra superfície de rolamento 32a e seu batente correspondente 25a, uma porção restante F3 da força F1 transmitida pelo usuário atua na membrana 20 sem uma força de reação sendo fornecida pelo batente 25a. A força restante F3, devido à contiguidade entre a superfície 32b e 32a atuando como um pivô, causa uma força de rotação na membrana 20. Essa força de rotação faz com que os raios 31 do sensor de força 19 flexionem, produzindo, assim, uma leitura no sensor de força 19 indicativa de força aplicada no eixo de rolagem. Isso é, no entanto, errôneo, uma vez que essa força do eixo de rolagem detectada surge puramente de uma força do eixo de passo transmitida pelo usuário. Leituras errôneas do sensor de força são claramente indesejadas e podem ser problemáticas em aplicações críticas de voo. Uma força de rolagem detectada erroneamente pode interferir com a operação da aeronave, seja em termos dos cálculos e implementação de sensação de força, ou com relação à direção da aeronave em sistemas que utilizam o sensor de força para gerar leituras usadas para controlar a aeronave.
[0051] Embora a discussão acima sobre o impacto da incompatibilidade no alinhamento dos batentes 25 nas leituras de força produzidas pelo sensor de força 19 seja feita com referência aos batentes dianteiros 25 e às superfícies de rolamento correspondentes 32, os mesmos problemas e consequências também existem com os batentes traseiros 26 e suas superfícies de rolamento correspondentes 33. Em modalidades compreendendo pares de batentes que também limitam o deslocamento angular no eixo de rolagem, os mesmos problemas potenciais também existem em relação a esses batentes e superfícies de rolamento correspondentes. Em modalidades compreendendo mais ou menos de quatro raios de sensor e um número correspondente de eixos de rotação do membro de pilotagem, cada um fornecido com um par de batentes, os mesmos problemas existem também para esses batentes e superfícies de rolamento correspondentes da membrana 20.
[0052] A Figura 4 é um gráfico que mostra a relação entre a incompatibilidade no alinhamento dos batentes de força e a força de rolagem errônea medida como resultado da mesma. A incompatibilidade no alinhamento da força dos batentes é exibida em milímetros no eixo x e a força de rolagem errônea medida pelo sensor de força é exibida em Newtons no eixo y. Como pode ser visto no gráfico, quanto maior o desalinhamento, ou distância X, maior a força de rolagem errônea medida pelo sensor de força.
[0053] A fim de abordar essas questões, a presente invenção incorpora um material mecanicamente complacente nos batentes 25, 26. Um material conforme deve ser entendido como um material que é capaz de ser deformado após a aplicação de uma carga sobre o mesmo. No contexto da presente invenção, complacente significa suscetível a deformação significativa sob cargas aplicadas durante a certificação de teste do dispositivo de pilotagem. Durante a certificação de teste, cargas de até cerca de 1500 N são aplicadas ao membro de pilotagem. Um exemplo de material usado no material complacente é a borracha, mas outros materiais que exibem propriedades complacentes semelhantes também podem ser usados. Por exemplo, o material complacente pode compreender uma ou mais de borracha de silicone, borracha nitrílica, borracha EPDM, borracha de fluorosilicone, borracha de neoprene, borracha de butil, borracha de estireno-butadieno ou qualquer outro material viscoelástico, tal como polímero sintético. Geralmente, materiais complacentes com um módulo de Young de cerca de 0,5MPa a cerca de 25MPa são adequados para serem usados como o material complacente da presente invenção.
[0054] No exemplo mostrado nas Figuras 5A e 5B, os batentes 25 e 26 compreendem uma ou mais recursos que facilitam a incorporação de material complacente. O material complacente pode compreender um membro complacente 525, 526, que pode compreender um ou mais recursos capazes de interagir com um ou mais recursos dos batentes 25, 26 para facilitar a incorporação ou fixação ao mesmo. Nesse exemplo, os membros complacentes 525, 526 são fixados aos batentes mecânicos 25, 26 situando porções que se estendem lateralmente 50 dos membros complacentes 525, 526 em uma ranhura correspondente que se estende lateralmente 51 nos lados dos batentes 25, 26 voltados para longe da membrana 20. Os membros complacentes 525, 526 compreendem, cada um, uma porção central estreita 52 que se estende longitudinalmente a partir da porção que se estende lateralmente 51 para uma porção de face 54. Quando acoplada a um batente 25, 26, a porção central 52 se estenderá através da cavidade 53 no batente 25, 26. O acoplamento dos membros complacentes 525, 526 aos batentes 25, 26 pode envolver deformação elástica longitudinal da porção central 52 a fim de encaixar a porção lateral 50 na ranhura 51. Os membros complacentes 525, 526 são, então, mantidos em um arranjo acoplado com os batentes 25, 26 em virtude da contenção das porções que se estendem lateralmente 50 nas ranhuras 51. Em operação, a porção de face 54 é configurada para estar situada entre os batentes mecânicos 25, 26 e as superfícies de rolamento correspondentes 32, 33 da membrana 20, quando as mesmas forem reunidas em contiguidade. A vantagem de fornecer os batentes 25, 26 e os membros complacentes 525, 526 com os recursos descritos nesta modalidade é que o material complacente pode ser facilmente incorporado nos batentes durante a montagem e manutenção e pode ser facilmente substituído por um operador, se necessário.
[0055] A modalidade mostrada nas Figuras 5A e 5B é apenas um exemplo da incorporação de material complacente em batentes mecânicos do dispositivo de pilotagem 11. O material complacente pode, no entanto, ser incorporado/afixado aos batentes mecânicos usando quaisquer métodos adequados e com qualquer configuração adequada dos batentes e do material complacente. Por exemplo, os membros complacentes 525, 526 podem ser acoplados aos batentes mecânicos 25, 26 através de adesivo. Alternativamente, os membros complacentes 525, 526 podem ser fixados aos batentes 25, 26 usando parafusos ou outros fixadores.
[0056] Em outras modalidades, o material complacente pode ser incorporado alternativamente ou adicionalmente nas superfícies de rolamento 32, 33. Isso tem o efeito de que um material complacente é posicionado entre o sensor de força e os batentes mecânicos, proporcionando as mesmas vantagens que um material complacente incorporado nos batentes mecânicos. Incorporar material complacente em um par de batentes mecânicos e seu par correspondente de superfícies de rolamento evita o risco de estampagem de borracha (deformação permanente) do material complacente, foram o material complacente incorporado em apenas um do par de batentes mecânicos ou o par correspondente de superfícies de rolamento.
[0057] Em algumas modalidades, pode ser suficiente, para alcançar as vantagens descritas acima, incorporar material complacente em apenas um dos batentes de um par de batentes ou em apenas uma superfície de rolamento de um par correspondente de superfícies de rolamento. Em outras modalidades, um dos batentes de um par de batentes é fornecido com material complacente e uma das superfícies de rolamento de um par correspondente de superfícies de rolamento também é fornecida com material complacente. Isto pode ser, por exemplo, com material complacente sendo incorporado em um primeiro batente de um par de batentes configurado para encostar em uma primeira superfície de rolamento correspondente e com material complacente sendo incorporado em uma segunda superfície de rolamento de um par de superfícies de rolamento configuradas para encostar em um segundo batente de um par de batentes correspondente. Dos quatro componentes em qualquer par de batentes e seu par correspondente de superfícies de rolamento, qualquer combinação desses componentes, incluindo material complacente, é prevista; de apenas um componente compreendendo material complacente a todos os quatro componentes compreendendo material complacente.
[0058] O fornecimento de um material complacente, através da incorporação de membros complacentes 525, 526, entre os batentes mecânicos 25, 26 e as superfícies de rolamento 32, 33 do dispositivo de pilotagem descrito neste documento, corrige os problemas associados a possíveis incompatibilidades no alinhamento dos pares de batentes dianteiro e traseiro 25, 26. Isso agora será explicado com referência à Figura 6.
[0059] A Figura 6 mostra um diagrama esquemático das superfícies de rolamento dianteiras 32 da membrana 20 e os batentes dianteiros 25 mostrados de cima. A figura é em grande parte a mesma que a Figura 3B, em que os batentes frontais 25 e suas superfícies de rolamento correspondentes 32 não estão contíguos simultaneamente uns aos outros. No entanto, em contraste com a Figura 3B, a Figura 6 mostra um exemplo da membrana 20 e batentes frontais 25 da presente invenção, com material complacente incorporado nesse último. Como mostrado na figura, o material complacente é fornecido pelos membros complacentes 525. Os membros complacentes, ou pelo menos uma porção dos mesmos, são posicionados entre os batentes 25 e as superfícies de rolamento 32. Uma vez que os membros complacentes 525a e 525b são do mesmo tamanho e têm a mesma espessura, à medida que a membrana 20 é movida para uma posição em contiguidade com os batentes 25, a superfície de rolamento 32b entra em contato com o membro complacente 525b antes que a superfície de rolamento 32a entre em contato com o membro complacente 525a. À medida que mais força é aplicada, o membro complacente 525b é comprimido. Durante a compressão do membro complacente 525b, apenas uma força de reação relativamente pequena é exercida pelo membro complacente 525b na superfície de rolamento 32b, uma vez que apenas uma força relativamente pequena é necessária para comprimir o membro complacente 525b. À medida que mais força é aplicada pelo usuário, a superfície de rolamento 32a entra em contato com o membro complacente 525a. O membro complacente 525a exerce uma força de reação na superfície de rolamento 32a. Nessa disposição, o batente 25A está em contato indireto, através do membro complacente 525a, com a superfície de rolamento. Isso significa que ambas as superfícies de rolamento 32 da membrana 20 são colocadas em contiguidade com seus batentes correspondentes 25, equilibrando a distribuição de força em ambos os lados da membrana 20. Isso reduz muito qualquer desequilíbrio de força que estaria presente sem os membros complacentes 525 e, portanto, elimina efetivamente forças rotacionais indesejadas e tensão nos raios 31 do sensor de força 19. As leituras errôneas da força do eixo de rolagem detectadas pelo sensor de força 19 sob tal tensão indesejada são, desse modo, tornadas insignificantes, ou zero, restaurando a função total e a precisão do dispositivo de pilotagem, ao mesmo tempo em que fornecem proteção contra danos ao sensor de força durante a certificação.
[0060] Em algumas modalidades, para proteger o material complacente, uma superfície não complacente mais dura, que pode ser feita do mesmo material que os batentes, pode ser fornecida em uma superfície do material complacente voltada para a membrana 20. Nessas modalidades, o material complacente ainda está livre para deformar entre essa superfície e o batente, proporcionando, assim, as mesmas vantagens.
[0061] Embora essa divulgação tenha sido descrita em termos de exemplos preferidos, deve ser entendido que esses exemplos são apenas ilustrativos e que as reivindicações não estão limitadas a esses exemplos. Aqueles versados na técnica serão capazes de fazer modificações e alternativas em vista da divulgação que são contempladas como caindo dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims (15)

1. Dispositivo de pilotagem para pilotar uma aeronave, caracterizadopelo fato de que compreende: um membro de pilotagem (11) adequado para ser acionado por um piloto; um mecanismo (13) para montar e guiar em rotação o membro de pilotagem (11) em torno de pelo menos um eixo de rotação (15, 16) em relação a uma estrutura (12); pelo menos um sensor de força (19) conectado entre o membro de pilotagem (11) e o mecanismo (13) compreendendo pelo menos um elemento de detecção (30, 31) configurado para produzir um sinal após deformação indicativo de uma força aplicada ao membro de pilotagem (11); em que o sensor de força (19) compreende pelo menos um par de superfícies de rolamento (32, 33); pelo menos um par de batentes (25, 26) configurado para limitar a amplitude angular de rotação do membro de pilotagem (11) em relação à estrutura (12) em contiguidade a pelo menos um par de superfícies de rolamento com pelo menos um par de batentes; em que pelo menos um dos batentes (25, 26) e/ou pelo menos uma das superfícies de rolamento (32, 33) compreende um material complacente.
2. Dispositivo de pilotagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o mecanismo é configurado para montar e guiar a rotação do membro de pilotagem (11) em torno de um primeiro eixo, o membro de pilotagem configurado para girar em torno do referido primeiro eixo em uma primeira direção e uma segunda direção oposta.
3. Dispositivo de pilotagem de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que a rotação ao longo do primeiro eixo do membro de pilotagem na primeira direção é limitada por um primeiro par de batentes (25) configurado para estar contíguo a um primeiro par correspondente de superfícies de rolamento (32) no sensor de força (19).
4. Dispositivo de pilotagem de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a rotação ao longo do primeiro eixo do membro de pilotagem na segunda direção é limitada por um segundo par de batentes (26) configurado para estar contíguo a um segundo par correspondente de superfícies de rolamento (33) no sensor de força (19).
5. Dispositivo de pilotagem de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 4, caracterizado pelo fato de que o mecanismo é configurado para montar e guiar a rotação do membro de pilotagem (11) em torno de um segundo eixo, o membro de pilotagem configurado para girar em torno do referido segundo eixo em uma terceira direção e uma quarta direção oposta.
6. Dispositivo de pilotagem de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a rotação ao longo do segundo eixo do membro de pilotagem na terceira direção é limitada por um terceiro par de batentes (25) configurado para estar contíguo a um terceiro par correspondente de superfícies de rolamento (37) no sensor de força (19).
7. Dispositivo de pilotagem de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a rotação ao longo do segundo eixo do membro de pilotagem na quarta direção é limitada por um quarto par de batentes (26) configurado para estar contíguo a um quarto par correspondente de superfícies de rolamento (38) no sensor de força (19).
8. Dispositivo de pilotagem de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro eixo e o segundo eixo são ortogonais um ao outro.
9. Dispositivo de pilotagem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material complacente é afixado a pelo menos um batente em um lado voltado para o sensor de força.
10. Dispositivo de pilotagem de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que cada batente compreendendo material complacente compreende ainda um material não complacente em um lado do material complacente voltado para o sensor de força.
11. Dispositivo de pilotagem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das superfícies de rolamento é fornecida com um material complacente em um lado voltado para o par de batentes correspondente.
12. Dispositivo de pilotagem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos batentes é fornecido com um recurso mecânico configurado para facilitar a incorporação de material complacente no mesmo.
13. Dispositivo de pilotagem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das superfícies de rolamento é fornecida com um recurso mecânico configurado para facilitar a incorporação de material complacente na mesma.
14. Dispositivo de pilotagem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material complacente é fornecido com um recurso mecânico configurado para facilitar a incorporação do mesmo em pelo menos um dos batentes e/ou pelo menos uma das superfícies de rolamento.
15. Método para abordar um erro de sensor de força, caracterizado pelo fato de que compreende mover uma ou mais superfícies de rolamento de um sensor de força de um dispositivo de pilotagem em contiguidade com um ou mais batentes mecânicos, pelo menos uma das superfícies de rolamento e/ou pelo menos um dos batentes mecânicos compreendendo um material complacente, de modo a garantir uma carga simétrica por um ou mais batentes mecânicos no sensor de força.
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