CN117799822A - 飞行操纵装置、操纵控制系统及飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空飞行控制技术领域,提供一种飞行操纵装置、操纵控制系统及飞行器,包括操纵器和反馈机构,反馈机构与操纵器连接,反馈机构根据受力载荷信号产生相应的动作阻尼输出至操纵器,通过在操纵器上设置反馈机构,反馈机构能够接收飞行器舵面的实时受力载荷信号,并根据受力载荷信号产生相应的动作阻尼输出至操纵器,使驾驶员通过操纵器受到的来自反馈机构产生的动作阻尼的操纵力感实时感知飞行器舵面的受载状态,从而保证驾驶员的操纵器与飞行器舵面的受力保持同步,提高驾驶员对飞行器飞行姿态的控制,能够更加精准、安全地控制飞行器飞行。
Description
技术领域
本发明涉及航空飞行控制技术领域,具体涉及一种飞行操纵装置、操纵控制系统及飞行器。
背景技术
驾驶员操纵飞行器飞行过程中需要根据操纵器的操纵力感来调整飞行器的飞行状态。
目前,飞行器的操纵系统有机械传动和电传动两种方式。采用机械传动方式时,操纵器的操纵力感是通过连杆组件等比例传递舵面的实际受力,驾驶员根据传递反馈的舵面实际受力来感受操纵力感,从而调整飞机的飞行状态;采用电传动时,操纵器的操纵力感是通过在操纵器处设置弹簧、扭簧等形式对操纵器提供定阻尼的反馈力。
然而,机械传动的操纵系统虽然能等比例传递舵面实际受力,但机械传动系统需要由一整套连接传动机构从驾驶舱位连接至舵面,对于越大的飞行器,其复杂程度与空间占用程度越为不利,而电传动采用定阻尼力反馈结构只能使驾驶员感受到与操纵器操纵行程成比例的反馈力,不能感受到此时舵面上实际的力大小,从而无法完成更符合实际的操纵动作。
发明内容
本发明提供一种飞行操纵装置、操纵控制系统及飞行器,以解决或至少部分解决现有技术中存在的问题。
本发明的第一方面提供一种飞行操纵装置,包括:
操纵器;
反馈机构,与所述操纵器连接,用于接收飞行器舵面的实时受力载荷信号,并根据所述受力载荷信号产生相应的动作阻尼输出至所述操纵器。
根据本发明提供的飞行操纵装置,所述反馈机构包括变阻尼器,所述变阻尼器的输出端与所述操纵器连接。
根据本发明提供的飞行操纵装置,所述变阻尼器包括磁流变式变阻尼器、液压式变阻尼器或摩擦式变阻尼器的一种。
根据本发明提供的飞行操纵装置,所述反馈机构包括直线反馈机构或角度反馈机构。
根据本发明提供的飞行操纵装置,所述操纵器包括操纵杆、操纵手柄或驾驶盘的一种。
本发明第二方面提供一种飞行操纵控制系统,包括:
操纵装置,用于发出操纵信号,所述操纵装置为上述任一项所述的飞行操纵装置;
控制舵机,与所述操纵装置电连接,并根据所述操纵装置的所述操纵信号控制飞行器舵面动作;
舵面载荷监测装置,设于所述飞行器舵面上,用于监测所述飞行器舵面的实时受力载荷,所述舵面载荷监测装置与所述操纵装置的反馈机构电连接。
根据本发明提供的飞行操纵控制系统,所述操纵装置还包括位移传感器;
所述操纵器的动作机构能够产生操纵动作,所述位移传感器设于所述操纵器的动作机构上,并与所述控制舵机电连接,所述位移传感器根据所述操纵器动作机构的操纵动作产生相应的所述操纵信号并输出至所述控制舵机。
根据本发明提供的飞行操纵控制系统,所述控制舵机包括电动舵机,所述电动舵机包括电机和控制电路,所述控制电路与所述位移传感器电连接,所述控制电路根据所述位移传感器输出的所述操纵信号控制所述电机转动。
根据本发明提供的飞行操纵控制系统,所述控制舵机包括液压舵机。
本发明第三方面提供一种飞行器,包括如上所述的飞行操纵装置或如上所述的飞行操纵控制系统。
有益效果:本发明提供的飞行操纵装置,包括操纵器和反馈机构,反馈机构与操纵器连接,反馈机构用于接收飞行器舵面的实时受力载荷信号,并根据受力载荷信号产生相应的动作阻尼输出至操纵器,通过在操纵器上设置反馈机构,反馈机构能够接收飞行器舵面的实时受力载荷信号,并根据受力载荷信号产生相应的动作阻尼输出至操纵器,使驾驶员通过操纵器受到的来自反馈机构产生的动作阻尼的操纵力感实时感知飞行器舵面的受载状态,从而保证驾驶员的操纵器与飞行器舵面的受力保持同步、真实,提高驾驶员对飞行器飞行姿态的控制,驾驶员在能感受到与机械传动方式等同的操纵力感时,也能简化机械传动方式结构的复杂性,能够更加精准、安全地控制飞行器飞行。
进一步,在本发明提供的飞行操纵控制系统中,由于具备如上所述的飞行操纵装置,因此同样具备如上所述的各种优势。
更进一步的,在本发明提供的飞行器中,由于具备如上所述的飞行操纵装置或如上所述的飞行操纵控制系统,因此同样具备如上所述的各种优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的飞行操纵控制系统示意图;
图2是本发明提供的飞行操纵控制系统的另一示意图。
附图标记:
1、操纵装置;11、操纵器;12、反馈机构;121、变阻尼器;13、位移传感器;
2、控制舵机;21、电动舵机;
3、舵面载荷监测装置;31、力传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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作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。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。
驾驶员操纵飞行器飞行过程中需要根据操纵器的操纵力感来调整飞行器的飞行状态,具体来说就是驾驶员对操纵器操纵过程中,需要感受到操纵器的力反馈,根据操纵器的反馈感受与飞行经验对飞行器飞行进行准确的控制调整。
目前,飞行器的操纵系统有机械传动和电传动两种方式。采用机械传动方式时,操纵器的操纵力感是通过连杆组件等比例传递舵面的实际受力,驾驶员根据传递反馈的舵面实际受力来感受操纵力感,从而调整飞机的飞行状态;采用电传动时,操纵器的操纵力感是通过在操纵器处设置弹簧、扭簧等形式对操纵器提供定阻尼的反馈力。
然而,机械传动的操纵系统虽然能等比例传递舵面实际受力,但机械传动系统需要由一整套连接传动机构从驾驶舱位连接至舵面,对于越大的飞行器,其复杂程度与空间占用程度越为不利,而电传动采用定阻尼力反馈结构只能使驾驶员感受到与操纵器操纵行程成比例的反馈力,不能感受到此时舵面上实际的力大小,从而无法完成更符合实际的操纵动作。
本发明实施例中,通过在操纵器上设置反馈机构,反馈机构能够接收飞行器舵面的实时受力载荷信号,并根据受力载荷信号产生相应的动作阻尼输出至操纵器,使驾驶员通过操纵器受到的来自反馈机构产生的动作阻尼的操纵力感实时感知飞行器舵面的受载状态,从而保证驾驶员的操纵器与飞行器舵面的受力保持同步、真实,提高驾驶员对飞行器飞行姿态的控制,驾驶员在能感受到与机械传动方式等同的操纵力感时,也能简化机械传动方式结构的复杂性,能够更加精准、安全地控制飞行器飞行。
下面结合图1至图2描述本发明的飞行操纵装置、飞行操纵控制系统及飞行器。
如图1所示,第一方面,本发明实施例提供一种飞行操纵装置,包括操纵器11和反馈机构12,反馈机构12与操纵器11连接,反馈机构12用于接收飞行器舵面的实时受力载荷信号,并根据受力载荷信号产生相应的动作阻尼输出至操纵器11。
具体的,操纵器11设在飞行器的驾驶舱内,驾驶员操控操纵器11调整飞行器的飞行状态,操纵器11可以设置为档杆。反馈机构12可以具体设置为实时变阻力器,例如电液压刹车盘或实时变阻尼器,本实施例中具体不作限制,反馈机构12能够接收飞行器舵面的实时受力载荷信号,并根据受力载荷信号产生相应的动作阻尼输出至操纵器11,使驾驶员对操纵器11继续动作时会感受到阻尼力,也就是操纵力感,飞行器舵面的状态通过反馈机构12的动作阻尼力大小实时反馈至操纵器11,驾驶员对操纵器11继续动作时,根据感受到的操纵力感来调整飞行器的飞行状态,从而保证驾驶员感受到的操纵器11的阻尼力与飞行器舵面的受力保持同步、真实,提高驾驶员对飞行器飞行姿态的控制。
其中,反馈机构12接收到的飞行器舵面的实时受力载荷信号,可以在飞行器舵面上设置力矩传感器或者角度传感器等,力矩传感器或者角度传感器与反馈机构12电连接,利用力矩传感器或者角度传感器检测飞行器舵面受力载荷的变化,并将检测到的受力载荷信号输出至反馈机构12,反馈机构12根据接收到的受力载荷信号产生相应的动作阻尼输出至操纵器11,使驾驶员对操纵器11继续动作时会感受到阻尼力,也就是操纵力感,驾驶员对操纵器11继续动作时,根据感受到的操纵力感来调整飞行器的飞行状态,从而保证驾驶员感受到的操纵器11的阻尼力与飞行器舵面的受力保持同步、真实,提高驾驶员对飞行器飞行姿态的控制。
本实施例中,通过在操纵器11上设置反馈机构12,反馈机构12能够接收飞行器舵面的实时受力载荷信号,并根据受力载荷信号产生相应的动作阻尼输出至操纵器11,使驾驶员通过操纵器11受到的来自反馈机构12产生的动作阻尼的操纵力感实时感知飞行器舵面的受载状态,从而保证驾驶员的操纵器11与飞行器舵面的受力保持同步、真实,提高驾驶员对飞行器飞行姿态的控制,驾驶员在能感受到与机械传动方式等同的操纵力感时,也能简化机械传动方式结构的复杂性,能够更加精准、安全地控制飞行器飞行。
继续如图2所示,一些实施例中,反馈机构12包括变阻尼器121,变阻尼器121的输出端与操纵器11连接。变阻尼器121接收飞行器舵面的实时受力载荷信号,变阻尼器121根据受力载荷信号的输入,调节产生相应的动作阻尼并输出至操纵器11,使驾驶员对操纵器11继续动作时会感受到阻尼力,也就是操纵力感,飞行器舵面的状态通过变阻尼器121的动作阻尼力大小实时反馈至操纵器11,驾驶员对操纵器11继续动作时,根据感受到的操纵力感来调整飞行器的飞行状态,从而保证驾驶员的操纵器11与飞行器舵面的受力保持同步、真实,提高驾驶员对飞行器飞行姿态的控制。变阻尼器121具体可以设置为磁流变式变阻尼器、液压式变阻尼器或摩擦式变阻尼器的一种,不同方式的操纵器11和变阻尼器121之间可设有线运动和角运动方向转换装置,实现操纵器11和变阻尼器121的通用适配。
本发明的另外一些实施例中,反馈机构12还可以设置为直线反馈机构或角度反馈机构,例如直线变阻尼器、角度变阻尼器等。直线变阻尼器对线运动产生阻力,角度变阻尼器对角运动产生阻力,可以对不同的操纵器11的操纵方法提供不同方式的动作阻力。
本发明的一些实施例中,操纵器11可以设置为操纵杆、操纵手柄或驾驶盘的一种。
第二方面,本发明提供一种飞行操纵控制系统,包括操纵装置1、控制舵机2、舵面载荷监测装置3,操纵装置1能够发出操纵信号,操纵装置1为上述的飞行操纵装置,控制舵机2与操纵装置1电连接,控制舵机2根据操纵装置1发出的操纵信号控制飞行器舵面动作,舵面载荷监测装置3设于飞行器舵面上,用于监测飞行器舵面的实时受力载荷,舵面载荷监测装置3与反馈机构12电连接,且与操纵装置1连接。
具体的,操纵装置1设在飞行器的驾驶舱内,驾驶员操控操纵装置1调整飞行器的飞行状态,操纵装置1可以设置为档杆,驾驶员给出操纵动作,操纵装置1会产生线运动或角运动等操纵信号,操纵信号传递至控制舵机2,控制舵机2根据线运动或角运动等操纵信号驱动飞行器舵面的动作机构作出偏转或移动等相应的动作,从而达到操控飞行器运动的目的。控制舵机2可以具体设置电机或者液压缸等可以驱动飞行器舵面的动作机构作出动作的驱动结构,或者采用现有的电动舵机结构也可以,电动舵机的具体结构采用现有结构,具体的结构组成和工作原理此处不再赘述。飞行器在飞行过程中,飞行器舵面在不同的速度、高度等运动状态的改变会引起舵面所受的力改变,设在飞行器舵面上的舵面载荷监测装置3受到飞行器舵面的受力载荷变化,并将其转化为受力载荷信号输出至反馈机构12,反馈机构12根据受力载荷信号的输入,调节产生相应的动作阻尼并输出至操纵装置1,使驾驶员对操纵装置1继续动作时会感受到阻力,也就是操纵力感,飞行器舵面的状态通过反馈机构12的动作阻力大小实时反馈至操纵装置1,驾驶员对操纵装置1继续动作时,根据感受到的操纵力感来调整飞行器的飞行状态,从而保证驾驶员的操纵装置1与飞行器舵面的受力保持同步、真实,提高驾驶员对飞行器飞行姿态的控制,驾驶员在能感受到与机械传动方式等同的操纵力感时,也能简化机械传动方式结构的复杂性,进一步提高飞行操纵控制系统的实用性。
本实施例中,通过设置舵面载荷监测装置3和反馈机构12,能够实时将飞行器舵面的受载状态通过反馈机构12反馈至操纵装置1,使驾驶员通过操纵装置1受到的来自反馈机构12产生的动作阻尼的操纵力感实时感知飞行器舵面的受载状态,从而保证驾驶员的操纵装置1与飞行器舵面的受力保持同步、真实,提高驾驶员对飞行器飞行姿态的控制,驾驶员在能感受到与机械传动方式等同的操纵力感时,也能简化机械传动方式结构的复杂性,能够更加精准、安全地控制飞行器飞行。
如图2所示,本发明的一些实施例中,操纵装置1还包括位移传感器13,操纵器11的动作机构能够产生操纵动作,位移传感器13设于操纵器11的动作机构上,并与控制舵机2电连接,位移传感器13根据操纵器11动作机构的操纵动作产生相应的操纵信号,并将该操纵信号输出至控制舵机2。
具体的,操纵器11可以设置为操纵杆、操纵手柄或驾驶盘的一种,本实施例中以操纵器11设为操纵杆进行说明,驾驶员操控操纵杆产生操纵动作,例如推动操纵杆向前,操纵杆产生直线位移,设于操纵杆上的位移传感器13将直线位移转化为操纵信号并将操纵信号发送至控制舵机2,控制舵机2根据操纵信号驱动飞行器舵面的动作机构作出移动的动作,从而达到操控飞行器运动的目的,设在飞行器舵面上的舵面载荷监测装置3受到飞行器舵面的力的变化,并将其转化为电信号输入至反馈机构12,反馈机构12根据电信号的输入,调节产生相应的动作阻尼并输出至操纵杆,使驾驶员对操纵杆继续动作时会感受到阻力,也就是操纵力感,飞行器舵面的状态通过反馈机构12的动作阻力大小实时反馈至操纵杆,驾驶员对操纵杆继续动作时,根据感受到的操纵力感来调整飞行器的飞行状态,从而保证驾驶员的操纵杆与飞行器舵面的受力保持同步、真实,提高驾驶员对飞行器飞行姿态的控制。
本发明的一些实施例中,控制舵机2可以设置为电动舵机21,电动舵机21包括电机和控制电路,控制电路与位移传感器13电连接,控制电路根据位移传感器13发出的操纵信号控制电机转动,从而驱动飞行器舵面的动作机构作出相应的动作。
另外的一些实施例中,控制舵机2也可以设置为液压舵机,液压舵机采用现有的结构,具体的结构组成和工作原理此处不再赘述。
继续如图2所示,本发明的一些实施例中,舵面载荷监测装置3设置为力传感器31,力传感器31设于飞行器舵面上,并与变阻尼器电连接,力传感器31设置为多个,设于飞行器舵面的多个受力点处,可以进一步提高舵面载荷监测装置3的准确度。
飞行操纵控制系统的控制过程具体为:
驾驶员操控操纵器11,操纵器11的动作机构能够产生操纵动作,位移传感器13将操纵器11的操纵动作转化为操纵信号并将操纵信号发送至控制舵机2,控制舵机2根据操纵信号驱动飞行器舵面的动作机构作出相应动作,从而操控飞行器运动。力传感器31实时监测飞行器舵面的所受到的力,并将其转化为电信号传输至变阻尼器121的输入端,变阻尼器121根据电信号从输出端对操纵器11的动作机构输出相应的阻尼或阻力,驾驶员即可通过操纵器11上的动作阻力感受到舵面的实时受载状态。
一些实施例中,也可不额外设置力传感器31,基于飞行器空速传感器与高度传感器,通过舵面力/力矩与速度及高度的数值关系,在一定范围内,舵面力与空速的平方、高度的4.25588次方及舵偏角度成正比,同样可以作为输入变阻尼器121的电信号。
一些实施例中,飞行操纵控制系统应用于有人驾驶飞机上。
还有一些实施例中,飞行操纵控制系统也可以应用于模拟飞行舱或模拟飞行游戏机中。
第三方面,本发明实施例还提供一种飞行器,包括上述任一实施例提供的飞行操纵装置或上述任一实施例提供的飞行操纵控制系统。本发明实施例中的飞行器的有益效果的推导过程与上述飞行操纵装置或飞行操纵控制系统的有益效果的推导过程大体类似,故此处不再赘述。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解: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;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种飞行操纵装置,其特征在于,包括:
操纵器(11);
反馈机构(12),与所述操纵器(11)连接,用于接收飞行器舵面的实时受力载荷信号,并根据所述受力载荷信号产生相应的动作阻尼输出至所述操纵器(11)。
2.根据权利要求1所述的飞行操纵装置,其特征在于,所述反馈机构(12)包括变阻尼器(121),所述变阻尼器(121)的输出端与所述操纵器(11)连接。
3.根据权利要求2所述的飞行操纵装置,其特征在于,所述变阻尼器(121)包括磁流变式变阻尼器、液压式变阻尼器或摩擦式变阻尼器的一种。
4.根据权利要求1所述的飞行操纵装置,其特征在于,
所述反馈机构(12)包括直线反馈机构或角度反馈机构。
5.根据权利要求1-4任一项所述的飞行操纵装置,其特征在于,所述操纵器(11)包括操纵杆、操纵手柄或驾驶盘的一种。
6.一种飞行操纵控制系统,其特征在于,包括:
操纵装置(1),用于发出操纵信号,所述操纵装置(1)为权利要求1-5任一项所述的飞行操纵装置;
控制舵机(2),与所述操纵装置(1)电连接,并根据所述操纵装置(1)的所述操纵信号控制飞行器舵面动作;
舵面载荷监测装置(3),设于所述飞行器舵面上,用于监测所述飞行器舵面的实时受力载荷,所述舵面载荷监测装置(3)与所述操纵装置(1)的反馈机构(12)电连接。
7.根据权利要求6所述的飞行操纵控制系统,其特征在于,所述操纵装置(1)还包括位移传感器(13);
所述操纵器(11)的动作机构能够产生操纵动作,所述位移传感器(13)设于所述操纵器(11)的动作机构上,并与所述控制舵机(2)电连接,所述位移传感器(13)根据所述操纵器(11)动作机构的操纵动作产生相应的所述操纵信号并输出至所述控制舵机(2)。
8.根据权利要求7所述的飞行操纵控制系统,其特征在于,所述控制舵机(2)包括电动舵机(21),所述电动舵机(21)包括电机和控制电路,所述控制电路与所述位移传感器(13)电连接,所述控制电路根据所述位移传感器(13)输出的所述操纵信号控制所述电机转动。
9.根据权利要求7所述的飞行操纵控制系统,其特征在于,所述控制舵机(2)包括液压舵机。
10.一种飞行器,其特征在于,包括如权利要求1-5任一项所述的飞行操纵装置或如权利要求6-9任一项所述的飞行操纵控制系统。
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