CN101048640B - 机械飞行控制辅助动力助推系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于旋翼式飞行器的机械飞行控制系统。该飞行控制系统包括上游部分(113)、下游部分(115)和用于将上游部分(113)连接至下游部分(115)的助推装置(117)。该助推装置(117)可包括双重共轴阀致动器和/或多种系统负载限制特征。

Description

机械飞行控制辅助动力助推系统

技术领域

本发明涉及机械飞行控制系统的领域。

背景技术

多年来，机械飞行控制系统(MFCS)已经用于辅助各种类型飞行器的控制。一般用于直升机的MFCS是驾驶杆(cyclic)控制系统(CCS)。CCS一般包括飞行员输入装置，通常是由飞行员右手控制的操作杆，并且通过各种机械连杆连接至液压致动器。液压致动器通常布置成连接至隔板并且使隔板的物理取向产生变化。直升机的侧向、向前和向后运动主要通过隔板的物理取向进行控制。CCS正常情况下设计为使得当飞行员移动操纵杆离开对中位置时，所连接的机械连杆使得致动器调节隔板的物理取向，从而使直升机沿操纵杆移动的方向移动。

CCS通常被描述为具有特定的机械特性。CCS的机械特性一般被总结为当飞行员操作操纵杆时飞行员通过操纵杆感受到的有效的力。CCS通常被设计为保持平衡的，在没有飞行员干涉的情况下，操纵杆对中至所谓的“平衡调整位置”。当操纵杆对中或者处于平衡调整位置时，由于CCS的作用，直升机不会进行侧向、向前或向后的运动。通过组合以建立CCS机械特性的主要贡献力包括：(1)“中断力”或“返回中心力”，该力是不变的力，不论操纵杆移动多远以及操纵杆移动的速度，通过施加该力可将操纵杆对中至平衡调整位置，(2)“梯度力”或“弹性力”，该力也可使操纵杆返回至对中位置，但是会随着操纵杆与平衡调整位置的距离而发生变化，操纵杆移动的越远，所施加的将操纵杆对中至平衡调整位置的力就越大，(3)不变的“摩擦力”，该力与操纵杆的移动方向相反，(4)“缓冲力”，该力与操纵杆移动的方向相反并且随着操纵杆移动的速度而发生变化，以及(5)“硬停止力”，该力模拟操纵杆的行程的机械极限。

上述文献记载了力的变化。中断力通常通过CCS的机械平衡、与连接各种机械连杆的接头相关联的中断摩擦力以及与力-梯度盒(cartridge)相关联的弹性预负载力的组合而得到。梯度力和弹性预负载二者通常主要地来自所使用的沿着操纵杆与隔板致动器的连接件之间的力路径定位的“力-梯度盒”。力-梯度盒通常是包括双向弹性元件的筒。硬停止力通常是传送至操纵杆的力，以告知飞行员CCS已经处于当前方向命令的控制极限。

自动飞行控制系统(AFCS)通常结合入CCS，使得电动机或其他装置对CCS提供机械输入，实现操纵杆的自动握持和/或“平衡调整位置”的自动调节。通常情况下，将“平衡调整位置按钮”结合在操纵杆上，允许飞行员将操纵杆移动至任何所需位置，然后释放平衡调整位置按钮来命令AFCS保持当前的操纵杆位置。通常，“平衡调整位置”或“姿态”可通过移动操纵杆上的四向拨动式开关而进行调节。如果CCS具有良好的机械特性，那么飞行员就可容易地通过向操纵杆施加力而不脱开AFCS来“推过”由AFCS保持的操纵杆位置。

如果CCS的摩擦力过大和/或操纵杆设计带来的机械杠杆力过低，那么可能会对CCS的机械性能产生明显负面的影响.例如，提供低机械杠杆力的操纵杆会带来更高的中断力并且放大CCS的机械不平衡，导致差的控制和谐性.在摩擦力不能被适当地减小以适应低杠杆力操纵杆的情况下，力-梯度盒无法提供正确量值的弹性力.在低弹性力量值的情况下，在CCS的手动操作期间会出现差的操纵杆对中，并且AFCS被防止“向后驱动”CCS.虽然上述MFCS的进展使MFCS设计产生明显的进步，但是仍然存在明显的缺点.

发明内容

需要一种改善的机械飞行控制系统。

因此，本发明的目的是提供一种提供较低感受的系统摩擦的经过改进的机械飞行控制系统。

这一目的通过提供一种CCS而实现，在CCS中，操纵杆二级助动致动器连接在CCS的上游部分与CCS的下游部分之间的平行负载路径。

本发明提供明显的优点，包括：(1)对中至平衡调整位置的经过改善的操纵杆；(2)对飞行员屏蔽与CCS的下游部分相关联的所有摩擦和质量不平衡；(3)允许飞行员感受到只与CCS的上游部分关联的摩擦；以及(4)在CCS的AFCS的使用期间，CCS的上游部分和相同CCS的下游部分具有不同的摩擦力时提供向后驱动或推过能力。

其它目的、特征和优势将在随后的说明书中变得清楚明了。

附图说明

本发明的新颖特征的特性阐述在所附的权利要求中。但是，本发明以及优选实施例和其目的和优势将参考下述详细说明书并结合附图进行理解，其中：

图1是根据本发明的直升机的优选实施例的透视图；

图2和3是根据本发明的CCS的优选实施例的透视图；

图4-7是图2和3的CCS的纵向助推组件的透视图和侧视图；以及

图8-11是图2和3的CCS的侧向助推组件的透视图和侧视图。

具体实施方式

本发明是一种改善的机械飞行控制系统(MFCS)，该系统允许MFCS的上游部分以比MFCS的下游部分低的摩擦和预负载进行操作。虽然特定地参照用于直升机的操纵杆控制系统CCS，但是本发明可选择地与任何其它的操作具有比下游输出控制部分低的摩擦的上游输入控制部分是理想的和/或有益的机械控制系统相结合。

图1示出根据本发明的结合CCS(未示出)的直升机101。直升机101具有机身103、机组人员舱105以及由动力设备(未示出)供给动力并由桅杆109驱动的转子叶片107。CCS的操纵杆(未示出)和CCS的其他部分(未示出)位于直升机101操作期间飞行员和副驾驶员就座的机组人员舱105中。直升机101也具有由CCS部分地物理操纵的隔板(未示出)。隔板的物理操纵产生交替变化的操纵杆控制输出。当然，CCS可选择性地包括用于控制操纵杆输入的自动导航特征。

现在参照图2和3，示出根据本发明的CCS的优选实施例的透视图。CCS 111包括上游部分113、下游部分115和连接至上游部分113和下游部分115二者的助推装置117。CCS 111也包括侧向负载路径119和纵向负载路径121.在本发明的该实施例中，助推装置117包括侧向助推组件123和纵向助推组件125.一般地，助推组件123、125平行于传统导引负载路径进行安装，而不是与传统导引负载路径串联.力通过侧向助推组件125从侧向负载路径119的上游部分113传送至侧向负载路径119的下游部分115.力通过纵向助推组件125从纵向负载路径119的上游部分113传送至纵向负载路径119的下游部分115.侧向助推组件123和纵向助推组件125二者形成形状和尺寸，并且适于实现各种系统元件之间的特定输入/输出杠杆率.上游部分113比下游部分115具有更低的内摩擦.

CCS的上游部分113和下游部分115还包括操纵杆127和用于通过移动操纵杆127以及按压按钮而输入飞行员命令的相关按钮(未标示)；力-梯度盒129，用于将弹性力引入CCS 111机械特性；平衡调整电动机组件131，用于在自动导航使用期间致动CCS 111元件；以及各种固定装置133(没有全部进行标记)，用于将CCS 111的固定部分附接至直升机机身的内部(未示出)的固定特征(未示出)，使得诸如管状控制连杆135(没有全部进行标记)、机械空转轮137(没有全部进行标记)和机械曲柄139(没有全部进行标记)的可动互连元件可相对于直升机机身的内部的固定特征移动。虽然一般使用轴承连接分离的连接元件，但是轴承也没有进行标记。侧向输出连杆141和纵向输出连杆143将力从侧向助推组件123和纵向助推组件125分别传送至最终控制隔板致动器(未示出)的其他结构(未示出)。隔板致动器是通过侧向输出连杆141和纵向输出连杆143的移动而控制和致动的液压致动器。

现在参照图4-7，示出纵向助推组件125的优选实施例。组件125是整体的反馈、移动体液压-机械装置。纵向助推组件125包括纵向助推组件支座145、铰接地附着至支座145的纵向助推组件输入杆147、同样铰接附着至支座145的纵向助推组件输入杆147、纵向助推组件可调硬止挡151、纵向助推组件液压单元153和纵向导向杆155。在CCS 111部件出现超程之前，硬止挡151经调整以接触输入杆147和输出杆149。液压单元153包括铰接地附着至支座145的铰接部分157以及附接至铰接部分157的移动部分159，使得移动部分159可沿铰接部分157移动。移动部分159也铰接地附接至输出杆149。铰接部分157连接至具有导引杆155的输入杆147，导引杆155连接至用于致动控制活塞179(下文讨论)的活塞锁定杆181(下文讨论)，从而如果输入杆147朝向液压单元153移动，那么导引杆155移动锁定杆181从而致动液压单元153，致使移动活塞159在输入杆147提供的移动方向上沿铰接部分157移动。类似地，如果输入杆147移动离开液压单元153，那么导引杆155移动锁定杆181以致动液压单元153，使得移动部分159在输入杆147提供的移动方向上沿铰接部分157移动。当然，随着移动部分159移动，输入杆149也以由两个元件的互相连接的几何结构示出的方式移动。

现在参照图8-11，示出侧向助推组件123的优选实施例。组件123是整体的反馈、移动体液压-机械装置。侧向助推组件123包括侧向助推组件支座161、铰接地附着至支座161的侧向助推组件输入杆163、同样铰接附着至支座161的侧向助推组件输入杆165、侧向助推组件可调硬止挡167、侧向助推组件液压单元169和侧向导引杆171。在CCS 111部件出现超程之前，硬止挡167经调整以接触输入杆163和输出杆165.液压单元169包括铰接地附着至支座161的铰接部分173以及附接至铰接部分173的移动部分175，使得移动部分175可沿铰接部分173移动.移动部分175也铰接地附接至输出杆165.铰接部分173连接至具有导引杆171的输入杆163，导引杆171连接至用于致动控制活塞179(下文讨论)的活塞锁定杆181(下文讨论)，从而如果输入杆163朝向液压单元169移动，那么导引杆171移动锁定杆181从而致动液压单元169，致使移动活塞175在输入杆163提供的移动方向上沿铰接部分173移动.类似地，如果输入杆163移动离开液压单元169，那么导引杆171移动锁定杆181以致动液压单元169，使得移动部分175在输入杆163提供的移动方向上沿铰接部分173移动.当然，随着移动部分175移动，输入杆165也以由两个元件的互相连接的几何结构示出的方式移动.

两个液压单元153、167通过单一液压系统(未示出)提供动力。组件123、125将最小化碰撞的特征集成入CCS机械特性，即使在损失液压供给压力失败的情况下。例如，为了在供给压力损失的情况下保持飞行器控制，压力操作旁路锁定阀(未示出)将内部致动器销179释放至无压力辅助位置，该位置随后允许控制活塞179从移动部分159、175延伸。当从移动部分159、175延伸时，活塞179与锁定杆181接合，由此由于内部阀行程的作用阻止系统元件的自由操作运动。同样，虽然输入杆147、163分别固定至移动部分159、175，但是多重内缸之间的流体流动也是允许的，使得液压单元153、169仅仅作为粘性阻尼器，而不是将自由操作引入CCS 111。此外，为了防止下游部分115的元件的过度负载，液压单元153、169结合双重同轴主控制阀，该阀在止挡151、167接触各个输入和输出杆之前将液压导引至返回通道。这一功能正好在飞行员能够将超过CCS 111各元件的结构设计所能承受的负载传送至CCS 111各元件之前停止液压单元153、169的输出。

本发明的明显优势已经通过描述和图示变得清楚明了。虽然本发明示出了有限数量的实施例，但是并不局限于这些实施例，可在不脱离本发明的精髓的情况下进行各种改变和改进。

Claims (10)

1.一种机械飞行控制系统，包括：

具有上游部分摩擦的上游部分，所述上游部分用于接受操纵杆控制输入；

具有下游部分摩擦的下游部分，所述下游部分用于输出操纵杆控制输出；以及

用于将上游部分连接至下游部分的助推装置，所述助推装置包括液压致动器。

2.根据权利要求1所述的机械飞行控制系统，其中，液压致动器是双重同轴阀液压致动器。

3.根据权利要求1所述的机械飞行控制系统，其中，液压致动器适于在达到选定系统负载之前将压力引导至返回通道。

4.根据权利要求1所述的机械飞行控制系统，其中，助推装置适于在液压供给压力损失的情况下防止系统自由操作，所述助推装置包括控制活塞，该活塞适于在选定液压供给压力没有供给至助推装置时进行自动缩回。

5.根据权利要求1所述的机械飞行控制系统，其中，上游部分和下游部分使得上游部分摩擦的值低于下游部分摩擦的值。

6.一种飞行器，包括：

机身；

连接至机身的动力装置；

用于将动力装置的动力传送至多个转子叶片的桅杆；

连接至转子叶片的隔板，用于提供转子叶片的物理取向的操纵杆控制；以及

用于操纵隔板的操纵杆控制系统，所述操纵杆控制系统包括位于机身的机组人员舱中的操纵杆，该操纵杆控制系统具有包括液压致动器的助推装置，用于将操纵杆控制系统的上游部分连接至操纵杆控制系统的下游部分。

7.根据权利要求6所述的飞行器，其中，所述液压致动器是双重共轴阀液压致动器。

8.根据权利要求6所述的飞行器，其中，操纵杆控制系统的自由操作的移动由液压供给压力敏感机构限制。

9.根据权利要求6所述的飞行器，其中，上游部分摩擦的值低于下游部分摩擦的值。

10.根据权利要求9所述的飞行器，其中，操纵杆控制系统还包括用于控制操纵杆输出的自动导航系统。

Images