CN105836107A - 在电传操纵飞行器系统中用于配平控制的飞行器、系统和方法 - Google Patents

在电传操纵飞行器系统中用于配平控制的飞行器、系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供飞行器、电传操纵系统以及控制器。飞行器包括配平控制系统以及电传操纵系统。配平控制系统配置成用于控制飞行器的表面。电传操纵系统与配平控制系统通信地耦接并且包括输入设备和控制器。输入设备配置成接收来自用户的再配平输入。控制器与输入设备通信地耦接，并且配置成控制配平控制系统、获得来自用户的再配平输入，并且响应于来自输入设备的再配平输入基于处于飞行器的当前空速的稳定飞行条件来设定飞行器的俯仰配平。

Description

在电传操纵飞行器系统中用于配平控制的飞行器、系统和方法
技术领域
技术领域通常涉及在电传操纵(fly-by-wire)飞行器系统中的配平控制，更具体地涉及用于电传操纵系统的输入设备，电传操纵系统包括自动驾驶仪断开以及俯仰再配平能力。
背景技术
常规飞行器一般包括飞行控制面，其与飞行控制输入设备机械地耦接。飞行控制面改变飞行器上的空气动力以调节飞行器的俯仰、横滚(roll)或者偏航角。在飞行控制面上来自空气动力效应的反馈力通过机械连接传递至飞行控制输入设备，飞行控制输入设备还被称为操纵器。这些反馈力向飞行器的飞行员表示各种飞行条件。
随着在过去半个世纪里电传操纵技术的出现，对常规飞行器的定义正在改变。电传操纵技术将操纵器从飞行控制面机械地去耦。相反，将飞行控制面通过与操纵器电子地耦接的致动器调节。在这种电传操纵飞行器中的配平控制一般由位于飞行控制输入设备上的人工配平开关完成。
尽管这种系统适合于它们的预定目的，但是对改进的电传操纵系统的需求是基本不变的。这样，需要提供具有改进的配平控制的电传操纵系统。此外，其它所需特征和特性从随后的发明内容和具体实施方式以及所附的权利要求、结合附图和该背景技术将变得显而易见。
发明内容
本文公开了飞行器、电传操纵系统以及控制器的各种非限制实施方式。
在第一非限制实施方式中，飞行器包括但并不限于配平控制系统以及电传操纵系统。配平控制系统配置成控制飞行器的表面。电传操纵系统与配平控制系统通信地耦接并且包括输入设备和控制器。输入设备配置成接收来自用户的再配平输入。控制器与输入设备通信地耦接，并且配置成控制配平控制系统、获得来自用户的再配平输入，并且响应于来自输入设备的再配平输入基于处于飞行器的当前空速的稳定飞行条件来设定飞行器的俯仰配平。
在第二非限制实施方式中，用于飞行器的电传操纵系统包括但并不限于自动驾驶仪断开输入设备和控制器。自动驾驶仪断开输入设备配置成接收来自用户的再配平输入。控制器与自动驾驶仪断开输入设备通信地耦接，并且配置成控制配平控制系统(配平控制系统配置成控制飞行器的表面)、获得再配平输入、当自动驾驶仪脱开时响应于从自动驾驶仪断开输入设备获得的再配平输入基于处于飞行器的当前空速下的稳定飞行条件来设定飞行器的俯仰配平，以及当自动驾驶仪接合时响应于来自自动驾驶仪断开输入设备的自动驾驶仪断开输入而脱开自动驾驶仪。
在第三非限制实施方式中，用于与电传操纵系统一起使用的控制器包括但并不限于处理器以及存储单元。存储单元与处理器耦接并且存储用于处理器的指令。指令配置成与处理器协作以控制配置成控制飞行器的表面的配平控制系统、从输入设备的用户获得再配平输入、当自动驾驶仪脱开时响应于再配平输入基于处于飞行器的当前空速的稳定飞行条件来设定飞行器的俯仰配平，以及当自动驾驶仪接合时响应于来自自动驾驶仪断开输入设备的自动驾驶仪断开输入而脱开自动驾驶仪。
附图说明
由于本发明的优势当结合附图考虑时通过参照以下具体实施方式将变得更好地理解，因此将容易意识到本发明的优势，其中：
图1是示出根据本公开教导的飞机的非限制实施方式的简化框图；
图2是示出根据本公开教导的图1中所示的飞行器的配平控制系统的非限制实施方式以及电传操纵系统的非限制实方式的简化框图；以及
图3是示出根据一些实施方式的控制飞行器的电传操纵系统的方法的流程图。
具体实施方式
以下具体实施方式在性质上仅是示例性的，不旨在限制本发明或者本发明的应用以及使用。此外，并不旨在受限于前述背景技术或者以下具体实施方式中呈现的任何理论。
本文公开了飞行器、电传操纵系统以及用于电传操纵系统的控制器的各种非限制实施方式。实施方式包括飞行控制系统的各种配置，其保留与常规飞行器以及常规电传操纵飞行控制系统一致的正静态非操纵“速度”稳定性。在一个实施方式中，侧杆操纵器上的自动驾驶仪(AP)断开按钮输入设备提供了能力以允许飞行员“再配平”纵向(俯仰)配平至与在选择的时候的空速一致的稳定1g飞行条件。按钮输入设备包括主要功能(1)提供自动驾驶仪(如果接合)的飞行员快速断开和(2)如果目前正在命令这种人工俯仰配平那么中断/禁用(disable)人工俯仰配平。进一步使用按钮输入设备将“再配平”飞行器至当前的空速，如将在下面描述的那样。
现在参考图1，示出根据一些实施方式的具有电传操纵系统102的飞机100的实施例。虽然在该说明书中描述了飞机100，但是应该理解的是电传操纵系统102可能是用在其它飞行器、陆上运载工具、水上运载工具、空间运载工具或者其它机器中的任何线控系统，而不超出本公开的范围。例如，电传操纵系统102可以利用在潜艇、直升机、飞艇、太空飞船、汽车或者机器中。飞机100示出为在飞行中相对于水平面具有俯仰角θ，如本领域的技术人员将认识到的那样。
现在参考图2，示出根据一些实施方式的配平控制系统101和电传操纵系统102的实施例。配平控制系统101配置成控制飞机100的飞行控制面，诸如升降舵106和水平尾翼108。升降舵106调节飞机100的俯仰角θ。水平尾翼108是配平设备，其减轻一些保持升降舵106处于当前的位置所需的力，如本领域的技术人员将认识到的那样。应该理解的是配平控制系统101可利用可替换的升降舵以及配平配置，而不超出本公开的范围。在提供的实施例中，配平控制系统101包括水平尾翼配平致动器(HSTA)116、远程电子单元(REU)118和液压致动器120。
电传操纵系统102包括操纵器110以及控制器112。如本文使用的，术语“电传操纵”包含在其中输入设备从由输入设备控制的机器或机器的一部分机械地操作上断开的所有系统。例如，本文使用的电传操纵包含用作用于在输入设备以及电子控制器之间传达命令的具体技术的术语，诸如光传操纵或无线操纵。
操纵器110是飞行员输入设备，其与控制器112电子通信以操作飞机100的控制面。在提供的实施例中，操纵器110是主控制输入设备，其与控制器112协作用于飞行员操作升降舵106以调节飞机100的俯仰轴线。操纵器110可能是驾驶杆、侧杆或者设置成由飞机100的飞行员使用的其它合适的设备。应该理解的是，可利用多个操纵器110以允许两个飞行员或者操作员独立地或配合控制交通工具。在一些实施方式中，操纵器110位于飞机100的远程，诸如用于无人驾驶飞行器。
操纵器110包括人工配平控制130以及输入设备132。人工配平控制130是辅助控制输入设备，其配置成通过人工调节配平空速来调节飞机100的配平条件。例如，配平控制130可能操作水平尾翼108，如本领域的技术人员将认识到的那样。人工配平控制130可采取开关、旋钮或者其它合适的控制设备的形式。
输入设备132与控制器112协作以作为自动驾驶仪(AP)断开进行操作以及操作配平速度重新设定输入设备以控制配平控制系统101，如以下将参考图3描述的那样。在提供的实施例中，输入设备132是设置在操纵器110上的自动驾驶仪断开输入设备，位于适合于常规AP断开按钮的位置。例如，输入设备132可设置成飞行员的拇指可以到达范围内用于在飞行期间简单操作。
控制器112可包括软件和硬件的任何组合。例如，控制器112可包括实施一个或多个软件或者固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用、专用或者分组的)和存储器、组合逻辑电路和/或其它提供所描述的功能的合适组件。在一些实施方式中，控制器112执行的各种操作可作为指令存储在非临时性计算机可读介质上。可实施指令以引起一个或多个处理器执行下述操作。在一些实施方式中，控制器112包括多个一起操作的独立的控制模块以执行下述操作。在图示的实施方式中，控制器112配置成执行图3中描述的方法。
在一些实施方式中，控制器112是飞机100的飞行控制计算机。在提供的实施例中，控制器112配置成控制具有展现速度稳定性的G-命令系统的飞行器100。速度稳定性描述在飞行器从配平速度扰乱之后，没有来自飞行员的干涉，飞行器返回配平速度的趋势。例如，操纵器110的位移可以命令正常加速响应，并且从配平条件(在该实施例中为空速)的偏离创建额外的G-命令，其补充飞行员的输入。应该理解的是，一些实施方式使用不同的参数用于控制以及配平，诸如飞行航迹角、迎角或者俯仰率。
在提供的实施例中，控制器112进一步控制具有阿尔法限制以及速度保护特征的飞机100。阿尔法限制是正常控制法则的子组，正常控制法则限制飞行员命令，如果这种命令将导致在所需迎角和空速处飞机100的失速。速度保护限制会导致飞机100超过上限阈值空速的飞行员命令。这些特征可类似于常规阿尔法限制以及速度保护，如本领域的技术人员将认识到的那样。
现在参考图3，图示了根据一些实施方式的方法200。在提供的实施方式中，方法200由控制器112执行。操作210接收来自输入设备的输入。例如，在操作210中，控制器112可接收来自输入设备132的输入。
操作212确定自动驾驶仪(AP)是否接合。当自动驾驶仪接合时，所接收的输入是自动驾驶仪断开输入，并且操作214响应于接收自动驾驶仪断开输入而断开自动驾驶仪。例如，控制器112可确定飞机100的自动驾驶仪是否接合，并且响应于接收来自输入设备132的自动驾驶仪断开输入而断开自动驾驶仪以使飞机100的人工飞行成为可能。在提供的实施例中，控制器112响应于接收自动驾驶仪断开输入而不采取任何进一步行动。
操作216确定用于脱开的自动驾驶仪的听觉或视觉警告是否有效。当警告有效时，操作218关闭或者停止使用警告。因此，当自动驾驶仪有效时第一次按压输入设备将自动脱开自动驾驶仪。第二次按压将禁用任何有效的自动驾驶仪脱开提示。
当自动驾驶仪脱开时，来自输入设备的输入是再配平输入，并且操作220确定人工配平是否有效。在当接收再配平输入时(诸如在人工配平控制的故障期间或者当同时按压人工配平控制和输入设备时)目前正在接收来自人工配平控制的输入时，人工配平是有效的。在当接收再配平输入时人工配平有效时，操作222禁用人工配平。在提供的实施例中，人工配平控制维持禁用，直到控制器112被重新设定。例如，在当接收来自输入设备132的再配平输入的同时来自配平控制130的人工配平输入有效时，控制器112将禁用人工配平控制130。当控制器112没有禁用人工配平控制130时，电传操纵系统102配置成当脱开自动驾驶仪时基于来自配平控制130的人工配平输入来设定飞机100的俯仰配平。
操作224和226确定阿尔法限制和/或速度保护是否有效。在提供的实施例中，当阿尔法限制和/或速度保护正在主动限制飞行器的操作时，将忽略再配平输入，并且将不重新设定配平空速。例如，当电传操纵系统102基于阿尔法限制、速度保护或者阿尔法限制和速度保护两者目前正在限制飞机100的操作时，控制器112可能忽略再配平输入。
当阿尔法限制和/或速度保护不是有效时，操作228设定配平空速为处于当前空速的稳定飞行条件。例如，响应于在禁用阿尔法限制和/或速度保护同时接收再配平输入，控制器112可基于作为处于当前空速的稳定飞行条件的稳定1G飞行条件来设定飞机100的俯仰配平空速。
如本文使用的那样，术语“当前空速”涉及在再配平输入的时候或在再配平输入的时候附近的飞机100的空速。例如，当前空速可能是来自空速传感器的瞬时值，或者可能是围绕再配平输入时间的特定时间段内的平均值(例如，1秒内的平均空速)。
在提供的实施例中，再配平功能将被设定成选择其以降低任何不需要的俯仰瞬变的预定配平率。例如，预定配平率可以选择为0.10g/秒。
尽管在发明的前述具体实施方式中已经呈现了至少一个示例性实施方式，但是应该理解的是，可以存在大量的变化。还应该理解的是，一个示例性实施方式或者多个示例性实施方式仅是实施例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、实用性或者配置。相反，前述具体实施方式将提供本领域的技术人员以方便的路线图用于实施本发明示例性实施方式。理解的是在示例性实施方式中描述的元件的功能以及布置中可能做出各种改变，这并不脱离如在所附权利要求中限定的本发明范围。

Claims (20)

1.一种飞行器，所述飞行器包括：
配平控制系统，所述配平控制系统用于控制飞行器的表面；以及
电传操纵系统，所述电传操纵系统与所述配平控制系统通信地耦接，所述电传操纵系统包括：
输入设备，所述输入设备配置成接收来自用户的再配平输入；以及
控制器，所述控制器配置成控制所述配平控制系统，所述控制器与所述输入设备通信地耦接，获得来自用户的所述再配平输入，并且响应于来自所述输入设备的所述再配平输入基于处于飞行器的当前空速的稳定飞行条件来设定飞行器的俯仰配平。
2.根据权利要求1所述的飞行器，其中所述控制器配置成基于作为稳定飞行条件的稳定1G飞行条件来设定飞行器的俯仰配平。
3.根据权利要求1所述的飞行器，其中所述控制器进一步配置成当飞行器的自动驾驶仪脱开时确定来自所述输入设备的输入是所述再配平输入。
4.根据权利要求3所述的飞行器，其中所述控制器进一步配置成当所述电传操纵系统当前正在基于阿尔法限制、速度保护或者阿尔法限制和速度保护两者限制飞行器的操作时忽略所述再配平输入。
5.根据权利要求1所述的飞行器，其中所述电传操纵系统进一步包括人工配平控制，并且其中所述控制器进一步配置成当自动驾驶仪脱开时，基于来自所述人工配平控制的人工配平输入来设定飞行器的俯仰配平。
6.根据权利要求5所述的飞行器，其中所述控制器进一步配置成响应于在接收来自所述人工配平控制的所述人工配平输入的同时接收来自所述输入设备的所述再配平输入而禁用所述人工配平控制。
7.根据权利要求1所述的飞行器，其中所述输入设备是自动驾驶仪断开输入设备，并且所述控制器进一步配置成响应于来自所述输入设备的自动驾驶仪断开输入而脱开自动驾驶仪。
8.根据权利要求7所述的飞行器，其中所述控制器进一步配置成当所述自动驾驶仪接合时确定来自所述输入设备的输入是所述自动驾驶仪断开输入。
9.根据权利要求1所述的飞行器，其中所述电传操纵系统进一步包括操纵器，并且其中所述输入设备设置在所述操纵器上。
10.一种用于飞行器的电传操纵系统，所述电传操纵系统包括：
自动驾驶仪断开输入设备，所述自动驾驶仪断开输入设备配置成接收来自用户的再配平输入；以及
控制器，所述控制器与所述自动驾驶仪断开输入设备通信地耦接，并且配置成：
控制配平控制系统，所述配平控制系统配置成用于控制飞行器的表面，
获得所述再配平输入，
当自动驾驶仪脱开时，响应于从所述自动驾驶仪断开输入设备获得所述再配平输入基于处于飞行器的当前空速的稳定飞行条件来设定飞行器的俯仰配平，以及
当所述自动驾驶仪接合时响应于来自所述自动驾驶仪断开输入设备的自动驾驶仪断开输入而脱开所述自动驾驶仪。
11.根据权利要求10所述的电传操纵系统，其中所述控制器配置成基于作为稳定飞行条件的稳定1G飞行条件来设定飞行器的俯仰配平。
12.根据权利要求10所述的电传操纵系统，其中所述控制器进一步配置成当所述电传操纵系统目前正在基于阿尔法限制、速度保护或者阿尔法限制和速度保护两者限制飞行器的操作时忽略所述再配平输入。
13.根据权利要求10所述的电传操纵系统，进一步包括人工配平控制，并且其中所述控制器进一步配置成当所述自动驾驶仪脱开并且所述人工配平控制没有被禁用时基于来自所述人工配平控制的人工配平输入来设定飞行器的俯仰配平。
14.根据权利要求13所述的电传操纵系统，其中所述控制器进一步配置成响应于在接收来自所述人工配平控制的所述人工配平输入的同时接收来自所述自动驾驶仪断开输入设备的再配平输入而禁用所述人工配平控制。
15.根据权利要求10所述的电传操纵系统，进一步包括操纵器，并且其中所述自动驾驶仪断开输入设备设置在所述操纵器上。
16.一种用于与飞行器的电传操纵系统一起使用的控制器，所述控制器包括：
处理器；以及
存储单元，所述存储单元与所述处理器耦接，所述存储单元存储用于所述处理器的指令，其中所述指令配置成与所述处理器协作以：
控制配平控制系统，所述配平控制系统配置成控制飞行器的表面，
从输入设备的用户获得再配平输入，
当自动驾驶仪脱开时响应于所述再配平输入基于处于飞行器的当前空速的稳定飞行条件来设定飞行器的俯仰配平，以及
当所述自动驾驶仪接合时响应于来自所述自动驾驶仪断开输入设备的自动驾驶仪断开输入而脱开所述自动驾驶仪。
17.根据权利要求16所述的控制器，其中所述指令进一步配置成基于作为稳定飞行调节的稳定1G飞行条件来设定飞行器的俯仰配平。
18.根据权利要求16所述的控制器，其中所述指令进一步配置成当所述电传操纵系统目前正在基于阿尔法限制、速度保护或者阿尔法限制和速度保护两者限制飞行器的操作时忽略所述再配平输入。
19.根据权利要求16所述的控制器，其中所述指令进一步配置成当所述自动驾驶仪脱开时基于来自人工配平控制的人工配平输入来设定飞行器的俯仰配平。
20.根据权利要求19所述的控制器，其中所述指令进一步配置成响应于在接收来自所述人工配平控制的所述人工配平输入的同时接收来自所述自动驾驶仪断开输入设备的所述再配平输入而禁用所述人工配平控制。
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