CN102249003A - 侧杆控制装置 - Google Patents

Abstract

一种具有三自由度的侧杆控制装置，其具有分别沿两两垂直直线的方向布置的俯仰控制机构、滚转控制机构和前轮转弯控制机构，其中，以所述俯仰控制机构的俯仰控制轴和所述滚转控制机构的滚转控制轴中的其中之一将所述前轮转弯控制机构可旋转地设置在第一固定部上，以所述俯仰控制机构的俯仰控制轴和所述滚转控制机构的滚转控制轴中的另外一个将所述第一固定部可旋转地设置在第二固定部上。

Description

侧杆控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于飞机的侧杆控制装置，更具体地说，本发明涉及一种具有前轮转弯功能的侧杆控制装置。

背景技术

采用侧杆控制装置实现飞机俯仰和滚转运动是当代先进民用飞机的发展趋势，该侧杆控制装置安装于侧操纵台上，而此处还需布置一个用于控制前轮转弯系统的手柄。当侧操纵台这样布置时，飞机在滑行、起飞滑跑过程中，飞行员需要把手从手柄转到飞行控制侧杆上，给飞行员操纵带来不便。

两轴被动侧杆控制装置在以空客飞机为代表的民用飞机上已经取得了应用，该类侧杆包括俯仰控制轴控制和滚转控制轴控制。由于侧杆的使用，飞行员能够获得更大的活动空间以及在计算机的辅助下能够完成对飞机更加优异的控制。由于侧杆安装于空间较为有限的侧操纵台上，而在该位置还需安装前轮转弯手柄和侧显示器，不易找到前轮转弯手柄和侧杆的最优布置点，故若稍有不慎，则可能令飞行员在操纵这两个部件时感到不适或不便。

因此，现有的安装有侧杆控制装置的飞机的侧操纵台存在布置困难，以及在起飞、滑跑过程中飞行员需要换手操纵的不便等缺点和不足。

发明内容

为了解决侧杆类飞机在侧操纵台上的空间布置和人机功效方面的难点，本发明提出具有前轮转弯功能的侧杆控制装置，即在侧杆上增加一个旋转操控的运动自由度用于控制前轮转弯，换言之，将前轮转弯的操控部件集成到侧杆控制装置上，从而满足飞行员可达性，易操纵等要求。在考虑不同控制方式，前轮转弯操纵力特性基础上，这种三自由度的侧杆不仅可以实现俯仰控制、滚转控制亦可实现前轮转弯控制，从而使飞机舵面控制与转弯操纵功能相结合。带有前轮转弯控制的侧杆控制装置可有效地解决上述安装有侧杆的飞机所遇到的布置困难和飞行员操作不便的技术问题。

本发明通过增加侧杆自由度的方式将前轮转弯控制功能集成到侧杆控制装置上。本发明易于实施，可以实现集俯仰、滚转及前轮转弯控制于一体的三自由度侧杆控制装置。

本发明通过独特的结构和装置，利用有限的空间实现侧杆俯仰、滚转、前轮转弯操纵以及前轮转弯操纵逻辑功能，并且有效地避免耦合控制，实现多自由度控制功能的综合，方便飞行员对飞机的操控。

本发明通过向下按压握持手柄激活侧杆上的第三个自由度，即旋转自由度，通过设计相应俯仰、滚转及旋转运动机构来实现带有前轮转弯控制的侧杆控制装置。

具体地，本发明公开一种侧杆控制装置，其具有操纵部、俯仰控制机构、滚转控制机构和前轮转弯控制机构，所述操纵部的一端与所述前轮转弯控制机构相连接另一端用于操纵，所述前轮转弯控制机构沿第一定位直线的方向布置，所述俯仰控制机构和所述滚转控制机构的其中一个沿第二定位直线的方向布置，其中另一个沿第三定位直线的方向布置；其中，所述操纵部可带动所述前轮转弯控制机构绕所述第一定位直线转动从而进行前轮转弯控制，所述操纵部和前轮转弯控制机构一起可绕所述第二定位直线转动从而相应地进行俯仰或滚转控制的其中之一者，所述操纵部、前轮转弯控制机构和在所述第二定位直线上布置的控制机构一起可绕所述第三定位直线转动从而相应地进行俯仰或滚转控制的另外之一者，其中，所述第一定位直线、第二定位直线和第三定位直线彼此垂直。

其中，布置在所述第二定位直线的控制机构的控制轴将所述前轮转弯控制机构可旋转地支撑在第一固定部上，布置在所述第三定位直线的控制机构的控制轴可旋转地将所述第一固定部支撑于第二固定部上。

进一步地，所述第一固定部为内壳体，所述第二固定部为外壳体。

其中，所述操纵部为手柄，所述第一定位直线沿竖直方向。

优选地，所述前轮转弯控制机构包括力感传动部分和角位移传动部分，所述力感传动部分具有向操作者提供前轮转弯模式启动的模拟力感觉的启动力感传动子部分和向操作者提供前轮转弯模式运行的模拟力感觉的转弯力感传动子部分，所述角位移传动部分连接于所述转弯力感传动子部分，其随同所述转弯力感传动子部分运动并输出角位移控制信号。

更优选地，所述启动力感传动子部分至少具有伸缩阻力元件和第一致动器，所述第一致动器在第一行程内压缩所述伸缩阻力元件。

具体地，所述转弯力感传动子部分至少具有扭转阻力元件和第二致动器，所述第二致动器在第二行程内扭转所述扭转阻力元件。

所述角位移传动部分至少具有角位移传感器。

所述启动力感传动子部分具有容纳于容纳部内的第一转动部和第一弹性元件，所述转弯力感传动子部分具有容纳于容纳部内的第二转动部和第二弹性元件，其中，所述容纳部上设有滑槽，所述滑槽分为相通的垂直部分和水平部分，所述第一转动部上凸设有可沿滑槽运动的突起，所述第一弹性元件设置在所述第一转动部和所述第二转动部之间，所述第二弹性元件一端与所述容纳部固定另一端与所述第二转动部固定；其中，当按压所述第一转动部使得所述突起沿所述滑槽的垂直部分向下运动时，所述第一弹性元件被所述第一转动部压缩从而产生启动力感觉直到所述第一转动部与所述第二转动部彼此接合，当按压所述第一转动部使得所述突起沿所述滑槽的水平部分运动时，所述第二转动部带动所述第二弹性元件扭转从而产生扭转力感觉。

更具体地，所述角位移传动部分具有垂直轴、主齿轮、从齿轮和角位移传感器，其中所述垂直轴的一端与所述第二转动部相固定，另一端固设所述主齿轮，所述从齿轮固设在所述角位移传感器上，所述主齿轮与所述从齿轮啮合；当所述第二转动部转动时将运动传递给所述角位移传感器。

其中，所述容纳部为外套筒，所述第一转动部为上内套筒，所述第二转动部为下内套筒。

所述第一弹性元件为压缩弹簧，所述第二弹性元件为扭簧。

所述第一转动部的底端设有凸起，所述第二转动部的顶端设有凹槽，所述凸起与所述凹槽对应设置。

所述第二转动部设有突起，所述容纳部上设有与所述滑槽的水平部分对应的导槽，所述第二转动部的突起位于所述导槽中，所述第一转动部的突起相对于所述滑槽的水平部分的位置镜像地或成比例地与所述第二转动部的突起相对于所述导槽的位置对应。

优选地，所述导槽的中央位置处设有软止动槽。

优选地，所述俯仰控制机构还包括设置在俯仰控制轴上的力感传动部分和角位移传动部分，所述力感传动部分用于向操作者提供俯仰控制模式的操控力感觉，所述角位移传动部分连接于所述力感传动部分，其随同所述力感传动部分运动并输出角位移控制信号。

更优选地，所述力感传动部分具有凸轮和套筒组件，所述凸轮固定在所述俯仰控制轴上，所述套筒组件具有套筒缸体、容纳在所述套筒缸体内的弹簧、将所述套筒缸体固定到所述内壳体上的套筒支座、以及压缩杆，其中所述压缩杆的一端在所述套筒缸体内与所述弹簧相接触另一端与所述凸轮紧密贴合从而当所述俯仰控制轴带动所述凸轮转动时由所述压缩杆压缩所述弹簧。

所述角位移传动部分具有主齿轮、从齿轮和角位移传感器，所述主齿轮固定到所述俯仰控制轴上，所述从齿轮固定到所述角位移传感器上，所述角位移传感器固定到所述内壳体上，所述主齿轮和所述从齿轮啮合。

优选地，所述滚转控制机构还包括设置在所述滚转控制轴上的力感传动部分和角位移传动部分，所述力感传动部分用于向操作者提供操控滚转控制模式的力感觉，所述角位移传动部分连接于所述力感传动部分，其随同所述力感传动部分运动并输出角位移控制信号。

具体地，所述力感传动部分具有凸轮和套筒组件，所述凸轮固定在所述滚转控制轴上，所述套筒组件具有套筒缸体、容纳在所述套筒缸体内的弹簧、将所述套筒缸体固定到外壳体上的套筒支座以及压缩杆，其中所述压缩杆的一端在所述套筒缸体内与所述弹簧相接触另一端与所述凸轮紧密贴合从而当所述滚转控制轴带动所述凸轮转动时由所述压缩杆压缩所述弹簧。

所述角位移传动部分具有主齿轮、从齿轮和角位移传感器，所述主齿轮固定到所述滚转控制轴上，所述从齿轮固定到所述角位移传感器上，所述角位移传感器固定到所述内壳体上，所述主齿轮和所述从齿轮啮合。

本发明公开了一种具有三自由度的侧杆控制装置，其具有分别沿两两垂直的直线的方向布置的俯仰控制机构、滚转控制机构和前轮转弯控制机构，其中，以所述俯仰控制机构的俯仰控制轴和所述滚转控制机构的滚转控制轴中的其中之一将所述前轮转弯控制机构可旋转地设置在第一固定部上，以所述俯仰控制机构的俯仰控制轴和所述滚转控制机构的滚转控制轴中的另外一个将所述第一固定部可旋转地设置在第二固定部上。

其中，所述第一固定部为内壳体，所述第二固定部为外壳体。

其中，所述前轮转弯控制机构包括力感传动部分和角位移传动部分，所述力感传动部分响应操作者的施力操作而产生反作用力以提供模拟前轮转弯操控的力感觉，所述角位移传动部分响应于所述力感传动部分的运动而产生角位移信号。

其中，所述力感传动部分包括容纳部、第一转动部、第二转动部、第一弹性元件、第二弹性元件，所述容纳部上设有滑槽，所述滑槽分为相通的垂直部分和水平部分，所述第一转动部上凸设有可沿滑槽运动的突起，所述第一转动部和所述第二转动部均容纳在所述容纳部内，所述第一弹性元件设置在所述第一转动部和所述第二转动部之间，所述第二弹性元件设置在所述容纳部和所述第二转动部之间；其中，当按压所述第一转动部使得所述突起沿所述滑槽的垂直部分向下运动时，所述第一弹性元件被所述第一转动部压缩从而产生启动力感直到所述第一转动部与所述第二转动部彼此接合，当按压所述第一转动部使得所述突起沿所述滑槽的水平部分运动时，所述第二转动部带动所述第二弹性元件扭转从而产生扭转力感。

其中，所述角位移传动部分具有垂直轴、主齿轮、从齿轮和角位移传感器，其中所述垂直轴的一端与所述第二转动部相固定，另一端固设所述主齿轮，所述从齿轮固设在所述角位移传感器上，所述主齿轮与所述从齿轮啮合；当所述第二转动部转动时将运动传递给所述角位移传感器。

其中，所述俯仰控制机构、滚转控制机构分别还包括设置在所述俯仰控制轴和滚转控制轴上的力感传动部分和角位移传动部分，其中，所述力感传动部分响应操作者的施力操作而产生反作用力以提供力感觉，所述角位移传动部分响应所述俯仰控制轴和滚转控制轴的旋转而产生角位移信号。

其中，所述侧杆控制装置还具有与所述前轮转弯控制机构相连接的操纵部，其用于操作者操纵。所述操纵部为手柄。

本发明还公开了一种前轮转弯控制机构，其包括：力感传动部分和角位移传动部分，所述力感传动部分具有向操作者提供前轮转弯模式启动的模拟力感觉的启动力感传动子部分和向操作者提供前轮转弯模式运行的模拟力感觉的转弯力感传动子部分，所述角位移传动部分连接于所述转弯力感传动子部分，其随同所述转弯力感传动子部分运动并输出角位移控制信号。

具体地，所述启动力感传动子部分至少具有伸缩阻力元件和第一致动件，所述第一致动件在第一行程内压缩所述伸缩阻力元件。

具体地，所述转弯力感传动子部分至少具有扭转阻力元件和第二致动件，所述第二致动件在第二行程内扭转所述扭转阻力元件。

具体地，所述角位移传动部分至少具有角位移传感器。

另外，本发明公开一种前轮转弯控制机构，其包括：容纳部、第一转动部、第二转动部、第一弹性元件、第二弹性元件、角位移传感器；所述容纳部上设有滑槽，所述滑槽分为相通的垂直部分和水平部分，所述第一转动部上凸设有可沿滑槽运动的突起，所述第一转动部和所述第二转动部均容纳在所述容纳部内，所述第一弹性元件设置在所述第一转动部和所述第二转动部之间，所述第二弹性元件的一端与所述容纳部固定另一端与所述第二转动部固定，所述第二转动部与所述角位移传感器通过传动件连接，其中，当按压所述第一转动部使得所述突起沿所述滑槽的垂直部分向下运动时，所述第一弹性元件被所述第一转动部压缩直到所述第一转动部与所述第二转动部彼此接合；当按压所述第一转动部使得所述突起沿所述滑槽的水平部分运动时，所述第二转动部带动所述第二弹性元件扭转并将运动传递给所述角位移传感器。

当需要进行前轮转弯控制时，通过向下按压操纵部，即侧杆握柄，使前轮转弯控制机构的上、下内套筒啮合，同时可通过例如微动开关激活前轮转弯控制进入前轮转弯模式。旋转侧杆握柄可同时带动前轮转弯机构旋转，实现前轮转弯控制。前轮转弯控制轴带动后续齿轮和角位移传感器，从而由角位移传感器输出电信号。

俯仰运动控制时，侧杆握柄带动整个前轮转弯控制机构沿俯仰控制轴转动，带动后续凸轮机构、齿轮和力感弹簧运动。力感弹簧提供人工感觉力，齿轮的转动通过角位移传感器得到输出的电信号。

滚转运动控制时，侧杆握柄带动整个前轮转弯控制机构及俯仰控制机构沿滚转控制轴转动，并带动后续凸轮机构、齿轮和力感弹簧运动。力感弹簧提供人工感觉力，齿轮转动并使得角位移传感器输出电信号。

附图说明

图1为本发明的侧杆控制装置的轴测图；

图2示出了上方固定有握持部分的前轮转弯控制机构的轴侧视图；

图3示出了图2中前轮转弯控制机构的主视图；

图4示出了图3中的线A-A方向的剖面图；

图5示出了图3中各组件的爆炸图；

图6示出了本发明的侧杆控制装置的俯仰控制机构(具有握持部分和内壳体)；

图7示出了图6的主视图，其中除去了握持部分；

图8示出了以图7中线B-B剖切的剖面图；

图9示出了套筒组件组装图、正视图以及B-B剖面图；

图10为图1的俯视图；

图11局部放大地示出了滚转控制机构。

具体实施方式

图1为本发明的侧杆控制装置的轴测图，该侧杆控制装置10包括以下几部分，分别为握持部分100、前轮转弯控制机构200、俯仰控制机构300、滚转控制机构400、内壳体500和外壳体600。其中握持部分100的一端连接到前轮转弯控制机构200，另一端供飞行员进行特定方向的施力操纵。

图2-图5具体地示出了前轮转弯控制机构200，其中，图2示出了上方固定有握持部分100的前轮转弯控制机构200的轴侧视图，其中，握持部分100为手柄，图3示出了图2中前轮转弯控制机构200的主视图，图4示出了图3中的线A-A方向的剖面图，图5示出了图3中各组件的爆炸图。

前轮转弯控制机构200具有上内套筒202、下内套筒204、上外套筒206、下外套筒208、压缩弹簧210、扭簧212、水平轴214、216、垂直轴218和角位移传感器220。

上外套筒206的内部是上下贯通的，下外套筒208具有侧壁208a和端壁208b，侧壁208a和端壁208b相连接，端壁208b的中央具有通孔以使垂直轴218从其中通过，端壁208b内侧向上平行于侧壁208a形成有较侧壁208a稍短的内壁208c。上外套筒206与下外套筒208通过向外突出的法兰盘上的螺纹孔以螺栓相互固定在一起，整体上，上外套筒206、下外套筒208形成了容纳上内套筒202、下内套筒204并供它们在其内运动的空间。

如图3中的局部放大图所示，上外套筒206具有滑槽222、224，其中，滑槽222具有垂直部分和水平部分，滑槽224仅具有水平部分，滑槽224的下方中央位置处向下凹设有中立软止动槽226。水平轴214、216分别通过上内套筒202、下内套筒204的中心附设在上内套筒202、下内套筒204上，水平轴214、216的两端分别突出于上内套筒202、下内套筒204的外表面并且分别可滑动地与前述滑槽222、224相接合。如图4所示，上内套筒202剖面呈H形，其具有中间壁部202a，下内套筒204具有中间壁部204a、204b，其中，中间壁部202a、204a形成上容纳腔即压缩弹簧容纳腔，中间壁部204b、端壁208b的一部分和内壁208c共同地形成了下容纳腔即扭簧容纳腔。压缩弹簧210设置在上容纳腔内，垂直轴218的一端固定在下内套筒204的中间壁部204b的中央固定孔内，其另一端延伸出下外套筒206的通孔并终止于主动齿轮219。扭簧212环绕垂直轴218容纳于上述的下容纳腔中，其底端与下外套筒206相固定，顶端与下内套筒204的中间壁部204b相固定。上内套筒202的底部和下内套筒204的顶部均对应地设有如图4中的局部放大视图C所示结构，即，在上内套筒202上设置有凸起228，在下内套筒204上设置有卡槽230。角位移传感器220设有从动轮221，从动齿轮221与主动齿轮219相互啮合。

当应用上述前轮转弯控制机构200对飞机进行控制时，首先向下按压侧杆手柄100激活前轮转弯控制模式，并将信号发送至控制系统，然后旋转侧杆手柄100在滑槽222的水平部分中转动以控制前轮转弯的角度。中立软止动槽226用于增加操纵的启动力以及给飞行员回中提示。

具体地，在向下按压侧杆操纵时，上内套筒202带动水平轴214沿着滑槽222的垂直部分向下运动，同时，上内套筒202向下压缩压缩弹簧210从而飞行员可以感受到来自压缩弹簧210的反作用力以暗示正在启动前轮转弯的操控。按压侧杆到位后，上内套筒202底部的凸起228就会卡入到下内套筒204顶部的卡槽230中，这样保证上内套筒202的旋转运动能够传递到下内套筒204上，然后，顺时针或逆时针旋转上内套筒202并带动水平轴214在滑槽222的水平部分中运动，同时，水平轴216在滑槽224中随同下内套筒204一起旋转，通过软止动槽226，在启动和回中时确保水平轴216落在该软止动槽226内。由于下内套筒204与垂直轴218的一端固定并且扭簧212的一端固定在下内套筒204上，故下内套筒204带动垂直轴218旋转同时也带动扭簧212一起扭转，从而该扭簧212提供给飞行员进行前轮转弯操控的旋转运动的模拟感觉力。相应地，垂直轴218另一端的主动齿轮219也一起转动，主动齿轮219再带动角位移传感器220上的从动齿轮221旋转，从而角位移传感器220会将位移转换为电信号输出。

本领域技术人员应当可以理解，可选择地，水平轴214、216亦可以由其他具有类似功能的突起来替代。另外，在图中可以看出滑槽222的水平部分和滑槽224的外形大体上是相同，即行程一致，这是因为上内套筒202和下内套筒204的外径相同的原因，因此，本领域的技术人员应当可以理解，若上内套筒202和下内套筒204的管径不同，则可以成比例地来设计滑槽222的水平部分和滑槽224的各自行程。至于滑槽224的位置，由于在本实施方式中水平轴214和水平轴216在空间上完全平行，故滑槽224恰好位于滑槽222的正下方，可以理解，除了行程上要完全一致之外，滑槽224并不必要一定设置在滑槽222的正下方。

本领域的技术人员应当可以理解，上内套筒202、下内套筒204、上外套筒206、下外套筒208、压缩弹簧210、扭簧212等均为力感传动部分，即给飞行员提供模拟前轮转弯的感觉力以便于其操控，垂直轴218、主动齿轮219、从动齿轮221以及角位移传感器等为角位移传动部分，即为飞机控制系统(尤其指的是前轮转弯控制系统)提供精确的转弯指令的电信号。更具体地，上内套筒202、压缩弹簧210以及其相互设置方式用于使飞行员感受到前轮转弯模式正在启动的力感觉的传递，下内套筒204、扭簧212以及其相互设置方式用于使飞行员感受到前轮转弯模式已经运行的力感觉的传递。可选择地，上内套筒202、下内套筒204、上外套筒206、下外套筒208之间的设置仅仅是本发明中限定上下运动和左右转动的致动器的一种形式，本领域技术人员可以理解也可以采用其他的致动器的形式。

图6示出了本发明的侧杆控制装置的俯仰控制机构300(具有握持部分100和内壳体500)，图7示出了图6的主视图，其中除去了握持部分100，图8示出了以图7中线B-B剖切的剖面图。

结合图3，内壳体500由四个侧壁501所围成，通过上外套筒206外表面对称设置的凸台232(凸台具有轴孔)和内壳体500上的轴承，握持部分100和前轮转弯控制机构200以下述的俯仰控制轴301可旋转地设于内壳体500上，该内壳体500又通过下述的滚转控制轴401可旋转地连接到外壳体600上。俯仰控制机构300对称地设置在内壳体500的两侧壁501的相对外表面上。俯仰控制机构300包括俯仰控制轴301、凸轮302、套筒组件303、主动齿轮304、角位移传感器305和从动齿轮306。

如图8和图9所示，俯仰控制轴301通过轴承307可旋转地与内壳体500的侧壁501连接，其一端与前述的上外套筒206的凸台相固定，另一端固定有主动齿轮304，在两端部之间还固定有凸轮302。套筒组件303具有套筒缸体303a、套筒盖303b、压缩杆303c、弹簧303d、套筒支座303e。更具体地，套筒盖303b固定在套筒缸体303a的一端，其上具有可使压缩杆303c直线移动的孔；套筒支座303e通过螺栓将套筒缸体303a的另一端固定到侧壁501上；弹簧303d容纳在套筒缸体303a的内部，压缩杆303c的一端与弹簧303d贴紧，另一端与上述凸轮302的表面贴紧。另外，角位移传感器305一端固定到侧壁501上，其上的从动齿轮306与主动齿轮304相啮合。虽然图示以及说明叙述中并未涉及到具体的密封件、连接件等，但是本领域的技术人员可以理解为了密封和连接，机构可以具有这些密封件或连接件。

当侧杆手柄100沿俯仰控制轴301前后运动时，侧杆手柄100带动整个前轮转弯控制机构200沿着俯仰控制轴301转动，从而带动俯仰控制轴301上的凸轮302和主动齿轮304一起转动，凸轮302通过压缩杆303c平动并压缩套筒缸体303a内的弹簧303d从而产生作用力以给予飞行员力感提示。主动齿轮304带动从动齿轮306转动从而使得角位移传感器305将转动转换为电信号输出。俯仰控制机构300沿中心线对称，内壳体500两侧均有相同的传动机构及套筒组件，避免单点故障丧失整个俯仰感觉力。

如上所述，凸轮302和套筒组件303为力感传动部分，主动齿轮304、从动齿轮306为角位移传动部分，本领域技术人员应当可以理解力感传动部分可以利用其他的机构，诸如齿轮机构，角位移传动部分也可以利用诸如连杆机构来实现。

图10为图1的俯视图，图11局部放大地示出了滚转控制机构400。

结合图1，滚转控制机构400包括滚转控制轴401、凸轮402、套筒组件403、主动齿轮404、角位移传感器405和从动齿轮406。两滚转控制轴401的一端分别对称地与内壳体500的另外两个侧壁501(其他两个侧壁501与俯仰控制轴连接)可转动连接，另一端分别可转动地设置在外壳体600上，凸轮402、主动齿轮404固定在滚转控制轴401上。套筒组件404的结构与前述套筒组件303的结构相类似，在此不再赘述，其以套筒支座固定到外壳体600的侧壁内表面上，另一端以压缩杆与凸轮402相互紧密贴紧。另外，角位移传感器405的一端固定在外壳体600的侧壁上，从动齿轮406设于角位移传感器405上，主动齿轮404与从动齿轮406相互啮合。滚转控制机构400的传动部分和前述的俯仰控制机构300基本相同。可选择地，也可以将滚转控制机构400设置在内壳体500中，相应地，将俯仰控制机构300的设置在外壳体600和内壳体500之间，换言之，这两个控制机构之间具有设计上的可置换性。

当侧杆手柄100沿滚转控制轴401左右运动时，侧杆手柄100带动整个前轮转弯控制机构200、俯仰控制机构300和内壳体500沿滚转控制轴401在外壳体600内转动。如前所述，内壳体500为俯仰控制机构300提供转轴及安装面，并为前轮转弯控制机构200提供支撑。侧杆控制装置的外壳体600为整个机构提供支撑，为滚转控制机构400提供转轴，并且为角位移传感器405提供安装面。滚转控制轴401将转动分别传递到凸轮402和主动齿轮404上，同时，分别由凸轮402带动套筒组件403运动为飞行员提供感觉力以及由主动齿轮404带动从动齿轮406运动从而角位移传感器405将位移转化为电信号输出。

如图1和图10所示，前轮转弯控制机构200、俯仰控制机构300和滚转控制机构400的轴线是两两垂直的，即这三个自由度的运动不会相互影响。

本领域技术人员应当可以理解，内壳体500对前轮转弯控制机构和俯仰控制机构300起支撑作用，外壳体600对内壳体500以及内壳体500上的机构和滚转控制机构400起支撑作用，从而可形成三自由度的运动，这里，内壳体500、外壳体600可以由其他的起支撑作用的固定部来替代。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。

Claims (27)

1.一种侧杆控制装置，其具有操纵部、俯仰控制机构、滚转控制机构和前轮转弯控制机构，所述操纵部的一端与所述前轮转弯控制机构相连接另一端用于操纵，所述前轮转弯控制机构沿第一定位直线的方向布置，所述俯仰控制机构和所述滚转控制机构的其中一个沿第二定位直线的方向布置，其中另一个沿第三定位直线的方向布置；其中，所述操纵部可带动所述前轮转弯控制机构绕所述第一定位直线转动从而进行前轮转弯控制，所述操纵部和前轮转弯控制机构一起可绕所述第二定位直线转动从而相应地进行俯仰或滚转控制其中之一者，所述操纵部、前轮转弯控制机构和在所述第二定位直线上布置的控制机构一起可绕所述第三定位直线转动从而相应地进行俯仰或滚转控制另外之一者，其中，所述第一定位直线、第二定位直线和第三定位直线彼此垂直。

2.根据权利要求1所述的侧杆控制装置，其特征在于，布置在所述第二定位直线的控制机构的控制轴将所述前轮转弯控制机构可旋转地支撑在第一固定部上，布置在所述第三定位直线的控制机构的控制轴可旋转地将所述第一固定部支撑于第二固定部上。

3.根据权利要求2所述的侧杆控制装置，所述第一固定部为内壳体，所述第二固定部为外壳体。

4.根据权利要求1所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述操纵部为手柄，所述第一定位直线沿竖直方向。

5.根据权利要求1-4任一项所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述前轮转弯控制机构包括力感传动部分和角位移传动部分，所述力感传动部分具有向操作者提供前轮转弯模式启动的模拟力感觉的启动力感传动子部分和向操作者提供前轮转弯模式运行的模拟力感觉的转弯力感传动子部分，所述角位移传动部分连接于所述转弯力感传动子部分，其随同所述转弯力感传动子部分运动并输出角位移控制信号。

6.根据权利要求5所述的前轮转弯控制机构，其特征在于，所述启动力感传动子部分至少具有伸缩阻力元件和第一致动器，所述第一致动器在第一行程内压缩所述伸缩阻力元件。

7.根据权利要求5所述的前轮转弯控制机构，其特征在于，所述转弯力感传动子部分至少具有扭转阻力元件和第二致动器，所述第二致动器在第二行程内扭转所述扭转阻力元件。

8.根据权利要求5所述的前轮转弯控制机构，其特征在于，所述角位移传动部分至少具有角位移传感器。

9.根据权利要求5所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述启动力感传动子部分具有容纳于容纳部内的第一转动部和第一弹性元件，所述转弯力感传动子部分具有容纳于容纳部内的第二转动部和第二弹性元件，其中，所述容纳部上设有滑槽，所述滑槽分为相通的垂直部分和水平部分，所述第一转动部上凸设有可沿滑槽运动的突起，所述第一弹性元件设置在所述第一转动部和所述第二转动部之间，所述第二弹性元件一端与所述容纳部固定另一端与所述第二转动部固定；其中，当按压所述第一转动部使得所述突起沿所述滑槽的垂直部分向下运动时，所述第一弹性元件被所述第一转动部压缩从而产生启动力感觉直到所述第一转动部与所述第二转动部彼此接合，当按压所述第一转动部使得所述突起沿所述滑槽的水平部分运动时，所述第二转动部带动所述第二弹性元件扭转从而产生扭转力感觉。

10.根据权利要求9所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述角位移传动部分具有垂直轴、主齿轮、从齿轮和角位移传感器，其中所述垂直轴的一端与所述第二转动部相固定，另一端固设所述主齿轮，所述从齿轮固设在所述角位移传感器上，所述主齿轮与所述从齿轮啮合；当所述第二转动部转动时将运动传递给所述角位移传感器。

11.根据权利要求9所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述容纳部为外套筒，所述第一转动部为上内套筒，所述第二转动部为下内套筒。

12.根据权利要求9所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述第一弹性元件为压缩弹簧，所述第二弹性元件为扭簧。

13.根据权利要求9所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述第一转动部的底端设有凸起，所述第二转动部的顶端设有凹槽，所述凸起与所述凹槽对应设置。

14.根据权利要求9所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述第二转动部设有突起，所述容纳部上设有与所述滑槽的水平部分对应的导槽，所述第二转动部的突起位于所述导槽中，所述第一转动部的突起相对于所述滑槽的水平部分的位置镜像地或成比例地与所述第二转动部的突起相对于所述导槽的位置对应。

15.根据权利要求14所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述导槽的中央位置处设有软止动槽。

16.根据权利要求3所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述俯仰控制机构还包括设置在控制轴上的力感传动部分和角位移传动部分，所述力感传动部分用于向操作者提供操控俯仰控制模式的力感觉，所述角位移传动部分连接于所述力感传动部分，其随同所述力感传动部分运动并输出角位移控制信号。

17.根据权利要求16所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述力感传动部分具有凸轮和套筒组件，所述凸轮固定在所述控制轴上，所述套筒组件具有套筒缸体、容纳在所述套筒缸体内的弹簧、将所述套筒缸体固定到所述内壳体上的套筒支座、以及压缩杆，其中所述压缩杆的一端在所述套筒缸体内与所述弹簧相接触另一端与所述凸轮紧密贴合从而当所述俯仰控制轴带动所述凸轮转动时由所述压缩杆压缩所述弹簧。

18.根据权利要求16所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述角位移传动部分具有主齿轮、从齿轮和角位移传感器，所述主齿轮固定到所述俯仰控制轴上，所述从齿轮固定到所述角位移传感器上，所述角位移传感器固定到所述内壳体上，所述主齿轮和所述从齿轮啮合。

19.根据权利要求3所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述滚转控制机构还包括设置在所述滚转控制轴上的力感传动部分和角位移传动部分，所述力感传动部分用于向操作者提供操控滚转控制模式的力感觉，所述角位移传动部分连接于所述力感传动部分，其随同所述力感传动部分运动并输出角位移控制信号。

20.根据权利要求19所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述力感传动部分具有凸轮和套筒组件，所述凸轮固定在所述控制轴上，所述套筒组件具有套筒缸体、容纳在所述套筒缸体内的弹簧、将所述套筒缸体固定到外壳体上的套筒支座以及压缩杆，其中所述压缩杆的一端在所述套筒缸体内与所述弹簧相接触另一端与所述凸轮紧密贴合从而当所述滚转控制轴带动所述凸轮转动时由所述压缩杆压缩所述弹簧。

21.根据权利要求19所述的侧杆控制装置，其特征在于，所述角位移传动部分具有主齿轮、从齿轮和角位移传感器，所述主齿轮固定到所述滚转控制轴上，所述从齿轮固定到所述角位移传感器上，所述角位移传感器固定到所述内壳体上，所述主齿轮和所述从齿轮啮合。

22.一种具有三自由度的侧杆控制装置，其具有分别沿两两垂直直线的方向布置的俯仰控制机构、滚转控制机构和前轮转弯控制机构，其中，以所述俯仰控制机构的俯仰控制轴和所述滚转控制机构的滚转控制轴中的其中之一将所述前轮转弯控制机构可旋转地设置在第一固定部上，以所述俯仰控制机构的俯仰控制轴和所述滚转控制机构的滚转控制轴中的另外一个将所述第一固定部可旋转地设置在第二固定部上。

23.根据权利要求22所述的侧杆控制装置，其中，所述前轮转弯控制机构包括力感传动部分和角位移传动部分，所述力感传动部分响应操作者的施力操作而产生反作用力以提供模拟前轮转弯操控的力感觉，所述角位移传动部分响应于所述力感传动部分的运动而产生角位移信号。

24.根据权利要求23所述的侧杆控制装置，其中，所述力感传动部分包括容纳部、第一转动部、第二转动部、第一弹性元件、第二弹性元件，所述容纳部上设有滑槽，所述滑槽分为相通的垂直部分和水平部分，所述第一转动部上凸设有可沿滑槽运动的突起，所述第一转动部和所述第二转动部均容纳在所述容纳部内，所述第一弹性元件设置在所述第一转动部和所述第二转动部之间，所述第二弹性元件设置在所述容纳部和所述第二转动部之间；其中，当按压所述第一转动部使得所述突起沿所述滑槽的垂直部分向下运动时，所述第一弹性元件被所述第一转动部压缩从而产生启动力感直到所述第一转动部与所述第二转动部彼此接合，当按压所述第一转动部使得所述突起沿所述滑槽的水平部分运动时，所述第二转动部带动所述第二弹性元件扭转从而产生扭转力感。

25.根据权利要求24所述的侧杆控制装置，其中，所述角位移传动部分具有垂直轴、主齿轮、从齿轮和角位移传感器，其中所述垂直轴的一端与所述第二转动部相固定，另一端固设所述主齿轮，所述从齿轮固设在所述角位移传感器上，所述主齿轮与所述从齿轮啮合；当所述第二转动部转动时将运动传递给所述角位移传感器。

26.根据权利要求22所述的侧杆控制装置，其中，所述俯仰控制机构、滚转控制机构分别还包括设置在所述俯仰控制轴和滚转控制轴上的力感传动部分和角位移传动部分，其中，所述力感传动部分响应操作者的施力操作而产生反作用力以提供力感觉，所述角位移传动部分响应所述俯仰控制轴和滚转控制轴的旋转而产生角位移信号。

27.根据权利要求22所述的侧杆控制装置，其中，所述侧杆控制装置还具有与所述前轮转弯控制机构相连接的操纵部。

Images