CN106184715B - 一种飞机驾驶杆配平系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞机驾驶杆配平系统，该系统以电传信号代替传统的机械传递指令，通过与自动驾驶仪系统的交联，实现了自动配平功能，增加了向驾驶员提供配平角度显示。该系统包括配平开关、力传感器、前置放大器、配平放大器、配平舵机等，简单、可靠，操作方便。
Description
技术领域
本发明属于航空技术领域，是关于一种飞机驾驶杆配平系统，具体地说，是实现对飞机驾驶杆力的人工配平和自动配平功能，主要应用于大中型运输机和民用飞机。
背景技术
在飞机机械式操纵系统中，为了减小或消除驾驶员操纵驾驶杆控制升降舵偏转时驾驶杆上的操纵力，一般通过控制升降舵调整片的偏转来实现。但由于传统的升降舵调整片操纵系统为机械系统，决定了在使用中具有局限性，主要缺点为：①系统传动线路设计复杂，传输线路长，中间安装调节环节多，不利于系统精度保证；②机械系统零部件多，重量大；③操纵部件为机械部件，操纵不方便；④无配平角度显示，不能为飞行员提供直接的配平量显示；⑤不能与自动飞行控制系统交联，实现自动配平功能。
发明内容
(一)发明目的
本发明克服了现有机械式升降舵调整片操纵系统的缺点，提供了一种新型驾驶杆配平系统。大大降低了系统的复杂性和提升了系统的控制能力，获得了优良的操纵性。消除或减轻了人工飞行时的操纵力，从而减轻了驾驶员体力消耗。在自动驾驶仪系统断开时避免飞机过载、姿态产生较大的变化，保证飞机的飞行安全。
(二)技术方案
本发明的技术方案是：
一种飞机驾驶杆配平系统，其包括左配平开关2、右配平开关3、飞控计算机5、调整片位置指示6、升降舵机8、上链条9、下链条10、力传感器上13、力传感器下14、上钢索15、下钢索16、前置放大器19、配平放大器21、配平舵机23、调整片钢索24、升降舵调整片26，其中：
左配平开关2和右配平开关3通过一电缆4与配平放大器21交联，配平放大器21通过八电缆22与配平舵机23交联，配平舵机23通过调整片钢索24与升降舵调整片26机械连接。
力传感器上13右端通过上钢索15与升降舵25和驾驶杆1机械连接，左端通过上链条9与升降舵机8连接，力传感器上13通过五电缆17与前置放大器19交联。力传感器下14右端通过下钢索16与升降舵25和驾驶杆1机械连接，左端通过下链条10与升降舵机8连接，力传感器下14通过六电缆18与前置放大器19交联。
升降舵机8通过二电缆7与飞控计算机5交联，飞控计算机5通过四电缆12与配平放大器21交联。配平放大器21通过七电缆20与前置放大器交联，通过三电缆11与调整片位置指示6交联。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：以电传信号代替机械传递信号，省去冗杂的机械传动零部件，简单、可靠，重量轻，操作方便、安全性好，通过与自动驾驶仪系统的交联，实现了自动配平功能，增加了向驾驶员提供配平角度显示。
附图说明
附图1是一种飞机驾驶杆配平系统原理框图；
图中，1.驾驶杆 2.左配平开关 3.右配平开关 4.电缆 5.飞控计算机 6.调整片位置指示 7.电缆 8.升降舵机 9.上链条 10.下链条 11.电缆 12.四电缆 13.力传感器(上) 14.力传感器(下) 15.上钢索 16.下钢索 17.电缆 18.六电缆 19.前置放大器 20.电缆 21.配平放大器 22.电缆 23.配平舵机 24.调整片钢索 25.升降舵 26.升降舵调整片。
具体实施方式
一种飞机驾驶杆配平系统以电气控制系统代替机械操纵系统，飞行员操纵部件由机械手轮改为配平开关，飞行员操纵开关至配平舵机之间为电信号，省去冗杂的机械操纵机构及传动零部件，简单、可靠、重量轻，系统增加了自动配平功能，提高了自动飞行控制系统安全性。系统设计原理如下：
1人工配平功能
在人工操纵飞机飞行时，驾驶员通过驾驶杆1操纵升降舵25的偏转来改变飞机俯仰姿态，在偏转后的升降舵25上作用着空气动力，它相对于舵面的转轴(铰链)产生力矩。为了使升降舵25保持一个偏角位置，驾驶员必须对驾驶杆1施加一定的操纵力。为了减轻驾驶员体力消耗需设法消除或减轻稳态飞行时的操纵力，即人工配平。
驾驶员通过操纵左配平开关2或者右配平开关3发出人工配平指令给配平放大器21，配平放大器21对接收到的人工配平指令进行加工处理后，形成操纵指令传输给配平舵机23。配平舵机23将配平放大器21输出的操纵指令(功率级的输出电压)转变为输出鼓轮机械角位移，通过调整片钢索24带动升降舵调整片26偏转。升降舵调整片26的偏转方向与升降舵25的偏转方向相反，从而产生绕升降舵25转轴的气动力矩平衡升降舵铰链力矩，将升降舵25保持在配平角度，以此减小或消除所需的驾驶员操纵力。升降舵调整片26工作不改变驾驶杆1—升降舵25原有的位置对应关系和升降舵25的偏度范围。
左配平开关2、右配平开关3设在驾驶盘上，为了符合操纵习惯，配平开关的操纵方向与驾驶杆1的操纵方向一致。即为了消除拉杆力，配平按钮向后按压，而消除推杆力，配平按钮向前按压，配平开关在中立位置时，配平舵机23不动作。
为了保证左驾驶员控制权限高于右驾驶员，设置了左右驾驶配平信号逻辑控制，具体为：由左配平开关2信号对右配平开关3信号进行锁定，当左配平开关2工作时，右配平开关3不起作用，左配平开关2位于中立位置时，右配平开关3可以工作。
2自动配平功能
在自动飞行时，当飞机纵向因飞行状态和重心改变出现不平衡力矩时，引起飞行轨迹发生变化，偏离原来的位置，自动驾驶仪将通过升降舵机8带动升降舵25偏转引导或平衡飞机，实现操纵和稳定飞机的目的。升降舵25偏转后产生的相对于舵面的转轴(铰链)产生力矩会在升降舵机8上产生附加力，升降舵机8偏转的同时也会带动驾驶杆移动。在断开自动驾驶仪时，升降舵机8在“卸荷”过程中驾驶杆1由于随动关系会产生突然动作，对飞机带来扰动和产生人员伤害。为了消除这种驾驶杆1突然动作对飞机带来的扰动和产生的人员伤害，在自动飞行时需设法消除或减小升降舵机8上的附加力，即自动配平。
自动飞行时，在升降舵机8持续产生支持平衡力矩期间，升降舵机8的链轮链条与操纵机构的扇形轮钢索间有作用力存在，安装于上链条9与上钢索15之间的力传感器(上)13测量上链路附加力发送给前置放大器19，安装于下链条10与下钢索16之间的力传感器(下)14测量下链路附加力发送给前置放大器19。前置放大器19对接收到的上链路附加力和下链路附加力进行整形和放大，发送给配平放大器21，配平放大器21对接收到的上链路附加力和下链路附加力进行差值运算，结果与设定的工作门限进行比较，根据控制律形成操纵指令传输给配平舵机23。配平舵机23将配平放大器21输出的操纵指令(功率级的输出电压)转变为输出鼓轮机械角位移，通过调整片钢索24带动升降舵调整片26偏转。升降舵调整片26的偏转方向与升降舵25的偏转方向相反，从而产生绕升降舵25转轴的气动力矩平衡升降舵铰链力矩，将升降舵25保持在配平角度，以此减小或消除升降舵机8上的附加力，达到自动配平的目的。
3系统安全性设计
由于驾驶杆配平系统是通过驱动升降舵调整片来消除或减小驾驶杆上的操纵力和升降舵机上的附加力，所以系统安全性设计非常重要，主要从以下几个方面进行了设计：
1)限制升降舵调整片的偏转角度和偏转速度。根据操纵舵面需要的配平力范围、配平效率和飞行包线，经理论计算和地面试验验证，确定出升降舵调整片的偏转角度为：-9°～+11.5°(上偏为“-”，下偏为“+”)，偏转速度为：0.2°/s～0.75°/s；
2)人工配平采用脉冲控制方式。为了防止误操纵造成升降舵调整片偏转到极限位置，人工配平采用脉冲控制方式，即：在按压配平开关时，一次按压开关升降舵调整片偏转增加角度为2°，直到再次按压配平开关，升降舵调整片才又偏转增加2°，以此类推，需要经过多个按压过程才能将升降舵调整片偏转到极限位置；
3)限制自动配平工作范围。根据自动驾驶仪系统升降舵机工作范围、工作权限和升降舵调整片配平效率，经分析计算确定出系统自动配平的工作范围为：δτ0±2°(δτ0为自动配平接通时刻升降舵调整片的角位置)；
4)自动配平门限和延迟
由于自动配平和自动驾驶仪系统同时工作，因此驾驶杆配平系统工作时应避免影响到自动驾驶仪系统的工作，这可通过自动配平门限和延迟时间的选择来实现。自动配平工作门限的选择取决于驾驶杆上可接受的最小杆力，根据驾驶杆上的持久操纵力，选取典型飞行状态和需配平量，经理论计算和地面试验，确定出自动配平门限值为：升降舵机链条上力的差值≥14kg±1kg。综合考虑配平系统的动态特性和飞机的短周期运动以及控制模态的响应时间，确定延迟时间为5秒。
4人工配平与自动配平信号逻辑
将配平开关接通信号反向后和自动配平信号相与，即人工配平信号接通，则自动配平关断，人工配平信号消失，则自动配平信号可以进入。
人工正转配平信号与自动配平正向信号相或后，输出正转控制信号；人工配平反转配平信号和自动配平信号反向相或后的信号，输出反转控制信号。
5位置指示
配平放大器21将升降舵调整片26位置信号发送给调整片位置指示6，为飞行员提供升降舵调整片角度显示。
Claims (1)
1.一种飞机驾驶杆配平系统，其特征是，其包括左配平开关(2)、右配平开关(3)、飞控计算机(5)、调整片位置指示(6)、升降舵机(8)、上链条(9)、下链条(10)、力传感器上(13)、力传感器下(14)、上钢索(15)、下钢索(16)、前置放大器(19)、配平放大器(21)、配平舵机(23)、调整片钢索(24)、升降舵调整片(26)，其中：
左配平开关(2)和右配平开关(3)通过一电缆(4)与配平放大器(21)交联，配平放大器(21)通过八电缆(22)与配平舵机(23)交联，配平舵机(23)通过调整片钢索(24)与升降舵调整片(26)机械连接；
力传感器上(13)右端通过上钢索(15)与升降舵(25)和驾驶杆(1)机械连接，左端通过上链条(9)与升降舵机(8)连接，力传感器上(13)通过五电缆(17)与前置放大器(19)交联；力传感器下(14)右端通过下钢索(16)与升降舵(25)和驾驶杆(1)机械连接，左端通过下链条(10)与升降舵机(8)连接，力传感器下(14)通过六电缆(18)与前置放大器(19)交联；
升降舵机(8)通过二电缆(7)与飞控计算机(5)交联，飞控计算机(5)通过四电缆(12)与配平放大器(21)交联；配平放大器(21)通过七电缆(20)与前置放大器交联，通过三电缆(11)与调整片位置指示(6)交联。
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