CN100488840C - 用于驾驶地面行驶的飞行器的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的方法包括：形成左右制动指令(FG、FD)之间的差值(D1)；把所述差值(D1)转变为用于方向舵(16)和可控前轮系(4)的附加控制指令(D2)；以及同时根据下列条件将所述附加控制指令(D2)应用于所述方向舵(16)和可控前轮系(4)：差值(D1)大于第一阈值并且通过舵杆传送至方向舵和可控前轮系(4)的组合控制指令小于第二阈值。

Description

用于驾驶地面行驶的飞行器的方法和设备
本发明涉及飞行器在地面上行驶时用于驾驶飞行器的方法和设备，也涉及配备这种设备的飞行器。
众所周知，飞行器在地面上的驾驶，也就是所述飞行器的偏航控制，主要受方向舵和可控前轮系的影响，该可控前轮系(一般称作“前轮”)被设置在飞行器的头部附近。为此，由飞行员操控，从舵杆开始控制方向舵和可控前轮系。例如，舵杆的向右压低传送飞行员的意图以产生趋向于使飞行器头部移向右边的偏航力矩，该偏航力矩通过方向舵和可控前轮系的向右偏转获得。
另外已知，用安装在起落架的轮子上的制动器以及扰流板襟翼(空气动力减速装置)和/或推力反向器确保飞行器的地面制动，该扰流板襟翼能够增大飞行器的阻力并且能够向下将其压在地面上，从而增大轮子制动器的效力；轮子的制动器受到能够计入来自飞行员或自动装置的指令的系统控制。为了在地面上制动飞行器，飞行员控制两个安装在舵杆上并分别与轮子制动器匹配的踏板，该轮子制动器被设置在飞行器纵轴的两侧：因此，右踏板能控制设置在飞行器右边的制动器，左踏板能控制设置在左边的制动器。如果飞行员对两个制动踏板施加不同的制动作用，那么就在设置在飞行器纵轴两侧的轮组之间产生差动制动，这个差动制动产生用于飞行器的偏航力矩。
飞行器在地面上的驾驶因此也可通过这样的差动制动实现。因此，当飞行器的飞行员希望纠正飞行器在地面上的侧向路线时，他能对舵杆进行操作，从而使方向舵和可控前轮系介入；和/或对制动踏板进行操作，从而产生差动制动。
然而应该注意到，在某些情况下，例如强烈的侧风、发动机故障等，单独对制动踏板的操作可能不足以控制飞行器的侧向路线，并且可能导致飞行器离开滑行道。
目前，如果发生舵杆故障就会出现这样的情况。特别是在这种情况下，仅有制动踏板可用于飞行器在其地面行驶时的偏航控制。
本发明的目的在于弥补这些缺点并且使得能够通过单独对制动踏板的非对称操作增大产生在飞行器上的偏航力矩。
为此，根据本发明，涉及一种包括下述特征的飞行器在地面上行驶时用于驾驶飞行器的方法：
- 可控前轮系；
- 方向舵，被设置在所述飞行器的后部；
- 舵杆，由飞行器的飞行员操控，使得能够向所述可控前轮系和所述方向舵发送组合控制指令，从而在偏航时控制所述飞行器；
- 至少两个起落架，彼此相对于飞行器的纵向垂直中平面对称，所述起落架上的轮子配备有制动器；以及
- 两个制动控制构件，由所述飞行员操控，分别与所述起落架匹配，并且各自产生制动指令，从而控制相匹配的起落架的轮子制动器，
该方法的显著特点在于：
- 形成所述制动指令之间的差值；
- 制动指令中的所述差值被转换为用于所述方向舵和用于所述可控前轮系的附加控制指令；以及
- 所述附加控制指令被应用于所述方向舵和所述可控前轮系，取决于两个条件：
· 制动指令中的所述差值大于第一阈值；以及
· 由所述舵杆向所述方向舵和所述可控前轮系发送的所述组合控制指令小于第二阈值。
因此，依靠本发明，在舵杆因其两个控制杆被锁在中间位置附近而已经失效的情况下，在飞行员方面的差动制动作用能够引起方向舵和可控前轮系呈适当方式的转动，从而允许飞机在地面上的路线的偏航控制。另一方面，如果地面上的飞行器遭受强烈的倾斜的风，该倾斜的风迫使飞行员用舵杆，以及可能用差动制动作用控制飞行器的路线，那么差动制动作用就不能对方向舵的位置或者可控前轮系的位置施加补偿作用。
在已知方式中，每个所述差动控制构件的最大行程位于中间位置和最大制动位置之间，并且这个最大行程特别对应于所述制动控制构件的转动，该转动处于转动角度值等于零(在所述中间位置)和转动角度最大值(在所述最大制动位置)之间。
有利地，所述第一阈值对应于制动控制构件的所述最大行程的一个分数，处于三分之一和三分之二之间，并且优选至少近似对应于所述最大行程的二分之一，即所述第一阈值就等于所述转动角度最大值的二分之一。
在本发明优选的实施方式中，为了计入所述第一阈值，在用于方向舵的附加控制指令的所述转换之前，制动指令中的所述差值被转变为第一函数，其取值在达到所述第一阈值之前一直为零，并且从所述第一阈值开始，优选线性地增大到用于制动指令中所述差值的最大值(等于转动角度的最大值)的所达到的最大值。所述第一函数的所述最大值等于制动指令中所述差值的最大值。
在与用于所述制动控制构件的上述方式类似的方式中，舵杆的每个控制杆的最大转动行程处于中间位置和对应于方向舵最大偏转的位置(对应于最大角度值)之间。
优选地，通过所述第一函数乘以一个系数实现制动指令中所述差值向用于方向舵的附加控制指令的转换，该系数等于舵杆的控制杆的所述最大行程与所述制动控制构件的所述最大行程的比值。
为了计入所述第二阈值，由此得到的所述附加控制指令在与所述组合控制指令相加之前受到界限的控制，该界限借助所述第二阈值限定一个域：在该域之外，所述附加控制指令为零；并且在该域之内，所述附加控制指令对于所述方向舵和所述可控前轮系具有受限的权限。所述域的轮廓对应于一个函数：在所述组合控制指令等于所述第二阈值时该函数为零，在所述组合控制指令为零时该函数等于所述第二阈值，并且该函数在这些值之间变化。
所述第二阈值对应于舵杆控制杆的所述最大行程的一个分数，例如三分之二。
作为预防，每个所述制动指令在它们的差值形成之前受到限制。同样，有利的是所述组合控制指令与所述受限的附加控制指令的总和在应用于所述方向舵和所述可控前轮系之前受到限制。
本发明还涉及在地面上飞行器的行驶时用于驾驶飞行器的设备，所述飞行器包括：
- 可控前轮系；
- 方向舵，被设置在所述飞行器的后部；
- 舵杆，由飞行器的飞行员操控，使得能够向所述可控前轮系和所述方向舵发送组合控制指令，从而在偏航时控制所述飞行器；
- 至少两个起落架，彼此相对于飞行器的纵向垂直中平面对称，所述起落架的轮子配备有制动器；以及
- 两个制动控制构件，由所述飞行员操控，分别与所述起落架匹配，并且各自产生制动指令，从而控制相匹配的起落架的轮子制动器。
根据优选的实施方式，本发明的设备的显著特点在于它包括：
- 用于形成所述制动指令之间的差值的装置；
- 函数发生器，把所述差值转换为函数，其取值在达到所述第一阈值之前一直为零，并且从所述第一阈值开始增大到对于制动指令中所述差值的最大值而达到的最大值；
- 把所述函数转换为用于所述方向舵和所述可控前轮系的附加控制指令的装置；
- 限制装置，能够限制所述附加控制指令并且借助第二阈值限定一个域：在该域之外，所述附加控制指令为零，并且在该域之内，所述附加控制指令的权限具有对所述方向舵和所述可控前轮系的受限权限；
- 用于形成所述组合控制指令与所述附加控制指令总和的装置，所述附加控制指令被所述第二函数发生器限制；以及
- 用于把所述和应用于所述方向舵和所述可控前轮系的装置。
附图的图示将说明可以实施本发明的方式。在附图中，相同标号指示相同部件。
图1是本发明可适用的机身宽大的民用飞机的端视图；
图2是图1的飞机的侧视图；
图3是从图1和图2的民用飞机的上方看到的局部视图，仅仅表示出所述飞机的轮廓，以便示出配有制动装置的各种轮系和地面偏航控制装置的位置；
图4给出根据本发明的地面偏航控制装置的典型实施例的示意图；以及
图5和图6是示意地并且部分地示出实施图4的典型实施例的图表。
在图1和图2中示意性示出并且在地面S上滑行的飞机1，包括：两对相应的轮系2G、2D和3G、3D，以及设置在飞机1的头部附近的可控前轮系4(一般称为“前轮”)。
分别设置在飞机1的左边和右边的两个轮系2G和2D彼此相对于飞机1的纵向垂直中平面V-V对称。同样，也分别设置在飞机1的左边和右边的两个轮系3G和3D彼此相对于所述平面V-V对称。另一方面，两个轮系2G和2D比轮系3G和3D更靠近所述平面V-V(并因此彼此更加靠近)。
近轮系2G和2D的每个轮子5配备有独立的制动器(在图4中示意地以标号9示出)，并且轮系2G或2D中每一个轮系的独立制动器分别由控制装置6G或6D控制。
同样，远轮系3G和3D的每个轮子7配备有独立的制动器(在图4中示意地以标号10示出)，并且轮系3G或3D中每一个轮系的独立制动器分别由控制装置8G或8D控制。
控制装置6G、6D、8G和8D自身由制动分配器11控制，该制动分配器分别经由线路15G和15D接收两个变换器14G和14D的左制动FG和右制动FD，该变换器分别与由飞行员操控的左构件12G和右构件12D相匹配。
在已知方式中，左制动指令FG在大多数情况下特别用于制动左边远轮系3G的轮子7并且可用于制动左边近轮系2G的轮子5。同样，右制动指令FD在大多数情况下特别用于制动右边远轮系3D的轮子7并且可用于制动右边近轮系2D的轮子5。
其他制动构件(未图示)优选地被设置为由飞机1的副驾驶员操控。
如图4示意性所示，所述制动构件12G和12D包括转动踏板，该转动踏板分别被铰接到飞机1的舵杆13的控制杆13G和13D的自由端。
当飞行员用他的左(或右)脚使左踏板12G(或右踏板12D)转动时，所述踏板的转动被左变换器14G(或被右变换器14D)检测到，该变换器产生相应的被发送到所述制动分配器11的左制动指令FG(或右制动指令FD)。每个踏板12G或12D的转动角α处于0(踏板静止)和α max(最大转动)之间，并且相应的制动指令FG或FD取决于所述转动角α的值。
在已知方式中，当飞机在地面上滑行时，舵杆13被用于控制飞机1的方向舵16(见图2)和飞机1可控前轮系4的方向。为此，两个变换器17G和17D分别与舵杆13的两个控制杆13G和13D相连接，以便分别产生组合的向左LGC和向右LDC偏航控制指令。舵杆13的每个控制杆13G或13D的转动角β处于0(踏板静止)和β max(最大转动)之间，并且组合控制指令LGC和LDC分别通过致动装置18和19被应用于所述方向舵16和所述可控前轮系4。
根据本发明，分别由变换器17G和17D产生的偏航控制指令LGC和LDC，以及分别由变换器14G和14D产生的制动指令FG和FD被传送至处理装置20，在差动制动很大而指令LGC或LDC微弱时，该处理装置能产生用于方向舵16和可控前轮系4的附加控制指令D2l。
处理装置20包括减法器21，通过相应的限制器22G和22D，使用线路15G和15D将制动指令FG和FD供给该减法器，该限制器用于避免把完全错误的输入数据引入减法器21。例如，限制器22G和22D要求FG和FD被限制在0和α max之间。
因此，减法器21在其输出端送出差动制动指令D1，例如，如果FG大于FD，D1被视为正数，而在相反情况下D1被视为负数。差动制动指令D1被发送至函数发生器23，该函数发生器能把差动制动指令D1转换为函数F(D1)，其示例示由图5示出。在这个例子中，在踏板12G和12D最大行程的二分之一(α max/2)以下，函数F(D1)为零，并且在所述二分之一最大行程α max/2和最大行程α max之间，函数F(D1)是D1的线性增函数。对于D1等于α max，F(D1)也为αmax。
因此，函数F(D1)定义为大于阈值α max/2的大差动制动指令。函数F(D1)被传送至转换器24，该转换器能将其转换为用于方向舵16的指令。例如，所述转换器24使函数F(D1)乘以系数K，该系数等于舵杆13的控制杆的最大偏转β max与制动踏板12G和12D的最大转动α max的比值。
在转换器24的输出端，于是就得到用于方向舵16和可控前轮系4的附加偏转指令D2。该附加偏转指令D2被发送至限制器25，该限制器接收由连接到舵杆13的变换器17G和17D产生的控制指令LGC和LDC，并且产生函数LimD2，该函数能限制从指令D2到方向舵16偏转指令的作用域并且限制制动踏板12G和12D对方向舵16和可控前轮系4的权限。
在图6中示出的是由限制器25产生的典型限制域26。限制域26以轮廓27为边界，该轮廓满足这样的函数：当组合控制指令LGC或LDC等于阈值2.β max/3时函数值为零，该阈值2.β max/3等于舵杆13的控制杆13G和13D的偏转角β的最大值β max的三分之二；以及当所述组合控制指令为零时，该阈值等于所述阈值2.β max/3。在这两点之间，轮廓27的变化可以是线性的。
在限制域26之外，限制器25使附加偏转指令D2为零，而在所述限制域之内，使得附加偏转指令D2随组合控制指令LGC或LDC逆向地变化。
因此，限制器25在其输出端送出受限的附加偏转指令D2l，该附加偏转指令被加入加法器28内适当的组合控制指令LGC或LDC。
由此得到的总和被发送至限制器29，例如将该总和限制在-β max，+β max的范围内，在这之后，该总和被传送至方向舵16的致动装置18和可控前轮系4的致动装置19。
可选择地，指令D2l也可被发送至飞机1的空气动力表面(例如扰流板襟翼，未图示)，当飞机在地面上移动时该空气动力表面能够增大偏航力矩。
因此，在强烈的倾斜的风中，飞机1的飞行员用舵杆13，以及必要的话用踏板12G、12D上的差动制动作用控制飞机1的移动路线。当舵杆13被高度偏转时，差动制动对方向舵16的位置或可控前轮系4没有补偿作用。
在同样的情况下，如果控制杆13G和13D被锁住，它们靠近其中间位置，所以差动制动作用就会作用在制动器以及方向舵16和可控前轮系4的位置上，从而允许飞机1的路线被控制。
可注意到的是：依靠本发明，附加指令D2l以连续渐进的方式被限制为来源于舵杆13的指令LGC或LDC的函数，用这样的方式，当指令LGC或LDC达到总是优先于LGC或LDC指令的某一阈值(2.β max/3)时，该附加指令D2l实际上等于零。

Claims (15)

1.一种用于驾驶在地面(S)上的行驶的飞行器(1)的方法，所述飞行器包括：
- 可控前轮系(4)；
- 方向舵(16)，被设置在所述飞行器(1)的后部；
- 舵杆(13)，由飞行器的飞行员操控，使得能够向所述可控前轮系(4)和所述方向舵(16)发送组合控制指令，从而在偏航时控制所述飞行器；
- 至少两个起落架(2G、3G-2D、3D)，彼此相对于飞行器的纵向垂直中平面(V-V)对称，所述起落架的轮子(5、7)配备有制动器(9、10)；以及
- 两个制动控制构件(12G-12D)，由所述飞行员操控，分别与所述起落架相连，并且各自产生制动指令(FG、FD)，从而控制相连的起落架的轮子制动器，
其特征在于：
- 形成所述制动指令(FG、FD)之间的差值(D1)；
- 制动指令中的所述差值(D1)被转换为用于所述方向舵(16)和用于所述可控前轮系(4)的附加控制指令(D2)；以及
- 在下述两个条件下：所述附加控制指令(D2)被应用于所述方向舵(16)和所述可控前轮系(4)
·制动指令中的所述差值(D1)大于第一阈值；以及
·由所述舵杆向所述方向舵和所述可控前轮系发送的所述组合控制指令小于第二阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中每个所述制动构件(12G、12D)的最大行程位于中间位置和最大制动位置之间，其特征在于：所述第一阈值对应于所述最大行程的一个分数，处于三分之一和三分之二之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第一阈值至少近似对应于所述制动构件(12G、12D)的所述最大行程的二分之一。
4.根据权利要求2或3的任一项所述的方法，其特征在于：在向附加控制指令的所述转换之前，制动指令的所述差值被转变为第一函数(F(D1))，其取值在达到所述第一阈值之前一直为零，并且从所述第一阈值开始增大到用于制动指令的所述差值的最大值所达到的最大值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述第一函数在所述第一阈值和制动指令的所述差值的所述最大值之间线性地增大。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述函数的所述最大值至少近似等于制动指令的所述差值的所述最大值。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：通过所述第一函数乘以一个系数实现制动指令中的所述差值向用于方向舵(16)的附加控制指令的转换，该系数等于舵杆的控制杆的所述最大行程与所述制动控制构件的所述最大行程的比值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述附加控制指令在与所述组合控制指令相加之前受到界限的控制，该界限借助所述第二阈值限定一个域(26)，在该域之外，所述附加控制指令为零，并且在该域之内，所述附加控制指令的权限具有对于所述方向舵(16)和所述可控前轮系(4)的受限的权限。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述域(26)的轮廓(27)对应于一个函数，该函数在所述组合控制指令等于所述第二阈值时为零，并且在所述组合控制指令为零时等于所述第二阈值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述函数在其零值和其等于所述第二阈值的值之间至少近似线性地变化。
11.根据权利要求8至10的任一项所述的方法，其特征在于：所述第二阈值对应于舵杆(13)的控制杆的最大行程的一个分数。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述第二阈值对应于舵杆(13)的控制杆的最大行程的三分之二。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：每个所述制动指令在它们的差值形成之前受到限制。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述组合控制指令与所述受限的附加控制指令的总和在应用于所述方向舵和所述可控前轮系之前受到限制。
15.一种用于驾驶在地面(S)上行驶的飞行器(1)的设备，所述飞行器包括：
- 可控前轮系(4)；
- 方向舵(16)，被设置在所述飞行器的后部；
- 舵杆(13)，由飞行器的飞行员操控，使得能够向所述可控前轮系(4)和所述方向舵(16)发送组合控制指令，从而在偏航时控制所述飞行器；
- 至少两个起落架(2G、3G；2D、3D)，彼此相对于飞行器的纵向垂直中平面(V-V)对称，所述起落架的轮子(5、7)配备有制动器(9、10)；以及
- 两个制动控制构件(12G、12D)，由所述飞行员操控，分别与所述起落架相连，并且各自产生制动指令，从而控制相连的起落架的轮子的制动器，
其特征在于，该飞行器包括：
- 用于形成所述制动指令之间的差值(D1)的装置(21)；
- 函数发生器(23)，把所述差值(D1)转换为函数(F(D1))，其取值在达到所述第一阈值之前一直为零，并且从所述第一阈值开始增大到用于制动指令的所述差值(D1)的最大值所达到的最大值；
- 把所述函数(F(D1))转换为用于所述方向舵(16)和所述可控前轮系(4)的附加控制指令(D2)的装置(24)；
- 限制装置(25)，能够限制所述附加控制指令(D2)并且借助第二阈值限定一个域(26)，在该域之外，所述附加控制指令为零，并且在该域之内，所述附加控制指令的权限具有对于所述方向舵和所述可控前轮系的受限权限；
- 用于形成所述组合控制指令与所述附加控制指令(D2l)的总和的装置(28)，所述附加控制指令由所述限制装置(25)限定；以及
- 用于把所述总和应用于所述方向舵(16)和所述可控前轮系(4)的装置(18、19)。
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