CN100441479C - 起落架上重量确定方法、传感器以及传感器支架和飞机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于具有带支架的起落橇和附在该支架上的位移传感器的飞机上的起落架上重量传感器。该支架具有将第一端构件连接到第二端构件的中心构件。该中心构件具有中心线且端构件从中心构件的中心线延伸出来。安装构件沿着中心构件的中心线延伸，以帮助支架连接到横管上。位移传感器连接第一端构件与第二端构件。位移传感器平行中心构件的中心线且相对于该中心线偏置，从而当向中心构件施加弯曲力矩时，第一位移传感器或被伸长或被缩短。

Description

起落架上重量确定方法、传感器以及传感器支架和飞机

技术领域

本发明涉及用于飞机的传感器。特别是，本发明涉及用于具有起落橇的飞机的起落架上的重量传感器。

背景技术

出于多种原因，对于各种飞机系统来讲知道飞机是在地面上还是在天空中是很重要的。这就要参考本申请中的“起落架上重量”状态。出于本申请的目的，“正的(positive)”起落架上重量意味着飞机已经停靠在地表上，而“负的(negative)”起落架上重量意味着飞机在空中浮游。这是很重要的一个原因是当飞机在地面上时，希望停用或调整武器系统或其它系统的运行。因为飞机可以停靠在多种地表面上，所以很重要的是用于确定飞机是否在飞行中的系统不容易被不平坦的地表面或不寻常的高或低的摩擦表面所损坏、干扰或阻碍。

一些复杂系统已经被研制以确定具有相对的起落橇的飞机是否在空中。这些系统中的一些测量将起落橇连接到飞机机身的各横管的挠曲。这种系统依靠横管在整个系统寿命中与飞机维持的严格的公差。这些系统的一个问题是不正常的硬着陆可能使机身和横管变形，使得该依靠物理关系(physicalrelationship)的系统不可靠。

其它系统在起落架的结构构件上使用精细的应变测量传感器(delicatestrain gage sensors)。这些系统的主要问题是这些传感器很容易被恶劣的环境损坏，从而不适合长期运行。

还有一些系统使用在非常有限的操作范围中具有低公差的复合传感器。一旦超出操作范围，例如由于硬着陆或大的温度波动，传感器不能可靠地追踪飞机的进一步的运行。

正如所料，由于最初成本或频繁维护或更换的高成本，上述系统还可能非常昂贵。

发明内容

需要一种起落架上重量传感器，不论大的温度改变、硬着陆以及对飞机细小的损坏，其都可以正确并可靠地确定飞机的起落架上重量的状态。简单的说，需要一种坚固的系统，其在恶劣的操作条件下可靠并在运行中是可负担的。

该目的通过提供一种飞机而实现，该飞机具有通过横管连接到机身的相对的起落橇的以及独立的起落架上重量传感器。该横管通常位于飞机机身的底部附近。用于检测横管的弯曲的内置的起落架上重量传感器可操作地与横管联系。

根据本发明，用于使用在具有起落橇的飞机上的起落架上重量传感器具有支架和附着在支架上的位移传感器。该支架具有将第一端构件连接到第二端构件的中心构件。该中心构件具有中心线和从中心构件的中心线延伸的端构件。安装构件沿着中心构件的中心线延伸来帮助将支架连接到横管上。该位移传感器将第一端构件连接到第二端构件。该位移传感器与中心构件的中心线平行且偏置，从而当中心构件的弯曲发生，第一位移传感器要么伸长要么缩短。

第二位移传感器也可以被使用。第二位移传感器可被安放在第一的旁边来提供冗余系统，或者它可以被安放在第一位移传感器的对面而提供一个能够对温度的变化自动修正的系统。

起落架上重量传感器可沿着横管的中心线被连接到横管，来准确地记录横管的任何一个弯曲作为起落架上重量状态的指示。该起落架上重量传感器具有宽的操作范围，即使在起落橇或横管被损坏的情况下，使得其能够提供有用的数据。宽的操作范围也允许起落架上重量传感器补偿在温度上的变化。

本发明提供一些显著的优点，包括：(1)起落架上重量状态的准确且可靠的指示；(2)宽的操作环境条件范围；(3)有能力指示起落架的损坏；(4)可操作的备份；以及(5)适合于在宽范围内的起落架的结构、尺寸、硬度、以及其它设计特性。

其它的目的、特征以及优点将在下述的描述中变得清晰。

附图说明

认作本发明特征的新颖特征在附加的权利要求中阐明。然而，发明的本身以及所使用的优选实施例，以及其它目的和其优点，将通过下面的具体描述并结合附图而被更好地理解，附图中：

图1是具有通过横管连接的相对的起落橇的飞机的透视图；

图2示出起落架上重量传感器；

图3是图2的起落架上重量传感器的端视图；

图4示出使用在类似图2所述的起落架上重量传感器中的支架；

图5A描述起落架上重量传感器的结构；

图5B描述起落架上重量传感器的另一种结构；

图5C描述起落架上重量传感器的再一种结构；以及

图6描述可替换的起落架上重量传感器的实施例。

具体实施方式

本发明描述了线性移动传感器可在较宽范围的操作条件下被用于准确地确定飞机的起落架上重量状态的发现。根据本发明的起落架上重量传感器在应用于具有被横管连接的相对的起落橇的飞机中特别有用。

参考附图中的图1，显示了根据本发明的飞机11的优选实施例，该飞机带有由具有起落架上重量传感器17的横管15连接的起落橇13。起落架上重量传感器17在飞机11上向飞行控制电脑(未示出)、或FFC(flight controlcomputer)提供数据。所提供的数据使得飞行控制电脑准确地确定飞机11的起落架上重量状态。例如，如果起落架上重量指示为正的，则飞机11正在被起落橇13支撑。否则，如果起落架上重量状态为负的，则飞机11没有被起落橇13支撑。起落架上重量状态可被单独使用，或与其它数据结合，来确定飞机11是否在空中运行以及根据该信息确定系统是否应被停用或调整。

参考附图中的图2，更详细地示出起落架上重量传感器17。起落架上重量传感器17具有支架19，其由在第一端构件23和第二端构件25之间延伸的中心构件21形成。安装构件27被示出连接到配件29上。位移传感器31被连接到端构件23和25上，并且与中心构件21平行地定位。

如图2所示，每一个位移传感器31可包含在连接到连杆35的线性移动传感器33。感应器31被防护管37和防尘罩39的结合体选择性地保护。线性移动传感器33可为线性可变差动变压器(LVDT)、弹簧和测力传感器、或任何一个可以以对干扰具有小的或低的敏感度在相对短的范围内准确且可靠地指示线性运动的传感器。已经发现通常从Schaevitz传感器公司(Schaevitz Sensors)获取的商标名称(trade designation)为HCA系列的密封的LVDT可以满足这一服务的要求。防水管37和灰尘保护罩39被用作更进一步保护连杆35和线性移动检测器33免于被损坏或腐蚀。

现在参考附图中的图3，详细示出在安装构件27和配件29之间的交界面的起落架上重量传感器17的端视图。如图2和3所示，安装构件27可通过螺母和螺钉以及胶粘剂粘结固定到配件29。可使用其它固定方法在安装构件27和配件29之间提供适当的连接，来传递任何由于在起落橇13上支撑飞机11而产生在横管15上的力矩。优选实施例的横管15具有一般的矩形管状横截面。因此，配件29适合于将起落架上重量传感器17连接到矩形横管15。配件29可适合安装任何外形的横管，包括具有工字梁形、椭圆形、多边形、或圆形横截面的实体或管。此外，从图2清楚地看到配件29适合于通过铆钉、螺母和螺钉、或其它合适的固定装置被固定到横管15上，其传输任何由于在起落橇13上支撑飞机11而产生在横管15之上的力矩。

由于在起落橇13上支撑飞机11而产生在横管15上的力矩趋向垂直移动横管15的中心。例如，由于飞机11的重量被施加到起落橇13上，横管15的中心稍微向下弯曲。弯曲的数量可取决于多种因素，例如降落表面和起落橇13之间的摩擦、起落橇13的结构条件、任何有效载荷(payload)的重量、或周围的温度。因此，起落架上重量传感器17测量横管15的弯曲，而不结合其它结构元件，来指示飞机11的起落架上重量的状态。

现在参考附图中的图4，所示的支架19没有位移传感器31或配件29。图4中的支架19与图2中的支架19稍有不同，如可以看到的中心构件21的形状。基于在横管15所期望的力矩范围和位移传感器31的移动的范围，中心构件21的形状和横截面可被调整用于各种应用。此外，图4提供都在第一端构件23上的第一传感器装置41和第二传感器装置43的更清晰的图。同样地，第一杆装置45和第二杆装置47均位于第二端构件25中。在这点上，在图2中的位移传感器31的大体结构与图4中的和支架一起使用的位移传感器31的大体结构相似。

现在参考附图中的图5A、5B和5C，显示出位移传感器31的各种结构。位移传感器31都在第一端构件23和第二端构件25之间延伸。在图5C中，位移传感器31偏置横管15的中心线被定位，来测量横管15的弯曲。在图5B中，两个位移传感器31被定位在横管15的中心线的相同侧，来提供横管15的弯曲的冗余读数。在图5A中，位移传感器31被定位在横管15的中心线的上面和下面，来提供充足的数据用于横管15的弯曲的自动调整指示。位移传感器31的方向没有被说明，这是因为每一个位移传感器31可与线性移动传感器33一同被定位在第一端构件以及与连杆35被定位在第二端构件，反之亦然。

图5A示出起落架上重量传感器17，其中两个位移传感器31被定位在相对于中心构件21彼此相对的位置。飞机11的起落架上重量状态通过比较从位移传感器31中得到的数据来确定。如果最上面的位移传感器31被缩短，同时下面的位移传感器31被伸长，横管中的与飞机11正的起落架上重量状态相一致的力矩被指示。此外，如果被伸长或缩短相近的数量，其可以为重大温度改变的指示或由于塑性变形或失效造成的横管15或起落橇13的结构完整性的改变的指示。

图5B示出具有两个均位于中心构件21的相同侧的位移传感器31的起落架上重量传感器17。位移传感器31的缩短是正的起落架上重量状态的指示。其提供冗余系统，其中从两个传感器得到的值可被比较来确定是否传感器中的一个失效。

图5C示出具有定位成与中心构件21平行的单独的位移传感器31的起落架上重量传感器17。图5C中的起落架上重量传感器提供低成本简单方案，其提供飞机的起落架上重量状态。位移传感器31的缩短是正的起落架上重量状态的指示。

此外，图5B和5C的起落架上重量传感器可被反转，从而位移传感器31的延长可表示正的起落架上重量状态。

参考附图中的图6，示出可替换的实施例，其中横管15的垂直方向的弯曲由被固定到支承臂51和管座53的位移传感器31来指示。支承臂51被固定到沿横管15的长度的两个间隔点上，从而在两个点之间的横管15的弯曲可被垂直对准的位移感应器31测量作为的垂直位移。此外，测量在横管15中弯曲无关于横管15相对于飞机的剩余结构的位置。位移传感器31的取向可为直立的或颠倒的(inverted)，并且多重位移传感器31可被用作产生冗余系统。

位移传感器31产生相对于位移传感器31的位移的信号。逻辑计算机49解释该信号来指示飞机11的起落架上重量状态。一个实施例使用逻辑结构，其允许起落架上重量传感器17在很宽的多种条件下来指示飞机的起落架上重量状态而没有过度的校准(undue calibration)的。

逻辑计算机49与将涉及起落架上重量传感器的变量和数值存储起来的存储器联合。存储器优选为非易失性的。逻辑计算机49从位移传感器31接受信号，然后继续将信号与储存在存储器中的可接受数值的范围进行比较。如果信号没有在可接受数值的预先选择的范围内，逻辑计算机指示起落架上重量17的故障。这种故障可能由于位移传感器17超过它的有用范围，或者电子组件或配线的故障。

逻辑计算机49为每一个正和负的起落架上重量状态保存一个信号值。将由位移传感器31得到的信号与这些保存的数值进行比较，来指示起落架上重量状态，并且更新保存的数值。例如，在新安装的起落架上重量传感器17上保存的正的起落架上重量数值可能为空白或在可接受的信号范围之外。如果从起落架上重量传感器接收到的信号在可接受的范围之内，接收到的信号将被作为起落架上重量正的数值被保存，因为假设当起落架上重量传感器被安装或激活时飞机11在地面上。

逻辑计算机49也可被连接到关于飞机11的飞行状态的其它信息上，例如驾驶杆的位置、主要空速(primary airspeed)、次要空速(Secondary airspeed)、地速、和高度。这些其它的指示器可被用作确认起落架上重量状态的指示。例如，如果这些指示器中的任意哪个在几秒的时间内高于确定的阈值，可以假定飞机事实上在天空中。这样的话，从起落架上重量传感器接收到的信号可被作为起落架上重量负的数值被保存。

从这点上，只要来自位移传感器31上的信号在起落架上重量正的数值的预先设定的范围内，逻辑计算机49可指示起落架上重量状态为正的。并且只要来自位移传感器31上的信号在起落架上重量负的数值的预先设定的范围内，逻辑计算机49可指示起落架上重量状态为负的。但是，假定重复降落、降落表面的改变、或者温度的改变将会改变横管15中的弯曲的量，并且因此改变来自位移传感器31的信号。因此，对所保存的作为正的起落架上重量和负的起落架上重量的数值要不断地进行调节。

例如，当来自位移传感器31的信号在起落架上重量正的数值的预先设定的范围内，逻辑计算机可重新设定起落架上重量正的数值为新的信号。同样的做法可以用于起落架上重量负的数值。其补偿了在飞机11和起落架上重量传感器17中的缓慢变化。

当遇到更多的突然变化时，信号将在起落架上重量正和起落架上重量负的数值的预先设定的范围之外。结合其它飞机数据，起落架上重量状态可被确定，并且将新的数值保存。例如，如果信号在范围之外、空速大于每小时60英里、并且雷达高度大于20英尺持续几秒钟，逻辑计算机49可将起落架上重量数值重新设定为新的信号。同样地，如果新的信号在范围之外、空速低于每小时10英里、并且雷达高度低于10英尺持续几秒钟，逻辑计算机49可将起落架上重量正的数值重新设定为新的信号。

上述信号被采样并进行时间平均，来消除来自振动和其它来源的噪音。用于计算该连续平均(running average)的时间可在2到3秒的范围内。

显然本发明的主要优点已经被描述和揭示。尽管示出了本发明的有限的形式，但是本发明并不仅限于这些形式，而是可以在不脱离本发明的精神的前提下进行各种变化和更动。

Claims (20)

1.一种用于具有起落橇的飞机上的起落架上重量传感器，该起落架上重量传感器包括：

支架，具有将第一端构件连接到第二端构件的中心构件，中心构件具有中心线；及从中心构件的中心线延伸出的各端构件；沿着中心构件的中心线延伸的各安装构件；和

将第一端构件连接到第二端构件的第一位移传感器，该第一位移传感器平行中心构件的中心线且相对该中心线偏置，从而当向中心构件施加弯曲力矩时，第一位移传感器或被伸长或被缩短。

2.如权利要求1所述的起落架上重量传感器，还包括：

将第一端构件连接到第二端构件的第二位移传感器，该第二位移传感器平行中心构件的中心线且相对于该中心线偏置。

3.如权利要求2所述的起落架上重量传感器，其中第二位移传感器与第一位移传感器位于中心构件的中心线的相同侧，从而当向中心构件施加弯曲力矩时，第一位移传感器和第二位移传感器或被伸长或被缩短。

4.如权利要求2所述的起落架上重量传感器，其中相对于中心线，第二位移传感器与第一位移传感器相互对置，从而当向中心构件施加弯曲力矩时，如果第一位移传感器伸长那么第二位移传感器缩短，并且如果第一位移传感器缩短那么第二位移传感器伸长。

5.如权利要求1所述的起落架上重量传感器，其中第一位移传感器包括：

连接到第一端构件的线性移动传感器；和

连接到第二端构件和线性移动传感器的连杆。

6.如权利要求2所述的起落架上重量传感器，其中第一位移传感器包括：

连接到第一端构件的线性移动传感器；和

连接到第二端构件和线性移动传感器的连杆；并且

其中该第二位移传感器包括：

连接到第一端构件的线性移动传感器；和

连接到第二端构件和线性移动传感器的连杆。

7.如权利要求2所述的起落架上重量传感器，其中第一位移传感器包括：

连接到第一端构件的线性移动传感器；和

连接到第二端构件和线性移动传感器的连杆；并且

其中该第二位移传感器包括：

连接到第二端构件的线性移动传感器；和

连接到第一端构件和线性移动传感器的连杆。

8.一种飞机，包括通过横管连接的相对的起落橇，其特征在于，该飞机还包括附着在横管上的起落架上重量传感器，该起落架上重量传感器包括：

支架，具有将第一端构件连接到第二端构件的中心构件，中心构件具有中心线，及从中心构件的中心线延伸出的端构件，及沿着中心构件的中心线延伸的安装构件；以及

将第一端构件连接到第二端构件的第一位移传感器，该第一位移传感器平行中心构件的中心线且相对于该中心线偏置，从而当向中心构件施加弯曲力矩时，第一位移传感器或被伸长或被缩短。

9.如权利要求8所述的飞机，还包括：

将第一端构件连接到第二端构件的第二位移传感器，该第二位移传感器平行中心构件的中心线且相对于该中心线偏置。

10.如权利要求9所述的飞机，其中第二位移传感器与第一位移传感器位于中心构件的中心线的相同侧，从而当向中心构件施加弯曲力矩时，第一位移传感器和第二位移传感器或被伸长或被缩短。

11.如权利要求9所述的起落架上重量传感器，其中相对于中心线，第二位移传感器与第一位移传感器相互对置，从而当向中心构件施加力矩时，如果第一位移传感器伸长那么第二位移传感器缩短，并且如果第一位移传感器缩短那么第二位移传感器伸长。

12.如权利要求8所述的起落架上重量传感器，其中第一位移传感器包括：

连接到第一端构件的线性移动传感器；和

连接到第二端构件和线性移动传感器的连杆。

13.如权利要求9所述的起落架上重量传感器，其中第一位移传感器包括：

连接到第一端构件的线性移动传感器；和

连接到第二端构件和线性移动传感器的连杆；并且

其中该第二位移传感器包括：

连接到第一端构件的线性移动传感器；和

连接到第二端构件和线性移动传感器的连杆。

14.如权利要求9所述的起落架上重量传感器，其中第一位移传感器包括：

连接到第一端构件的线性移动传感器；和

连接到第二端构件和线性移动传感器的连杆；并且

其中该第二位移传感器包括：

连接到第二端构件的线性移动传感器；和

连接到第一端构件和线性移动传感器的连杆。

15.一种用于具有中心线的起落架上重量传感器中的支架，该支架包括：

从中心线延伸的第一端构件；

从中心线延伸的第二端构件；

沿着中心线延伸并且将第一端构件连接到第二端构件的中心构件；

在第一端构件上用于接收第一线性移动传感器的第一传感器座；

第二端构件上与第一传感器座相对并且用于接收连接于第一线性移动传感器的第一连杆的第一杆座，从而校准第一线性移动传感器与中心线平行；以及

与中心线校准的安装构件适合于连接具有起落橇的飞机的横管的中心线。

16.如权利要求15所述的支架，还包括：

在第一端构件上适合接收第二线性移动传感器的第二传感器座；和

在第二端构件上与第二传感器座相对的并且适合接收连接于第二线性移动传感器的第二连杆的第二杆座，从而校准第二线性移动传感器与中心线平行，并且与第一线性移动传感器相邻。

17.如权利要求15所述的支架，还包括：

在第二端构件上适合接收第二线性移动传感器的第二传感器座；和

在第一端构件上与第二传感器座相对的并且适合接收附着于第二线性移动传感器的第二连杆的第二杆座，从而校准第二线性移动传感器与中心线平行，并且与第一线性移动传感器相邻。

18.如权利要求15所述的支架，还包括：

在第一端构件上适合接收第二线性移动传感器的第二传感器座；和

在第二端构件上与第二传感器座相对的并且适合接收附着于第二线性移动传感器的第二连杆的第二杆座，从而校准第二线性移动传感器与中心线平行，并且相对于中心线与第一线性移动传感器相互对置。

19.如权利要求15所述的支架，还包括：

在第二端构件上适合接收第二线性移动传感器的第二传感器座；和

在第一端构件上与第二传感器座相对的并且适合接收附着于第二线性移动传感器的第二连杆的第二杆座，从而校准第二线性移动传感器与中心线平行，并且相对于中心线与第一线性移动传感器相互对置。

20.一种用于确定具有被横管连接的相对的起落橇的飞机的起落架上重量状态的方法，该方法包括的步骤为：

将具有中心线的支架连接到横管，该支架具有从中心线延伸的第一端构件，从中心线延伸的第二端构件，沿着中心线延伸并且将第一端构件连接到第二端构件的中心构件，在第一端构件上适合接收第一线性移动传感器的第一传感器座，在第二端构件上与第一传感器座相对的并且适合接收附着到第一线性移动传感器的第一连杆的第一连杆座，从而校准第一线性移动传感器与中心线平行，以及与中心线对准适合于与横管的中心线连接的安装构件；

将第一线性移动传感器装在第一传感器座上并且将第一连杆装在第一杆座上，以及将第一连杆与线性移动传感器连接；以及

通过使用机上电子装置，监视线性移动传感器的输出；和

通过使用机上电子装置，分析线性移动传感器的输出来确定飞机的起落架上重量状态。

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