CN104977113B - 一种定翼机操纵力测试传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定翼机操纵力测试传感器，包括转接轴（1）、传感器模块（2）和操纵力变换电路，通过粘贴在弹性元件上的电阻应变计感受应力的变化，产生与应力成比例的电信号，电信号经变换器信号调理后输出与被测力成比例的电压信号，能够保证操纵力横向应变力和纵向应变力同时有效，具有良好的可靠性和可维护性，节省了试飞试验测试中的排故时间，提升了数据精确性。

Description

一种定翼机操纵力测试传感器

技术领域

本发明涉及一种定翼机操纵力测试传感器，属于飞行试验操纵力测试领域。

背景技术

现有的Y12系列机在进行操纵力测试时有两种方式：

1、测试传感器在驾驶盘、驾驶杆系统内加装，破坏系统内部结构，需要横向、纵向传感器各一个；

2、测试传感器在驾驶盘和驾驶杆之间加装，但是没有消除交联误差影响。

现有测试方法的缺点是：

1、系统内改装后传感器和驾驶盘、驾驶杆成了一个整体，试验过程中出现故障排查难度增加，检查、维护时相对复杂；

2、操纵力传感器设计中理想状态下纵横向无交联影响，但由于驾驶盘着力点在两个手柄上的T点，其结构和使用安装位置特殊，导致当施加横向操纵力时，相应的给纵向应变梁施加了一定的附加力，而且随操纵力的变化而变化，从而横向操纵力对纵向输出带来一定的交联误差。经对历年操纵力传感器输出分析得知，传感器横向对纵向输出交联影响最大约为2%。

发明内容

本发明要解决的技术问题：传统飞行试验中，操纵力测试传感器的拆装测试困难问题；交联误差存在于每一型号的操纵力传感器，给设计工作和测量精度带来很大困难，而且因为其特殊的结构和安装位置，很难从结构上减小该误差。在传感器设计中，将解决问题的出发点由结构转移到硬件电路来，采用反馈技术改进了信号放大电路，消除交联误差在飞行试验中操纵力传感器对数据的影响。

本发明的技术方案：一种定翼机操纵力测试传感器，包括转接轴、传感器模块，其中，转接轴后部为圆形轴，前部为方形轴；传感器模块包括下安装座、底座、限位装置、弹性元件、上安装座以及连接在弹性元件上的电阻应变计、其中，下安装座为三角形法兰结构，弹性元件为共圆心的环形结构，环形结构之间分布着横向应变梁和纵向应变梁，两组电阻应变计分布在横向应变梁和纵向应变梁上，用来测试弹性元件的应力变化，测试信号线连接在电阻应变计的 尾部，将电阻应变计的信号输出至航空插头并送到操纵力变换电路上，操纵力变换电路一方面为应变电桥提供工作电源，另一方面对电桥输出信号进行整理、放大，输出0V～5V DC标准电压信号；底座为圆形盘状结构，弹性元件中心设有方孔，套于转接轴的方轴上并与下安装座和底座固定连接；上安装座为圆形结构，上部为一体加工的突起三角形法兰结构，与弹性元件连接，另一端与驾驶盘接触。

所述的弹性元件作为盘力传感器的敏感元件，设计为圆盘式结构，分布横向应变梁和纵向应变梁两组应变梁，用于感受驾驶盘操纵力的变化；使用中操纵力的变化引起应变梁弯曲变形产生应力，粘贴在应变梁上的电阻应变计感受应力变化；横向应变梁和纵向应变梁均设计为等截面悬臂梁式结构，且互成90°，电阻应变计通过测试信号线与航空插头将信号传送到操纵力变换电路上。

所述的电阻应变片计分布于弹性元件的横向应变梁和纵向应变梁上，每个方向各一组应变计，组成惠斯通电桥感受应力变化，在电压源激励下转换成电信号输出。

所述的操纵力变换电路采用反馈技术改进了信号放大电路，有效地减小了交联误差。

本发明的有益效果：传感器在驾驶盘下加装，与驾驶盘轴刚性连接，可有效进行力的传递，操作中可准确测量操纵力的大小，且相对力值较小，易于保证结构强度，便于检查、维护、排故。通过试验验证，有效地减小了交联误差，传感器测量精度高、可靠性高，提高了试验数据精度。

附图说明

图1为本发明的结构主视图，其中，3为传感器模块、4为底座、5为限位装置、6为弹性元件、7为上安装座。

图2为本发明的弹性元件正视图，其中，8为电阻应变计、9为横向应变梁、10为纵向应变梁，11为测试信号线。

图3为本发明的操纵力变换电路的结构简图，其中，12为横向应变电路、13为纵向应变电路、14为仪表放大电路、15为线性放大电路、16为滤波输出电路、17为精密整流电路、18为27VDC+、19为27VDC-、20为整流、滤波电路、21为DC-DC 转换电路、22为桥压激励、23为信号输出。

图4为本发明的安装结构图，其中，1为转接轴、2为传感器模块、24为驾驶杆、25为驾驶盘、26为固定螺母、27为测试信号线。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明的安装及工作方式进行描述。

如图1所示：传感器由下安装座3、底座4、限位装置5、弹性元件6、上安装座7组成。

底座4和弹性元件6通过8个螺栓连接，下安装座3与底座4通过3个螺栓连接，上安装座7和弹性元件6通过螺栓连接，这样完成整个传感器的组装。

如图2所示为弹性元件结构简图。

弹性元件是盘力传感器的敏感件，也是承力部件。弹性元件的材料选择有多方面的因素，从传感器的测量精度、结构强度、输出长期稳定性等多方面考虑，采用调质钢40CrNiMoA，在相当高的强度时仍有很高的韧性；淬透性很高，可用作截面较大的零件；可作为重要的承力零件。弹性元件的毛坯采用锻件，以提高材料的机械性能；为确保内部没有缺陷，在粗加工后进行无损探伤。为减少加工应力，在粗加工过程中进行两次的调质处理，在完成所有精加工后，进行真空回火处理。

在横向、纵向应变梁上各粘贴1组电阻应变计4片，电阻应变计用于感受弹性元件应力的变化，是应力分析、测试计量技术、自动检测与控制技术以及应变式传感器的关键元件。为降低工作电流，减少自热漂移，应变计选用阻值为1kΩ。

如图3中操纵力变换电路工作原理：DC/DC转换电路将27V供电电压转换为操纵力变换电路所需要的±15VDC二次供电电源，实现27V电源与±15V电源的电气隔离，同时提供+5VDC精密电源作为桥压激励。将电桥应变输出转换成电信号；应变电信号经仪表放大电路放大和线性放大电路变换成标准0～5VDC输出。放大电路引入精密整流电路及正反馈，进行交联误差补偿。

根据图4所示，传感器上安装座7与飞机驾驶盘通过8个M4螺栓连接，弹性元件6套在转接轴1方轴部分，方轴前端通过螺帽拧紧，将弹性元件固定在方轴前端感受应力。下安装座套在转接轴上，与底座通过3个螺栓连接，最后采用安装螺栓将转接轴、传感器及驾驶盘固定在飞机驾驶柱上。方轴感受的应力通过应变梁传给电阻应变片，电阻应变片通过测试信号线将应力信号传送到航空插头至操纵力变 换电路，最后传输到机载测试设备中，完成操纵力的测试实验。

Claims (4)

1.一种定翼机操纵力测试传感器，包括转接轴(1)、传感器模块(2)和操纵力变换电路，其中，转接轴(1)后部为圆形轴，前部为方形轴；传感器模块(2)包括下安装座(3)、底座(4)、限位装置(5)、弹性元件(6)、上安装座(7)以及连接在弹性元件(6)上的电阻应变计(8)、其中，下安装座(3)为三角形法兰结构，弹性元件(6)为共圆心的环形结构，环形结构之间分布着横向应变梁(9)和纵向应变梁(10)，两组电阻应变计(8)分布在横向应变梁(9)和纵向应变梁(10)上，用来测试弹性元件(6)的应力变化，测试信号线(11)连接在电阻应变计(8)的尾部，将电阻应变计(8)的信号输出至航空插头并送到操纵力变换电路上，操纵力变换电路一方面为应变电桥提供工作电源，另一方面对电桥输出信号进行整理、放大，输出0V～5VDC标准电压信号；底座(4)为圆形盘状结构，弹性元件(6)中心设有方孔，套于转接轴(1)的方形轴上并与下安装座(3)和底座(4)固定连接；上安装座(7)为圆形结构，上部为一体加工的突起三角形法兰结构，与弹性元件(6)连接，另一端与驾驶盘接触。

2.根据权利要求1所述的定翼机操纵力测试传感器，其特征在于，所述的弹性元件(6)作为盘力传感器的敏感元件，设计为圆盘式结构，分布横向应变梁(9)和纵向应变梁(10)两组应变梁，用于感受驾驶盘操纵力的变化；使用中操纵力的变化引起应变梁弯曲变形产生应力，粘贴在应变梁上的电阻应变计(8)感受应力变化；横向应变梁(9)和纵向应变梁(10)均设计为等截面悬臂梁式结构，且互成90°，电阻应变计(8)通过测试信号线(11)与航空插头将信号传送到操纵力变换电路上。

3.根据权利要求1所述的定翼机操纵力测试传感器，其特征在于，所述的电阻应变计(8)分布于弹性元件(6)的横向应变梁(9)和纵向应变梁(10)上，每个方向各一组应变计，组成惠斯通电桥感受应力变化，在电压源激励下转换成电信号输出。

4.根据权利要求1所述的定翼机操纵力测试传感器，其特征在于，所述的操纵力变换电路采用反馈技术改进了信号放大电路，有效地减小了交联误差。