CN103057697A

CN103057697A - 一种用于飞机的方向舵脚蹬控制装置和控制方法

Info

Publication number: CN103057697A
Application number: CN2013100052660A
Authority: CN
Inventors: 丰立东; 田金强; 王兴波; 刘彩志; 陈帅; 李剑
Original assignee: Commercial Aircraft Corp of China Ltd
Current assignee: Commercial Aircraft Corp of China Ltd; Shanghai Aircraft Design and Research Institute Commercial Aircraft Corporation of China Ltd
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2033-01-07
Also published as: WO2014106428A1; CN103057697B

Abstract

一种用于飞机的方向舵脚蹬控制装置，其刹车脚蹬连杆是可压短的且布置有第一传感器，当刹车脚蹬曲柄相对方向舵脚蹬控制摇臂没有相对转动从而使刹车脚蹬连杆被压缩时，第一传感器产生刹车传感信号；方向舵脚蹬控制装置包括：第二传感器，其用于感应刹车脚蹬曲柄相对方向舵脚蹬控制摇臂之间的相对转动；速度比较器，其用于将飞机的当前速度和预定速度进行比较；控制器，其电连接第一传感器、第二传感器和速度比较器，并且，当第二传感器感应到刹车脚蹬曲柄相对方向舵脚蹬控制摇臂没有相对转动并且速度比较器所比较的当前速度大于预定速度时，控制器屏蔽第一传感器产生的刹车传感信号。

Description

一种用于飞机的方向舵脚蹬控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于飞机的方向舵脚蹬控制装置和控制方法。

背景技术

目前，在役的民用飞机中，脚蹬同时集成有方向舵控制与刹车控制功能。刹车控制功能通常是通过脚踏板压缩或拉伸刹车传感器，产生指令信号而实现，但是当脚蹬踏板发生卡阻时，操作方向舵脚蹬意图实现方向舵控制往往会导致刹车传感器产生错误的指令信号，即非指令刹车。非指令刹车在很多民用飞机的安全性故障等级中处于较高级别。根据已掌握资料，目前的民用飞机中均是通过降低脚蹬踏板发生卡阻的概率进而降低非指令刹车的概率，从而满足相关的安全性要求，但是这种方式会受限于比较稳定的工业界公认的轴承及衬套的卡阻概率。因此，在未来民用飞机中，随着设备功能的日益复杂，这种依靠纯机械方式来满足系统级对非指令刹车的安全性要求将会受到越来越多的限制。

如图1所示，民用飞机方向舵刹车脚蹬控制装置100通常可以简化为四连杆机构，即，由脚蹬座102、设置在脚蹬座102上的方向舵脚蹬控制摇臂104和刹车脚蹬连杆106以及连接方向舵脚蹬控制摇臂104和刹车脚蹬连杆106的刹车脚蹬曲柄108形成。其中，方向舵脚蹬控制摇臂104绕脚蹬座102的A点旋转，刹车脚蹬连杆106绕脚蹬座102的D点旋转；方向舵脚蹬控制摇臂104和刹车脚蹬曲柄108彼此枢接于B点，刹车脚蹬连杆106和刹车脚蹬曲柄108彼此枢接于C点。该方向舵刹车脚蹬控制装置100还包括与前述四连杆机构耦接的方向舵脚蹬110，用于飞行员操作。

为了实现所集成的刹车控制功能，刹车脚蹬连杆106是可被压缩的，其上设置有套筒，套筒内布置有保持一定的预压缩量的弹簧以及响应弹簧弹性变形量的位移传感器，在刹车脚蹬连杆106受压变短时设置于其上的位移传感器向控制器发出代表弹簧变形的电信号，控制器响应该电信号对飞机的刹车控制装置发出刹车控制信号。反之，在刹车脚蹬连杆106并未变短时，设置于其上的位移传感器不向控制器发出代表弹簧连续变形的电信号，控制器不产生刹车控制信号。

然而，在实际飞机飞行途中，即使当飞行员进行脚蹬方向舵控制时也可能由于B点处发生卡阻而导致脚蹬刹车控制，虽然这种概率较低。

具体地，飞行员踩踏方向舵脚蹬110以使方向舵脚蹬控制摇臂104绕A点旋转，如果B点处没有发生卡阻，即，方向舵脚蹬控制摇臂104与刹车脚蹬曲柄108、脚蹬踏板110可自由转动时，方向舵脚蹬控制摇臂104与刹车脚蹬曲柄108之间的夹角θ可随该四连杆机构的运动而自由调整，刹车脚蹬连杆106的长度恒定，弹簧不发生连续变形，传感器不向控制器发出表示弹簧连续变形的电信号，控制器不产生刹车信号。然而，如果B点处发生卡阻，通过方向舵脚蹬控制摇臂104旋转进行方向舵控制时，θ角将保持恒定，因此刹车脚蹬连杆106将受压，产生刹车传感信号，引起非指令刹车。

众所周知，飞行员在进行方向舵控制时，不希望由于上述四连杆机构的故障而发生了刹车。

发明内容

考虑到非指令刹车的严重后果，为了对刹车控制功能加以保护，并满足相关安全性和人机工效要求，本发明提出引入一种控制装置和控制方法，判别方向舵脚蹬是否正常工作、是否发生卡阻，进而能够有效预防发生非指令刹车。通过本发明所公开的技术方案可以有效地防止因方向舵脚蹬卡阻而导致非指令刹车的风险。

本发明所公开的技术方案可以抑制非指令刹车这一安全性故障的发生。

本发明的目的，在于克服传统飞机中方向舵脚蹬可能卡阻所导致非指令刹车的故障，提高飞机的安全性水平。本发明易于实施，可以有效地识别方向舵脚蹬的工作状态，避免非指令刹车的发生。

本发明通过独特的方式监测方向舵脚蹬的工作状态，通过判断飞机速度大于预定的决断速度V1时是否发生卡阻，对刹车传感器的信号进行有条件的筛选、过滤。一旦飞机速度大于决断速度V1且方向舵脚蹬发生卡阻，刹车传感器自身的信号将不再直接引起刹车动作，从而避免非指令刹车的发生。

根据本发明的一个目的，公开了一种用于飞机的方向舵脚蹬控制装置，其包括：由脚蹬座、设置在脚蹬座上的方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬连杆以及连接所述方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬连杆的刹车脚蹬曲柄形成的四连杆机构以及与四连杆机构连接的方向舵脚蹬。其中，刹车脚蹬连杆是可压缩的且布置有第一传感器，当刹车脚蹬曲柄相对方向舵脚蹬控制摇臂没有相对转动从而使刹车脚蹬连杆被压缩时，第一传感器产生刹车传感信号。方向舵脚蹬控制装置还包括：第二传感器，其用于感应刹车脚蹬曲柄相对方向舵脚蹬控制摇臂之间的转动；速度比较器，其用于将飞机的当前速度和预定速度进行比较；控制器，其电连接第一传感器、第二传感器和速度比较器，并且，当第二传感器感应到刹车脚蹬曲柄相对方向舵脚蹬控制摇臂没有相对转动并且速度比较器所比较的当前速度大于预定速度时，控制器屏蔽第一传感器产生的刹车传感信号。

具体地，第二传感器为弹簧套筒传感器。

更具体地，弹簧套筒传感器至少包括套筒和设置在套筒内的弹簧。

更具体地，方向舵脚蹬控制装置还包括中间连杆，中间连杆穿过套筒并且其使得弹簧双向可压缩地耦接在中间连杆上，中间连杆的一端枢接到方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬连杆的其中之一上，中间连杆的另一端可转动并可伸缩地搭接到方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄的另一个的某处。

选择性地，第二传感器为角位移传感器。

具体地，角位移传感器设置在方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄之间的枢转轴上。

根据本发明的另一个目的，还公开了一种用于飞机的方向舵脚蹬控制方法，其包括：判断刹车脚蹬连杆是否被压缩以使得被压缩时产生第一传感信号；确定方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄之间是否存在相对转动并比较飞机的当前速度和预定速度，以使得当不存在相对转动并且飞机的当前速度大于预定速度时产生第二传感信号；以及第二传感信号屏蔽刹车传感信号。

具体地，确定方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄之间是否存在相对转动是通过设置在方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄之间的弹簧套筒传感器来实现的。

具体地，确定方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄之间是否存在相对转动是通过设置在方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄之间的枢转轴上的角位移传感器实现的。

本发明的技术效果如下：

在本发明中，非指令刹车由单点故障导致变为由两次故障导致，其发生的条件为“方向舵脚蹬发生卡阻”与“第二传感器发出错误信号”两个独立事件同时发生。因此，非指令刹车的发生概率为上述两事件的概率乘积。参考相关民用飞机方向舵刹车脚蹬的故障概率(1×e^-07)，及第二传感器的常见故障概率(1×e^-06)后，可计算出发生非指令刹车故障的概率为：(1×e^-07)*(1×e^-06)＝1×e^-013，满足了典型民用飞机对非指令刹车的1×e^-09的失效概率要求。因此，采用本发明的技术方案后，方向舵刹车脚蹬单点卡阻直接导致非指令刹车的故障将可避免。

为了满足特定飞行阶段刹车功能的可用性与完整性，可根据飞机刹车系统构架而对第二传感器采用余度配置，并合理使用信号，优化控制方法。

附图说明

为了解释本发明，将在下文中参考附图描述其示例性实施方式，附图中：

图1是现有技术的方向舵脚蹬控制装置的简化机构图；

图2是本发明的方向舵脚蹬控制装置的第一种实施方式当方向舵脚蹬处于中立位置时的简化机构图；

图3是本发明的方向舵脚蹬控制装置的第一种实施方式当方向舵脚蹬处于向前操作时的简化机构图；

图4是本发明的方向舵脚蹬控制装置的第一种实施方式当方向舵脚蹬处于向后操作时的简化机构图；

图5是本发明的方向舵脚蹬控制装置的第二种实施方式当方向舵脚蹬处于中立位置时的简化机构图；

图6是本发明的方向舵脚蹬控制装置的第二种实施方式当方向舵脚蹬处于向前操作时的简化机构图；

图7是本发明的方向舵脚蹬控制装置的第二种实施方式当方向舵脚蹬处于向后操作时的简化机构图；

图8是本发明的方向舵脚蹬控制方法的流程图。

不同图中的相似特征由相似的附图标记指示。

具体实施方式

如图2-图4所示，公开了本发明的第一种实施方式。

在方向舵刹车控制装置200中，由脚蹬座202、设置在脚蹬座202上的方向舵脚蹬控制摇臂204和刹车脚蹬连杆206以及连接方向舵脚蹬控制摇臂204和刹车脚蹬连杆206的刹车脚蹬曲柄208形成为四连杆机构。其中，方向舵脚蹬控制摇臂204绕脚蹬座202的A点旋转，刹车脚蹬连杆206绕脚蹬座202的D点旋转；方向舵脚蹬控制摇臂204和刹车脚蹬曲柄208彼此枢接于B点，刹车脚蹬连杆206和刹车脚蹬曲柄208彼此枢接于C点。该方向舵刹车脚蹬控制装置200还包括与前述四连杆机构耦接的方向舵脚蹬210，用于飞行员操作。

另外，该方向舵刹车脚蹬控制装置200还包括中间连杆212，该中间连杆212的一端枢接到C点另一端搭接到方向舵脚蹬控制摇臂204上的某处(如点E)，所谓“搭接”指的是该中间连杆212既可以相对方向舵脚蹬控制摇臂204转动也可以平移，此处的伸缩指的是三角形BCE的底边CE的边长是可变化的。

该方向舵刹车脚蹬控制装置200还包括第二传感器214，具体地该第二传感器214为弹簧套筒传感器，该弹簧套筒传感器至少包括套筒214a和设置在套筒214a内弹簧214b。前述的中间连杆212穿过套筒214a并且使得弹簧214b双向可压缩地耦接在该中间连杆212上。

结合图8，在具体操作中，例如从图2的状态到图3的状态，或者从图2的状态到图4的状态，飞行员踩踏方向舵脚蹬210以使方向舵脚蹬控制摇臂204绕A点旋转，如果B点处没有发生卡阻，即，方向舵脚蹬控制摇臂204与刹车脚蹬曲柄208、脚蹬踏板210可自由转动时，方向舵脚蹬控制摇臂204与刹车脚蹬曲柄208之间的夹角可随该四连杆机构的运动而自由调整，刹车脚蹬连杆206的长度恒定，弹簧的变形量恒定(即，仍为预置压缩量)，刹车脚蹬连杆206上设置的第一传感器(未示出)不向控制器发出表示弹簧连续变形的电信号，控制器不产生刹车信号。

如果B点处发生卡阻，通过方向舵脚蹬控制摇臂204旋转进行方向舵控制时，方向舵脚蹬控制摇臂204和刹车脚蹬曲柄208之间的角度将保持恒定，因此刹车脚蹬连杆206将受压，第一传感器将产生第一传感信号(即，刹车传感信号)并传输给控制器。同时，由于刹车脚蹬曲柄208相对方向舵脚蹬控制摇臂204之间没有发生转动，故第二传感器214的弹簧变形量保持恒定，作为结果，该第二传感器214感应到卡阻，并将该信号传递至控制器。当飞机的当前速度大于预定的决断速度V1时，该第二传感器214产生第二传感信号，控制器接受到该第二传感信号后屏蔽第一传感器发出的刹车传感信号。这样，避免了非指令刹车。

如图5-图7所示，公开了本发明的第二种实施方式。

在方向舵刹车控制装置300中，由脚蹬座302、设置在脚蹬座302上的方向舵脚蹬控制摇臂304和刹车脚蹬连杆306以及连接方向舵脚蹬控制摇臂304和刹车脚蹬连杆306的刹车脚蹬曲柄308形成为四连杆机构。其中，方向舵脚蹬控制摇臂304绕脚蹬座302的A点旋转，刹车脚蹬连杆306绕脚蹬座302的D点旋转；方向舵脚蹬控制摇臂304和刹车脚蹬曲柄308彼此枢接于B点，刹车脚蹬连杆306和刹车脚蹬曲柄308彼此枢接于C点。该方向舵刹车脚蹬控制装置300还包括与前述四连杆机构耦接的方向舵脚蹬310，用于飞行员操作。

该方向舵刹车脚蹬控制装置300还包括第二传感器312，具体地该第二传感器312为角位移传感器，该角位移传感器设置在枢接点B上，即，方向舵脚蹬控制摇臂304和刹车脚蹬曲柄308之间的转动轴或枢接座上，用于感应两者之间转动的相对角度。

结合图8，在具体操作中，例如从图5的状态到图6的状态，或者从图5的状态到图7的状态，飞行员踩踏方向舵脚蹬310以使方向舵脚蹬控制摇臂304绕A点旋转，如果B点处没有发生卡阻，即，方向舵脚蹬控制摇臂304与刹车脚蹬曲柄308、脚蹬踏板310可自由转动时，方向舵脚蹬控制摇臂304与刹车脚蹬曲柄308之间的夹角可随该四连杆机构的运动而自由调整，刹车脚蹬连杆306的长度恒定，弹簧的变形量恒定(即，仍为预置压缩量)，刹车脚蹬连杆306上设置的第一传感器(未示出)不向控制器发出表示弹簧连续变形的电信号，控制器不产生刹车信号。

如果B点处发生卡阻，通过方向舵脚蹬控制摇臂304旋转进行方向舵控制时，方向舵脚蹬控制摇臂304和刹车脚蹬曲柄308之间的角度将保持恒定，因此刹车脚蹬连杆306将受压，第一传感器将产生第一传感信号(即，刹车传感信号)并传输给控制器。同时，由于刹车脚蹬曲柄308相对方向舵脚蹬控制摇臂304之间没有发生相对转动，故第二传感器314感应的角位移量没有变化，作为结果，该第二传感器314感应到卡阻，并将该信号传递至控制器。当飞机的当前速度大于预定的决断速度V1时，该第二传感器314向控制器发出第二传感信号，控制器接受该第二传感信号后屏蔽第一传感器发出的刹车传感信号。这样，避免了非指令刹车。

本发明不以任何方式限制于在说明书和附图中呈现的示例性实施方式。示出以及描述的实施方式(的部分)的所有组合明确地理解为并入该说明书之内并且明确地理解为落入本发明的范围内。而且，在如权利要求书概括的本发明的范围内，很多变形是可能的。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。

Claims

1.一种用于飞机的方向舵脚蹬控制装置，其包括：由脚蹬座、设置在所述脚蹬座上的方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬连杆以及连接所述方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬连杆的刹车脚蹬曲柄形成的四连杆机构以及与所述四连杆机构连接的方向舵脚蹬，所述刹车脚蹬连杆是可压缩的且布置有第一传感器，当所述刹车脚蹬曲柄相对所述方向舵脚蹬控制摇臂没有相对转动从而使所述刹车脚蹬连杆被压缩时，所述第一传感器产生刹车传感信号；

其特征在于，所述方向舵脚蹬控制装置还包括：

第二传感器，其用于感应所述刹车脚蹬曲柄相对所述方向舵脚蹬控制摇臂之间的转动；

速度比较器，其用于将飞机的当前速度和预定速度进行比较；

控制器，其电连接所述第一传感器、所述第二传感器和所述速度比较器，并且，当所述第二传感器感应到所述刹车脚蹬曲柄相对所述方向舵脚蹬控制摇臂没有相对转动并且所述速度比较器所比较的当前速度大于预定速度时，所述控制器屏蔽所述第一传感器产生的刹车传感信号。

2.根据权利要求1所述的方向舵脚蹬控制装置，其特征在于，所述第二传感器为弹簧套筒传感器。

3.根据权利要求2所述的方向舵脚蹬控制装置，其特征在于，所述弹簧套筒传感器至少包括套筒、设置在套筒内的弹簧和位移传感器，所述位移传感器用于感应所述弹簧的线性位移。

4.根据权利要求3所述的方向舵脚蹬控制装置，其特征在于，方向舵脚蹬控制装置还包括中间连杆，所述中间连杆穿过所述套筒并且其使得所述弹簧双向可压缩地耦接在所述中间连杆上，所述中间连杆的一端枢接到所述方向舵脚蹬控制摇臂和所述刹车脚蹬连杆的其中之一上，所述中间连杆的另一端可转动并可伸缩地搭接到所述方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄的另一个的某处。

5.根据权利要求1所述的方向舵脚蹬控制装置，其特征在于，所述第二传感器为角位移传感器。

6.根据权利要求5所述的方向舵脚蹬控制装置，其特征在于，所述角位移传感器设置在所述方向舵脚蹬控制摇臂和所述刹车脚蹬曲柄之间的枢转轴上。

7.一种用于飞机的方向舵脚蹬控制方法，其包括：

判断刹车脚蹬连杆是否被压缩以使得被压缩时产生第一传感信号；

确定方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄之间是否存在相对转动并比较飞机的当前速度和预定速度，以使得当不存在相对转动并且飞机的当前速度大于预定速度时产生第二传感信号；以及所述第二传感信号传递至控制器以屏蔽所述第一传感信号。

8.根据权利要求7所述的方向舵脚蹬控制方法，其特征在于，确定方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄之间是否存在相对转动是通过设置在方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄之间的弹簧套筒传感器来实现的。

9.根据权利要求7所述的方向舵脚蹬控制方法，其特征在于，确定方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄之间是否存在相对转动是通过设置在方向舵脚蹬控制摇臂和刹车脚蹬曲柄之间的枢转轴上的角位移传感器实现的。