CN112583208A - 一种具有速度限制功能的无源脚蹬操纵阻尼机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空技术领域。涉及一种带有速度限制功能的无源脚蹬操纵阻尼机构。在以往的飞机操纵系统中广泛使用摩擦阻尼器或液压阻尼器来改善飞机的飞行品质，阻尼系数无法调整，增加了其研制和生产成本。本发明的无源脚蹬操纵阻尼机构，加速齿轮组的输入轴通过摇臂与脚蹬操纵机构的杆系连接，加速齿轮组的末级齿轮与电机的转轴啮合，该电机内的三相绕组与线路板上整流器Z1的三个输入端连接，整流器Z1的三个输出端连接相同结构的下级电路。使用寿命长，结构简单、紧凑，便于空间布置，阻尼系数可调等一系列优点。此阻尼机构采用了无源设计，无需考虑接口等因素，机上所占空间较小；阻尼系数调整更加方便，并且可以限制飞行员的操纵速度。
Description
技术领域
本发明属于航空技术领域。涉及一种带有速度限制功能的无源脚蹬操纵阻尼机构。
背景技术
使自由振动衰减的各种摩擦和其它阻碍作用，称之为阻尼。阻尼机构，是用以提供运动阻尼，耗减运动能量，是一种对速度反应灵敏的控制装置。
阻尼机构的分类主要有机械阻尼机构、液压阻尼机构和电磁阻尼机构三类。
利用阻尼来吸能减振在航空、航天、汽车等行业中已被广泛应用，在以往的飞机操纵系统中广泛使用摩擦阻尼器或液压阻尼器来改善飞机的飞行品质。
摩擦阻尼，在运动中因摩擦生热而耗散能量。是最原始和最简单的一种机械阻尼方式。但摩擦盘在恒定压力作用下会产生冷粘接或冷凝固的现象，导致摩擦系数改变，从而影响阻尼效果。
液压阻尼，借助特殊阀门控制液压缸活塞移动，以抑制载荷的冲击。具有阻尼力大，动态响应时间短、摩擦阻力小等优点。同时其缺点也显而易见：首先，其采用液压油作为其介质，故在高低温下会导致操纵系统非指令性位移，导致飞控计算机错误信号输出，影响飞机安全。其次，液压阻尼器包含密封圈等结构，密封圈存在老化等问题，密封寿命相比较电磁阻尼器比较短。然后，液压阻尼器在应用过程中经常出现漏油等故障，对飞机驾驶舱操纵环境产生较大影响。最后，其阻尼系数在设计之初就已固定，无法在后续使用过程中进行调整，缺乏灵活性。上述问题造成对产品密封性能有极高要求，密封圈的老化及漏油缩短了产品的使用寿命，高低温下的非指令性位移对飞机的安全飞行造成隐患，阻尼系数的无法调整，增加了其研制、生产成本。
发明内容
本发明的目的是：提出一种新型的带有速度限制功能的无源脚蹬操纵阻尼机构，解决以往采用摩擦阻尼器或液压阻尼器时所带来的弊端。在直升机驾驶员在利用脚蹬操纵系统操纵直升机时，为飞行员提供一定的阻尼力反馈，并且可以通过切换电路切换阻尼系数，达到限制操纵脚蹬速度的目的。
本发明的技术方案是：一种具有速度限制功能的无源脚蹬操纵阻尼机构，该阻尼机构包括固定在壳体内的电机、加速齿轮组和线路板，所述加速齿轮组的输入轴通过摇臂与脚蹬操纵机构的杆系连接，所述加速齿轮组的末级齿轮与所述电机的转轴啮合，该电机内的三相绕组与所述线路板上整流器Z1的三个输入端连接，整流器Z1的三个输出端连接相同结构的下级电路，该下级电路的输入端分为三路，第一路与PNP三极管N1的集电极连接，第二路经过电阻R1和电阻R2后与PNP三极管N1的发射极连接，第三路经过电阻R3后与PNP三极管N1的基级连接，三个下级电路中的电阻R1与所述整流器Z1的三个输出端并联连接。
有利地，所述加速齿轮组包括若干不同齿数的齿轮，齿轮通过轴承固定在壳体上。
有利地，在所述输入轴与轴承之间通过剪切销连接。
有利地，所述电机内的三相绕组通过三根导线与电路板连接。
有利地，所述电阻R2的阻值远小于电阻R1的阻值。
有利地，在阻尼模式下，电机转动产生感应电动势，此时PNP三极管N1未导通，感应电流会使绕子受到安培力，安培力的方向会阻碍绕子的转动，从而达到阻尼作用。感应电流的大小取决于电阻R1。
有利地，在速度限制模式下，电机转动产生感应电动势，此时电阻R3两端的电压达到PNP三级管的导通门限，电阻R1和电阻R2并联，总阻值减小，感应电流激增，使电机绕子受到安培力变大，从而达到速度限制的作用。感应电流的大小取决于电阻R1和电阻R2并联后的总阻值。
阻尼力产生的阻尼功率来自于飞行员的操纵，阻尼机构通过摇臂与脚蹬的操纵杆系连接，当飞行员蹬脚蹬时，摇臂带动阻尼机构输入轴转动，经过齿轮升速后带动电机转动。电机将动能转化转换为电能，产生出的感应电流最终通过功率电阻以热能的形式耗散。
同时，为了保证飞行安全阻尼机构还设计了剪切销功能，剪切销的作用是在阻尼器齿轮或电机出现卡滞的情况下，飞行员施加的操纵力超过一定范围时，剪断剪切销，阻尼器输出轴与操纵杆系脱开，使飞行员可以进行强力操纵，从而保证飞行安全。
本发明的优点是：电磁阻尼机构噪声小，方便维护，系统寿命长，控制方便。相比较液压阻尼器，使用寿命长，不会出现漏油情况，在高低温环境中不会产生非指令性位移；结构简单、紧凑，便于空间布置，阻尼系数可调等一系列优点。相比于传统电磁阻尼器，此阻尼机构采用了无源设计，无需考虑接口等因素，机上所占空间较小；电路板设计了切换电路，阻尼系数调整更加方便，并且可以限制飞行员的操纵速度；采用功率电阻避免了阻尼机构核心部件无刷电机的局部过热，提高了产品寿命；采用剪切销设计，消除了阻尼机构卡滞带来的安全隐患。
附图说明
图1为本发明无源脚蹬操纵阻尼机构的结构示意图；
图2为本发明无源脚蹬操纵阻尼机构的控制电路示意图。
具体实施方式
阻尼机构的组成如图1所示，一种具有速度限制功能的无源脚蹬操纵阻尼机构，该阻尼机构包括一个电机1、剪切销2、若干个齿轮3、轴承4、一个线路板5、导线6、摇臂7和输入轴8。摇臂7与机上操纵杆系连接，摇臂7转动带动输入轴8转动，输入轴8与剪切销2连接，剪切销2后级为传动机构，传动机构主要为加速齿轮组，其由若干齿轮3及轴承4组成，轴承4固定在产品壳体上，齿轮3套在轴承4上，由加速齿轮组将输入轴8的转速升速后带动电机1转动，产生的感应电动势通过导线6接到线路板5上。
输入轴与直升机航向操纵系统连接，剪切销的作用是在阻尼机构卡滞的情况下，飞行员施加的操纵力超过一定范围时，提供剪切功能，位置处于输入轴和电磁离合器之间。
齿轮采用渐开线直齿轮传动，用于提高输入转速、减小力矩，并连接电机转子和输入轴。
切换电路设计如图2所示，该线路板5的电路组成为：电机绕组L1、整流器Z1、固定电阻R1、切换电阻R2、负载电阻R3及三极管N1.电机转动产生的感应电动势经绕组L1输出，经过整流器Z1整流。在阻尼模式三极管N1未达到导通门限，此时电机产生的感应电流由固定电阻R1的并联阻值决定；在速度限制模式下负载电阻R3两端的电压达到三极管N1的导通门限，三极管导通后切换电阻R2与固定电阻R1并联，此时电机产生的感应电流由固定电阻R1和切换电阻R2的并联阻值决定。
电磁阻尼机构不需要外接稳压源，电机是产生电磁阻尼的来源，其工作原理为：当电子绕子转动时，绕子与定子之间会产生电磁感应，电机的三根绕组6与电路板5相连接，感应电流的大小取决于固定电阻R1，感应电流会使绕子受到安培力，安培力的方向会阻碍绕子的转动，从而达到阻尼作用。当线圈转速过快时，切换电阻R2与固定电阻R1并联，切换电阻阻值远小于固定电阻阻值，通过减小绕组的短接电阻大大增加感应电流，从而增大阻尼力，最终达到限制速度的目的。在电磁阻尼机构中，电机是提供阻尼力的主要来源。电机转子随输入轴转动，切割定子磁场，绕组产生出感应电流，并且由感应电流激发感应磁场，此磁场阻碍绕组与定子磁场间的相对运动，产生出阻尼力，电机处于发电机的工作状态。另外，可以通过绕组相间的切换电阻调节感应电流的大小，暨调节了阻尼力的大小。调节电阻大小的功能来自于控制电路，控制电路通过齿轮传动后的转速信号判断速度限制的时机，并通过切换电路设计大大增加感应电流，最终达到增大阻尼力的目的。
正常阻尼模式，由三个固定电阻R1匹配经整流器Z1整流过电机绕组L1电流。速度限制模式下，负责切换的三极管N1开始工作，经过负载电阻R3稳压后，三极管N1导通，将三个切换电阻R2并联在三个固定电阻R1上，此时的电流由并联后的等效电阻决定。
Claims (9)
1.一种具有速度限制功能的无源脚蹬操纵阻尼机构，其特征在于：该阻尼机构包括固定在壳体内的电机(1)、加速齿轮组和线路板(5)，所述加速齿轮组的输入轴(8)通过摇臂(7)与脚蹬操纵机构的杆系连接，所述加速齿轮组的末级齿轮与所述电机(1)的转轴啮合，该电机(1)内的三相绕组与所述线路板(5)上整流器Z1的三个输入端连接，整流器Z1的三个输出端连接相同结构的下级电路，该下级电路的输入端分为三路，第一路与PNP三极管N1的集电极连接，第二路经过电阻R1和电阻R2后与PNP三极管N1的发射极连接，第三路经过电阻R3后与PNP三极管N1的基级连接，三个下级电路中的电阻R1与所述整流器Z1的三个输出端并联连接。
2.根据权利要求1所述的无源脚蹬操纵阻尼机构，其特征在于：所述加速齿轮组包括若干不同齿数的齿轮(3)，齿轮(3)通过轴承(4)固定在壳体上。
3.根据权利要求2所述的无源脚蹬操纵阻尼机构，其特征在于：在所述输入轴(8)与轴承(4)之间通过剪切销(2)连接。
4.根据权利要求1所述的无源脚蹬操纵阻尼机构，其特征在于：所述电机(1)内的三相绕组通过三根导线(6)与电路板(5)连接。
5.根据权利要求1所述的无源脚蹬操纵阻尼机构，其特征在于：所述电阻R2的阻值远小于电阻R1的阻值。
6.根据权利要求1所述的无源脚蹬操纵阻尼机构，其特征在于：在阻尼模式下，电机(1)转动产生感应电动势，此时PNP三极管N1未导通，感应电流会使绕子受到安培力，安培力的方向会阻碍绕子的转动，从而达到阻尼作用。
7.根据权利要求6所述的无源脚蹬操纵阻尼机构，其特征在于：感应电流的大小取决于电阻R1。
8.根据权利要求1所述的无源脚蹬操纵阻尼机构，其特征在于：在速度限制模式下，电机(1)转动产生感应电动势，此时电阻R3两端的电压达到PNP三级管的导通门限，电阻R1和电阻R2并联，总阻值减小，感应电流激增，使电机(1)绕子受到安培力变大，从而达到速度限制的作用。
9.根据权利要求8所述的无源脚蹬操纵阻尼机构，其特征在于：感应电流的大小取决于电阻R1和电阻R2并联后的总阻值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210330 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |