CN113955085A - 一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，分别采用不同杆位移信号控制不同轴向的轨迹，在飞行器垂直悬停状态下，多功能操纵杆左右(横向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的左右(横向)地面速度轨迹速率指令，多功能操纵杆左右扭转角位移，提供飞行器的空间轨迹中的航向的速率指令，前后(纵向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的飞行器前进速度的速率指令。该多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，只用一个操纵杆操纵飞行器，降低飞行器机械结构的复杂程度，降低了布线与走线要求，降低研究开发与制造成本，节省飞行器重量，有利于驾驶舱的空间布置，降低了飞行员培训难度与工作强度。
Description
技术领域
本发明涉及控制飞行器轨迹控制技术领域，具体为一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法。
背景技术
现有固定翼飞行器使用操纵杆(中央杆盘、侧杆或中央杆)、油门推杆和方向舵脚蹬来用于飞行器的轨迹控制，现有旋翼(直升机)飞行器使用周期变距杆、总桨距杆和脚蹬用于飞行器的轨迹控制，以此来控制飞行器的轨迹；
现有固定翼与直升机飞行器使用的控制输入装置缺点有以下：
1)多个装置提高飞行器机械结构的复杂程度，布线与走线要求，提高了飞行器的研究开发与制造成本；
2)多个机械装置自身带来的多余重量；
3)脚蹬、油门推杆等装置占有驾驶舱空间，遮挡飞行员视觉，特别是下视，不利于驾驶舱的空间布置；
4)需要飞行员双手与双脚配合操纵，加大了飞行员培训难度与工作强度。
因此，我们提出一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，以便于解决上述中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，以解决上述背景技术中提出的现有固定翼与直升机飞行器使用的控制输入装置存在提高了飞行器的研究开发与制造成本，多个机械装置自身带来的多余重量，多个机械装置自身带来的多余重量，加大了飞行员培训难度与工作强度的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，所述多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法包括以下步骤；
步骤一：在悬停状态的4个轴控制对象为纵向轨迹速度、横向轨迹速度、垂直高度与机头航向角，在平飞状态下的4个轴控制对象为飞行速度，轨迹角、航向角和侧滑；
步骤二：在悬停状态下有两种控制方法，分别采用不同杆位移信号控制不同轴向的轨迹，在飞行器垂直悬停状态下，在第一种控制方法下的多功能操纵杆前后(纵向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的垂直轴向高度速率指令，控制速率指令与操纵杆前后(纵向)位移信号成比例，该指令由飞行器飞控系统完成控制，从而达到控制垂直高度的轨迹；
步骤三：在飞行器垂直悬停状态下，在第一种控制方法下的多功能操纵杆左右(横向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的左右(横向)地面速度轨迹速率指令，控制速率指令与操纵杆左右(横向)位移信号成比例，该指令由飞行器飞控系统完成控制，从而达到控制飞行器左右(横向)的轨迹；
步骤四：在飞行器垂直悬停状态下，在第一种控制方法下的多功能操纵杆左右扭转角位移，提供飞行器的空间轨迹中的航向的速率指令，控制速率指令与操纵杆角位移信号成比例，该指令由飞行器飞控系统完成控制，从而达到控制飞行器体轴的航向；
步骤五：在飞行器垂直悬停状态下，在第一种控制方法下的多功能操纵杆顶部的拇指开关产生正负零的开关信号，提供飞行器的空间轨迹中的垂直轴向高度速率的加减速指令；
步骤六：在飞行器垂直悬停状态下，在第二种控制方法的多功能操纵杆前后(纵向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的飞行器前进速度的速率指令，多功能操纵杆顶部的拇指开关产生正负零的开关信号，提供飞行器的空间轨迹中的垂直轴向高度速率的加减速指令；
步骤七：在飞行器平飞状态下，多功能操纵杆前后(纵向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的飞行器飞行轨迹角指令的更改速率，多功能操纵杆左右(横向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的左右(横向)速度轨迹速率指令，多功能操纵杆左右扭转角位移，提供飞行器的空间轨迹中的侧滑角指令，多功能操纵杆顶部的拇指开关产生正负零的开关信号，提供飞行器的空间轨迹中的飞行速度指令的加减。
优选的，所述操纵杆通常但是不限于在飞行器驾驶舱内，即可视侧杆(位于飞行器操纵者座椅一侧)或中央杆(位于飞行器操纵者座椅正前方)，侧杆也可以是用于地面站；
其中，所述飞行器操纵者是指在飞行器或地面操纵站，直接操纵飞行器轨迹的人员。
优选的，所述纵向轨迹是指飞行器在地面坐标体系下的X轴向的速度，横向轨迹速度为坐标体系下的Y轴向的速度，垂直高度为飞行器离地高度，航向角为飞行器机头轴向与地面坐标体系X轴的夹角，飞行速度是指飞行器相对于坐标体系的绝对速度，轨迹角为飞行器飞行轴向与坐标体系产生的垂直方向的夹角，侧滑角为速度轴与飞行器机头轴向的夹角；
其中，所述悬停状态是指飞行器运动速度大于某速度，平飞状态是指飞行器运动速度大于某速度，该速度值由不同飞行器的特性决定。
优选的，所述操纵方法使用的操纵杆主要拥有但不仅限于以下机械功能：操纵杆前后(纵向)位移产生信号，操纵杆横向(左右)位移产生信号，操纵杆左右扭转产生角位移信号，操纵杆顶部的拇指开关产生正位、负位和零位的开关信号。
优选的，所述拇指开关由飞行员拨动产生正信号，表示飞行员指令飞行器飞行速度增加，拇指开关由飞行员拨动产生负信号，表示飞行员指令飞行器飞行速度减少，拇指开关松开归零，表示飞行员指令飞行器飞行速度保持不变，以上飞行器速度变化的指令信号，由飞行器飞控系统完成对速度指令信号的更改，并完成控制，从而达到控制飞行器机体速度的控制。
优选的，所述垂直与平飞状态过渡过程中，操纵杆发生的4个轴向的控制信号可以互相线性平滑过渡。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，只用一个操纵杆操纵飞行器，降低飞行器机械结构的复杂程度，降低了布线与走线要求，降低研究开发与制造成本，节省飞行器重量，有利于驾驶舱的空间布置，降低了飞行员培训难度与工作强度；
1.只用一个操纵杆操纵飞行器，而无需额外方向舵脚蹬与油门推杆，降低飞行器机械结构的复杂程度，降低了布线与走线要求，降低飞行器的研究开发与制造成本；
2.单一机械装置，节省飞行器重量；
3.省略脚蹬、油门推杆、周期变距杆、总桨距杆等装置，释放驾驶舱空间，避免遮挡飞行员下视视觉，有利于驾驶舱的空间布置；
4.无需要飞行员双手与双脚配合操纵，降低了飞行员培训难度与工作强度。
附图说明
图1为本发明操纵杆示意图；
图2为本发明操纵杆前后(纵向)位移产生信号示意图；
图3为本发明操纵杆横向(左右)位移产生信号示意图；
图4为本发明操纵杆左右扭转产生角位移信号示意图；
图5为本发明操纵杆顶部拇指开关，产生开关信号示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，技术方案：
1.如图1所示的操纵杆通常但是不限于在飞行器驾驶舱内，即可视侧杆(位于飞行器操纵者座椅一侧)或中央杆(位于飞行器操纵者座椅正前方)。该侧杆也可以是用于地面站。飞行器操纵者是指在飞行器或地面操纵站，直接操纵飞行器轨迹的人员。
2.该操纵方法使用的操纵杆主要拥有但不仅限于以下机械功能：如图2所示，操纵杆前后(纵向)位移产生信号，如图3所示，操纵杆横向(左右)位移产生信号，如图4所示，操纵杆左右扭转产生角位移信号，如图5所示，操纵杆顶部的拇指开关，产生正位、负位和零位的开关信号。本发明所指的操纵杆机械装置不限于以上四个装置以及功能。
3.本发明中，该操纵杆是飞行器操纵者对飞行轨迹控制的主要输入机构。其他常规飞行器上的主要操纵输入机构，如方向舵脚蹬、油门推杆和总桨距操纵杆等，均不参与对飞行器的主要控制输入。
4.本发明中，在所控制的飞行器的悬停，以及平飞状态下，该操纵方法使用同一个控制操纵杆，结合飞行器的控制系统，完成飞行器在悬停与倾转平飞模式下的4个轴的控制。
5.在本发明中，在悬停状态的4个轴控制对象为纵向轨迹速度，横向轨迹速度、垂直高度和与机头航向角，在平飞状态下的4个轴控制对象为飞行速度、轨迹角、航向角和侧滑。
纵向轨迹是指飞行器在地面坐标体系下的X轴向的速度，横向轨迹速度为坐标体系下的Y轴向的速度。垂直高度为飞行器离地高度，航向角为飞行器机头轴向与地面坐标体系X轴的夹角。飞行速度是指飞行器相对于坐标体系的绝对速度。轨迹角为飞行器飞行轴向与坐标体系产生的垂直方向的夹角。侧滑角为速度轴与飞行器机头轴向的夹角。
悬停状态是指飞行器运动速度大于某速度。平飞状态是指飞行器运动速度大于某速度。该速度值由不同飞行器的特性决定。
6.本发明中，在悬停状态下有两种控制方法，分别采用不同杆位移信号控制不同轴向的轨迹。
7.本发明中，在飞行器垂直悬停状态下，在第一种控制方法下的多功能操纵杆前后(纵向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的垂直轴向高度速率指令，控制速率指令与操纵杆前后(纵向)位移信号成比例。该指令由飞行器飞控系统完成控制，从而达到控制垂直高度的轨迹。
8.本发明中，在飞行器垂直悬停状态下，在第一种控制方法下的多功能操纵杆左右(横向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的左右(横向)地面速度轨迹速率指令，控制速率指令与操纵杆左右(横向)位移信号成比例。该指令由飞行器飞控系统完成控制，从而达到控制飞行器左右(横向)的轨迹。
9.本发明中，在飞行器垂直悬停状态下，在第一种控制方法下的多功能操纵杆左右扭转角位移，提供飞行器的空间轨迹中的航向的速率指令。控制速率指令与操纵杆角位移信号成比例。该指令由飞行器飞控系统完成控制，从而达到控制飞行器体轴的航向。
10.本发明中，在飞行器垂直悬停状态下，在第一种控制方法下的多功能操纵杆顶部的拇指开关产生正负零的开关信号，提供飞行器的空间轨迹中的垂直轴向高度速率的加减速指令。拇指开关由飞行员拨动产生正信号，表示飞行员指令飞行器飞行速度增加。拇指开关由飞行员拨动产生负信号，表示飞行员指令飞行器飞行速度减少。拇指开关松开归零，表示飞行员指令飞行器飞行速度保持不变。以上飞行器速度变化的指令信号，由飞行器飞控系统完成对速度指令信号的更改，并完成控制，从而达到控制飞行器机体速度的控制。
11.本发明中，在飞行器垂直悬停状态下，在第二种控制方法下的多功能操纵杆前后(纵向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的飞行器前进速度的速率指令，前推杆为加速信号，后拉杆为减速信号。控制速率指令与操纵杆前后(纵向)位移信号成比例。该指令信号由飞行器飞控系统完成控制，从而达到飞行器机体飞行速度的控制。
12.本发明中，在飞行器垂直悬停状态下，在第二种控制方法下的多功能操纵杆顶部的拇指开关产生正负零的开关信号，提供飞行器的空间轨迹中的垂直轴向高度速率的加减速指令。拇指开关由飞行员拨动产生正信号，表示飞行员指令飞行器高度速率增加。拇指开关由飞行员拨动产生负信号，表示飞行员指令飞行器高度速率减少。拇指开关松开归零，表示飞行员指令飞行器速度保持不变。控制速率指令与拇指开关信号成比例。该指令以上飞行器速度变化的指令信号，由飞行器飞控系统完成对速度指令信号的更改，并完成控制，从而达到控制飞行器机体速度的控制。
13.除第10和11项之外，第一与第二种方法均一样。
14.本发明中，在飞行器平飞状态下，多功能操纵杆前后(纵向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的飞行器飞行轨迹角指令的更改速率，轨迹角为飞行器飞行轴向与地面产生的夹角。前推杆为降低(或低头)轨迹角信号，后拉杆为提高(或低头)轨迹角信号。轨迹角信号指令改变速率与操纵杆前后(纵向)位移信号成比例。该指令信号由飞行器飞控系统完成控制，从而达到飞行器机体飞行轨迹角的控制。
15.在第(14)中，轨迹角指令可同等更改为垂直加速度指令。
16.本发明中，在飞行器平飞状态下，多功能操纵杆左右(横向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的左右(横向)速度轨迹速率指令，控制速率指令与操纵杆左右(横向)位移信号成比例。该指令由飞行器飞控系统完成控制，从而达到控制飞行器左右(横向)的轨迹。
17.在第(16)中，横向速度指令可同等更改为航向角速率指令。
18.本发明中，在飞行器平飞状态下，多功能操纵杆左右扭转角位移，提供飞行器的空间轨迹中的侧滑角指令。侧滑角指令与操纵杆角位移信号成比例。该指令由飞行器飞控系统完成控制，从而达到对飞行器侧滑角的控制。
19.本发明中，在飞行器平飞状态下，多功能操纵杆顶部的拇指开关产生正负零的开关信号，提供飞行器的空间轨迹中的飞行速度指令的加减。拇指开关由飞行员拨动产生正信号，表示飞行员指令飞行器飞行速度增加。拇指开关由飞行员拨动产生负信号，表示飞行员指令飞行器飞行速度减少。拇指开关松开归零，表示飞行员指令飞行器飞行速度保持不变。以上飞行器速度变化的指令信号，由飞行器飞控系统完成对速度指令信号的更改，并完成控制，从而达到控制飞行器机体速度的控制。
20.在本发明中，在以上垂直与平飞状态过渡过程中，操纵杆发生的4个轴向的控制信号可以互相线性平滑过渡。从而达到整个飞行包线内，由(1)的操纵杆操纵飞行器。而无需额外方向舵脚蹬与油门推杆。
以上1-20，适用于，常规构型固定翼飞机，常规构型直升机，配备开放螺旋桨或涵道风扇的复合型(升力+推进)的垂直起降飞行器，或倾转机身，倾转旋翼或者倾转涵道风扇的垂直起降飞行器的控制。
以上便完成该多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法的一系列操作，本说明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。
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，其特征在于：所述多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法包括以下步骤；
步骤一：在悬停状态的4个轴控制对象为纵向轨迹速度、横向轨迹速度、垂直高度与机头航向角，在平飞状态下的4个轴控制对象为飞行速度，轨迹角、航向角和侧滑；
步骤二：在悬停状态下有两种控制方法，分别采用不同杆位移信号控制不同轴向的轨迹，在飞行器垂直悬停状态下，在第一种控制方法下的多功能操纵杆前后(纵向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的垂直轴向高度速率指令，控制速率指令与操纵杆前后(纵向)位移信号成比例，该指令由飞行器飞控系统完成控制，从而达到控制垂直高度的轨迹；
步骤三：在飞行器垂直悬停状态下，在第一种控制方法下的多功能操纵杆左右(横向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的左右(横向)地面速度轨迹速率指令，控制速率指令与操纵杆左右(横向)位移信号成比例，该指令由飞行器飞控系统完成控制，从而达到控制飞行器左右(横向)的轨迹；
步骤四：在飞行器垂直悬停状态下，在第一种控制方法下的多功能操纵杆左右扭转角位移，提供飞行器的空间轨迹中的航向的速率指令，控制速率指令与操纵杆角位移信号成比例，该指令由飞行器飞控系统完成控制，从而达到控制飞行器体轴的航向；
步骤五：在飞行器垂直悬停状态下，在第一种控制方法下的多功能操纵杆顶部的拇指开关产生正负零的开关信号，提供飞行器的空间轨迹中的垂直轴向高度速率的加减速指令；
步骤六：在飞行器垂直悬停状态下，在第二种控制方法的多功能操纵杆前后(纵向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的飞行器前进速度的速率指令，多功能操纵杆顶部的拇指开关产生正负零的开关信号，提供飞行器的空间轨迹中的垂直轴向高度速率的加减速指令；
步骤七：在飞行器平飞状态下，多功能操纵杆前后(纵向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的飞行器飞行轨迹角指令的更改速率，多功能操纵杆左右(横向)位移，提供飞行器的空间轨迹中的左右(横向)速度轨迹速率指令，多功能操纵杆左右扭转角位移，提供飞行器的空间轨迹中的侧滑角指令，多功能操纵杆顶部的拇指开关产生正负零的开关信号，提供飞行器的空间轨迹中的飞行速度指令的加减。
2.根据权利要求1所述的一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，其特征在于：所述操纵杆通常但是不限于在飞行器驾驶舱内，即可视侧杆(位于飞行器操纵者座椅一侧)或中央杆(位于飞行器操纵者座椅正前方)，侧杆也可以是用于地面站；
其中，所述飞行器操纵者是指在飞行器或地面操纵站，直接操纵飞行器轨迹的人员。
3.根据权利要求1所述的一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，其特征在于：所述纵向轨迹是指飞行器在地面坐标体系下的X轴向的速度，横向轨迹速度为坐标体系下的Y轴向的速度，垂直高度为飞行器离地高度，航向角为飞行器机头轴向与地面坐标体系X轴的夹角，飞行速度是指飞行器相对于坐标体系的绝对速度，轨迹角为飞行器飞行轴向与坐标体系产生的垂直方向的夹角，侧滑角为速度轴与飞行器机头轴向的夹角；
其中，所述悬停状态是指飞行器运动速度大于某速度，平飞状态是指飞行器运动速度大于某速度，该速度值由不同飞行器的特性决定。
4.根据权利要求1所述的一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，其特征在于：所述操纵方法使用的操纵杆主要拥有但不仅限于以下机械功能：操纵杆前后(纵向)位移产生信号，操纵杆横向(左右)位移产生信号，操纵杆左右扭转产生角位移信号，操纵杆顶部的拇指开关产生正位、负位和零位的开关信号。
5.根据权利要求1所述的一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，其特征在于：所述拇指开关由飞行员拨动产生正信号，表示飞行员指令飞行器飞行速度增加，拇指开关由飞行员拨动产生负信号，表示飞行员指令飞行器飞行速度减少，拇指开关松开归零，表示飞行员指令飞行器飞行速度保持不变，以上飞行器速度变化的指令信号，由飞行器飞控系统完成对速度指令信号的更改，并完成控制，从而达到控制飞行器机体速度的控制。
6.根据权利要求1所述的一种多功能操纵杆控制飞行器轨迹的方法，其特征在于：所述垂直与平飞状态过渡过程中，操纵杆发生的4个轴向的控制信号可以互相线性平滑过渡。
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