CN112509415A - 一种机载自动油门执行机构的仿真装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机载自动油门执行机构的仿真装置，包括：底板，在其前侧面及后侧面分别设有前壁板及后壁板，在其左侧面及右侧面分别设有左壁板及右壁板，在其上方设有顶盖；后壁板上设有电源线出线孔和网线出线孔，电源处理板及数据处理板均固定在后壁板上，电源线经过电源线出线孔后与电源处理板连接，网线经过网线出线孔后与数据处理板连接；在底板上设有执行机构总成，执行机构总成的输出轴与油门连接，完成对油门的自动调节。本发明，采用高度集中设计，一体实现了电源处理，数据处理，机械传动，信息反馈等功能，使用在飞机模拟器中时，仅需提供设备所需工作电源和一条与主机相连的以太网线，就可实现机载自动油门执行机构的仿真实现。

Description

一种机载自动油门执行机构的仿真装置
技术领域
本发明涉及飞机模拟器技术领域，具体说是一种机载自动油门执行机构的仿真装置。
背景技术
现代的大中型客机或军机都配备自动油门执行机构(亦称为机载自动油门执行机构)，机载计算机根据数据计算出飞行所需速度与推力诸元，实现对油门的自动控制，飞行员在正常情况下不需要修正油门，可以把精力放在其他地方。
飞机模拟器，是用来训练飞行员的装置，大致可分为客机模拟器、军机模拟器，如果在飞机模拟器上配备机载自动油门执行机构，存在以下不足：
1、自动油门执行机构成本高昂，用于飞机模拟器极大地推高飞机模拟器的制造成本，且采购的途径、采购的时间不可控；
2、飞机模拟器的维护人员，不具备机场地勤维护人员的经验及能力，难以对自动油门执行机构进行正常维护、检修、保养；找专业人员进行正常维护、检修、保养，不利于飞机模拟器的使用及成本控制；
3、自动油门执行机构需要与飞机系统电气连接，采集必要的飞机系统信号，飞机模拟器难以提供自动油门执行机构需要的飞机系统信号；
4、飞机模拟器体积有限，只能在有限的场地内进行仿真运行，飞机模拟器的空余位置，不足以安装自动油门执行机构；
综上，在飞机模拟器的研制及使用上，存在对油门的自动控制进行仿真的需求。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种机载自动油门执行机构的仿真装置，采用高度集中设计，一体实现了电源处理，数据处理，机械传动，信息反馈等功能，使用在飞机模拟器中时，仅需提供设备所需工作电源和一条与主机相连的以太网线，就可实现机载自动油门执行机构的仿真实现。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种机载自动油门执行机构的仿真装置，其特征在于，包括：
底板1，在其前侧面及后侧面分别设有前壁板21及后壁板22，在其左侧面及右侧面分别设有左壁板23及右壁板24，在其上方设有顶盖；
后壁板22上设有电源线出线孔221和网线出线孔222，
电源处理板223及数据处理板224均固定在后壁板22上，
电源线经过电源线出线孔221后与电源处理板223连接，
网线经过网线出线孔222后与数据处理板224连接；
在底板1上设有执行机构总成901，执行机构总成901的输出轴与油门连接，完成对油门的自动调节。
在上述技术方案的基础上，所述前壁板21、后壁板22、左壁板23、右壁板24及顶盖构成外壳，外壳的材质为铝板。
在上述技术方案的基础上，所述电源线出线孔221和网线出线孔222均设有护线套；
或者，在电源线出线孔221处设有航空插座，提供直流24V到28V电源输入；
在网线出线孔222处设有带锁网口插座，用于防止设备在运动或运输过程中网线脱落。
在上述技术方案的基础上，在底板1上左右并排的设有两套执行机构总成901，所述两套执行机构总成901的结构相同。
在上述技术方案的基础上，在底板1的上表面沿周向设有一圈安装条11，前壁板21、后壁板22、左壁板23、右壁板24通过螺钉与安装条11固定连接；
所述底板1，在其左侧面及右侧面分别设有两个向外延伸的凸块12，
凸块12上设有安装孔13；
所述安装孔13，分为：
作为定位孔的圆形孔，圆形孔至少有一个，
作为调节孔的长圆孔，长圆孔至少有一个。
在上述技术方案的基础上，在左壁板23上设有第一散热孔231，在右壁板24上设有第二散热孔241，
在第一散热孔231处设有防尘罩或散热风扇，
在第二散热孔241处设有散热风扇或防尘罩；
第一散热孔231和第二散热孔241对称设置，
或者，第一散热孔231和第二散热孔241交错一间距设置。
在上述技术方案的基础上，执行机构总成901包括：
电机安装座2，固定在底板1上，
编码器安装支架3，固定在底板1上，位于电机安装座2和后壁板22之间，
力矩传感器安装架4，固定在底板1上，位于电机安装座2和前壁板21之间；
直流电机5，固定在电机安装座2上部，
直流电机5设有配套的电机驱动器51，
直流电机5的输出轴，与电机减速器7连接，
电机减速器7的输出轴穿过电机安装座2，与第一齿轮81连接；
力矩传感器6，一端固定在电机安装座2下部，另一端固定在力矩传感器安装架4，
力矩传感器6的传动杆61，一端与输出轴62连接，输出轴62穿出前壁板21，另一端与电磁离合器63的主动轮连接，电磁离合器63的被动轮与第一齿轮81啮合，
电磁离合器63吸合时，直流电机5依次经过电机减速器7、第一齿轮81、电磁离合器63的被动轮、电磁离合器63的主动轮，带动力矩传感器6的传动杆61，进而带动输出轴62转动；
所述力矩传感器6的传动杆61的另一端，穿出电磁离合器63后，与第二齿轮82连接，
绝对位置编码器9，固定在编码器安装支架3上部，用于指示当前输出轴的角度值，其传动轴上设有传动齿轮91，传动齿轮91与第二齿轮82啮合。
在上述技术方案的基础上，上位机通过网线与数据处理板224连接，
上位机向数据处理板224传输以下参数：
油门运行数度，方向，摩擦力系数；
数据处理板224向上位机传输以下参数：
油门位置，力矩值，电磁离合摩擦值。
在上述技术方案的基础上，通过解算绝对位置编码器数据，得到油门位置，解算工作可以由数据处理板上CPLD完成，
通过解算力矩传感器的脉冲频率数据，得到频率值，再由频率值推导出现时作用于输出轴的力矩值，
通过调节作用于电磁离合器上的驱动电压，控制并解算出电磁离合摩擦值。
在上述技术方案的基础上，在顶盖上设有矩形的散热网孔区，由若干小孔等间隔排列构成散热网孔区。
本发明所述的机载自动油门执行机构的仿真装置，可使用在飞机模拟器中，以替代机载自动油门执行机构，具有以下有益效果：
1、采用一体式结构设计，集成程度高，对外电源需求单一，使用在飞机模拟器中时，仅需提供设备所需工作电源(24V到28V)和一条与上位机相连的网线，通过接收网络数据并对数据进行处理，依靠内部控制电路，驱动电路，机械执行机构，位置反馈机构，离合及力矩测量机构等配合完成机载自动油门执行机构的响应功能；
2、与安装平台对接简便，仅通过4个安装孔就可以与安装平台对接，安装简便；
3、输出轴位置及高度固定，易于与飞机模拟器油门系统对接；
4、生产周期可控，满足飞机模拟器整个研制周期的需求。
附图说明
本发明有如下附图：
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是本发明所述仿真装置的结构示意图一(省略顶板和右壁板)。
图2是本发明所述仿真装置的爆炸图一(省略顶板)。
图3是本发明所述仿真装置的结构示意图二(在图1的基础上省略外壳)。
图4是图3的爆炸图(省略底板)。
图5是本发明所述仿真装置的工作原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。所述详细说明，为结合本发明的示范性实施例做出的说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
如图1-5所示，本发明所述的机载自动油门执行机构的仿真装置，包括：
底板1，在其前侧面及后侧面分别设有前壁板21及后壁板22，在其左侧面及右侧面分别设有左壁板23及右壁板24，在其上方设有顶盖，顶盖图中未示出；
所述前壁板21、后壁板22、左壁板23、右壁板24及顶盖构成外壳，外壳的材质为铝板；
后壁板22上设有电源线出线孔221和网线出线孔222，
电源处理板223及数据处理板224均固定在后壁板22上，所述电源处理板223及数据处理板224均设于装置内部，
电源线经过电源线出线孔221后与电源处理板223连接，
网线经过网线出线孔222后与数据处理板224连接；
作为可选择的实施方案之一，所述电源线出线孔221和网线出线孔222均设有护线套；
在底板1上设有执行机构总成901，执行机构总成901的输出轴与油门连接，完成对油门的自动调节；
执行机构总成901的数量至少为一个。
在上述技术方案的基础上，在底板1上左右并排的设有两套执行机构总成901。
当飞机模拟器对应的飞机为双发飞机，则需要两套执行机构总成901，分别控制两台发动机的油门以调整发动机工作状况。
在上述技术方案的基础上，在底板1的上表面沿周向设有一圈安装条11，前壁板21、后壁板22、左壁板23、右壁板24通过螺钉与安装条11固定连接。
在上述技术方案的基础上，所述底板1，在其左侧面及右侧面分别设有两个向外延伸的凸块12，
凸块12上设有安装孔13。
通过四个安装孔13将仿真装置与安装平台固定连接。
作为可选择的实施方案之一，所述安装孔13，分为：
作为定位孔的圆形孔，圆形孔至少有一个，
作为调节孔的长圆孔，长圆孔至少有一个。
作为可选择的实施方案之一，在至少一个凸块12上，同时设有作为定位孔的圆形孔，以及作为调节孔的长圆孔。
在上述技术方案的基础上，如图2所示，在左壁板23上设有第一散热孔231，在右壁板24上设有第二散热孔241，
在第一散热孔231处设有防尘罩或散热风扇，
在第二散热孔241处设有散热风扇或防尘罩。
作为可选择的实施方案之一，第一散热孔231和第二散热孔241对称设置，
或者，第一散热孔231和第二散热孔241交错一间距设置。
装置内部的散热由散热风扇完成，气流从防尘罩吸入，从散热风扇吹出。
作为可选择的实施方案之一，散热风扇从电源处理板223获取工作电源。
在上述技术方案的基础上，在顶盖上设有矩形的散热网孔区，图中未示出。
作为可选择的实施方案之一，由若干小孔等间隔排列构成散热网孔区。
在上述技术方案的基础上，在电源线出线孔221处设有航空插座，提供直流24V到28V电源输入；
在网线出线孔222处设有带锁网口插座，用于防止设备在运动或运输过程中网线脱落。
作为可选择的实施方案之一，带锁网口插座优选为具备防水功能的带锁网口插座。
在上述技术方案的基础上，所述两套执行机构总成901的结构相同，执行机构总成901包括：
电机安装座2，固定在底板1上，
编码器安装支架3，固定在底板1上，位于电机安装座2和后壁板22之间，
力矩传感器安装架4，固定在底板1上，位于电机安装座2和前壁板21之间；
直流电机5，固定在电机安装座2上部，
直流电机5设有配套的电机驱动器51，如图2所示，
临近左壁板23的直流电机5，其对应的电机驱动器51固定在左壁板23上，
临近右壁板24的直流电机5，其对应的电机驱动器51固定在右壁板24上；
直流电机5的输出轴，与电机减速器7连接，
电机减速器7的输出轴穿过电机安装座2，与第一齿轮81连接；
力矩传感器6，一端固定在电机安装座2下部，另一端固定在力矩传感器安装架4，
力矩传感器6的传动杆61，一端与输出轴62连接，输出轴62穿出前壁板21，另一端与电磁离合器63的主动轮连接，电磁离合器63的被动轮与第一齿轮81啮合，
电磁离合器63吸合时，直流电机5依次经过电机减速器7、第一齿轮81、电磁离合器63的被动轮、电磁离合器63的主动轮，带动力矩传感器6的传动杆61，进而带动输出轴62转动；
所述力矩传感器6的传动杆61的另一端，穿出电磁离合器63后，与第二齿轮82连接，
绝对位置编码器9，固定在编码器安装支架3上部，用于指示当前输出轴的角度值，其传动轴上设有传动齿轮91，传动齿轮91与第二齿轮82啮合。
在上述技术方案的基础上，上位机通过网线与数据处理板224连接，
上位机向数据处理板224传输以下参数：
油门运行数度，方向，摩擦力系数；
数据处理板224向上位机传输以下参数：
油门位置，力矩值，电磁离合摩擦值。
其中：
通过解算绝对位置编码器数据，得到油门位置，解算工作可以由数据处理板上CPLD完成，
通过解算力矩传感器的脉冲频率数据，得到频率值，再由频率值推导出现时作用于输出轴的力矩值，
通过调节作用于电磁离合器上的驱动电压，控制并解算出电磁离合摩擦值。
使用在飞机模拟器中时，如图5所示，本发明所述的机载自动油门执行机构的仿真装置，可以实现以下功能：
1、实现对机载自动油门执行机构自动运行功能的仿真，包括速度控制，方向控制，加减速控制；
2、实现自动油门执行机构输出轴位置反馈功能，进而指示飞机模拟器油门推杆当前位置；
3、实现当飞机模拟器油门推杆运行到极限位置时，通过控制电磁离合器驱动电压实现模拟器油门推杆打滑或脱开功能；
4、实现在飞机模拟器运行于手动控制油门模式下时，为油门推杆提供附加摩擦力的功能；
5、实现油门操作过程中对施加于自动油门仿真机构输出轴力矩的反馈功能。
其中：
数据处理板在接收到数据后，将数据分析上位机发送来的当前油门运动速度，油门期望位置，油门推动时的摩擦力，自动手动模式选择等数据。将数据进行拆分处理，解算成电机转速数据发送给电机驱动器，电机驱动器同时采集电机的增量位置编码器数据，实现对控制电机变方向转换与加减速运动的精确控制。
数据处理板通过CPLD实时采集绝对位置编码器位置值，即作为当前机构内部位置控制需要，也实时反映油门运动位置，提供给上位机使用。使上位机根据油门位置实时调整模拟器其他相关系统参数。
数据处理板通过解析数据，根据实现摩擦力需求，向电源板输出0～3VDC的电压，通过电源板电压调整电路线性调整，输出0～24VDC的电压控制电磁离合器的吸合力。实现摩擦力可调。
数据处理板通过CPLD采集力矩传感器的方波脉冲信号，根据脉冲信号的频率不同解算成不同的输出轴力矩值，当达到打滑需求力矩时，控制电磁离合器驱动电压降低使输出轴在卡滞位置实现打滑功能，保护一体式自动油门执行装置与油门操作机构不会受力损坏。
使用时，电源处理板为力矩传感器提供±15伏电源；
电源处理板接收数据处理板提供的0～3VDC电压，转换为0～24V电压后，提供给电磁离合器；
电磁离合器通过电压变化控制吸合力，实现可变摩擦力输出；
电源处理板为电机驱动器提供工作电源。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机载自动油门执行机构的仿真装置，其特征在于，包括：
底板(1)，在其前侧面及后侧面分别设有前壁板(21)及后壁板(22)，在其左侧面及右侧面分别设有左壁板(23)及右壁板(24)，在其上方设有顶盖；
后壁板(22)上设有电源线出线孔(221)和网线出线孔(222)，
电源处理板(223)及数据处理板(224)均固定在后壁板(22)上，
电源线经过电源线出线孔(221)后与电源处理板(223)连接，
网线经过网线出线孔(222)后与数据处理板(224)连接；
在底板(1)上设有执行机构总成(901)，执行机构总成(901)的输出轴与油门连接，完成对油门的自动调节。
2.如权利要求1所述的机载自动油门执行机构的仿真装置，其特征在于，所述前壁板(21)、后壁板(22)、左壁板(23)、右壁板(24)及顶盖构成外壳，外壳的材质为铝板。
3.如权利要求1所述的机载自动油门执行机构的仿真装置，其特征在于，所述电源线出线孔(221)和网线出线孔(222)均设有护线套；
或者，在电源线出线孔(221)处设有航空插座，提供直流24V到28V电源输入；
在网线出线孔(222)处设有带锁网口插座，用于防止设备在运动或运输过程中网线脱落。
4.如权利要求1所述的机载自动油门执行机构的仿真装置，其特征在于，在底板(1)上左右并排的设有两套执行机构总成(901)，所述两套执行机构总成(901)的结构相同。
5.如权利要求1所述的机载自动油门执行机构的仿真装置，其特征在于，在底板(1)的上表面沿周向设有一圈安装条(11)，前壁板(21)、后壁板(22)、左壁板(23)、右壁板(24)通过螺钉与安装条(11)固定连接；
所述底板(1)，在其左侧面及右侧面分别设有两个向外延伸的凸块(12)，
凸块(12)上设有安装孔(13)；
所述安装孔(13)，分为：
作为定位孔的圆形孔，圆形孔至少有一个，
作为调节孔的长圆孔，长圆孔至少有一个。
6.如权利要求1所述的机载自动油门执行机构的仿真装置，其特征在于，在左壁板(23)上设有第一散热孔(231)，在右壁板(24)上设有第二散热孔(241)，
在第一散热孔(231)处设有防尘罩或散热风扇，
在第二散热孔(241)处设有散热风扇或防尘罩；
第一散热孔(231)和第二散热孔(241)对称设置，
或者，第一散热孔(231)和第二散热孔(241)交错一间距设置。
7.如权利要求1所述的机载自动油门执行机构的仿真装置，其特征在于，执行机构总成(901)包括：
电机安装座(2)，固定在底板(1)上，
编码器安装支架(3)，固定在底板(1)上，位于电机安装座(2)和后壁板(22)之间，
力矩传感器安装架(4)，固定在底板(1)上，位于电机安装座(2)和前壁板(21)之间；
直流电机(5)，固定在电机安装座(2)上部，
直流电机(5)设有配套的电机驱动器(51)，
直流电机(5)的输出轴，与电机减速器(7)连接，
电机减速器(7)的输出轴穿过电机安装座(2)，与第一齿轮(81)连接；
力矩传感器(6)，一端固定在电机安装座(2)下部，另一端固定在力矩传感器安装架(4)，
力矩传感器(6)的传动杆(61)，一端与输出轴(62)连接，输出轴(62)穿出前壁板(21)，另一端与电磁离合器(63)的主动轮连接，电磁离合器(63)的被动轮与第一齿轮(81)啮合，
电磁离合器(63)吸合时，直流电机(5)依次经过电机减速器(7)、第一齿轮(81)、电磁离合器(63)的被动轮、电磁离合器(63)的主动轮，带动力矩传感器(6)的传动杆(61)，进而带动输出轴(62)转动；
所述力矩传感器(6)的传动杆(61)的另一端，穿出电磁离合器(63)后，与第二齿轮(82)连接，
绝对位置编码器(9)，固定在编码器安装支架(3)上部，用于指示当前输出轴的角度值，其传动轴上设有传动齿轮(91)，传动齿轮(91)与第二齿轮(82)啮合。
8.如权利要求1所述的机载自动油门执行机构的仿真装置，其特征在于，上位机通过网线与数据处理板(224)连接，
上位机向数据处理板(224)传输以下参数：
油门运行数度，方向，摩擦力系数；
数据处理板(224)向上位机传输以下参数：
油门位置，力矩值，电磁离合摩擦值。
9.如权利要求8所述的机载自动油门执行机构的仿真装置，其特征在于，通过解算绝对位置编码器数据，得到油门位置，解算工作可以由数据处理板上CPLD完成，
通过解算力矩传感器的脉冲频率数据，得到频率值，再由频率值推导出现时作用于输出轴的力矩值，
通过调节作用于电磁离合器上的驱动电压，控制并解算出电磁离合摩擦值。
10.如权利要求1所述的机载自动油门执行机构的仿真装置，其特征在于，在顶盖上设有矩形的散热网孔区，由若干小孔等间隔排列构成散热网孔区。
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