KR101533414B1 - 조종간 - Google Patents

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KR101533414B1
KR101533414B1 KR1020137029783A KR20137029783A KR101533414B1 KR 101533414 B1 KR101533414 B1 KR 101533414B1 KR 1020137029783 A KR1020137029783 A KR 1020137029783A KR 20137029783 A KR20137029783 A KR 20137029783A KR 101533414 B1 KR101533414 B1 KR 101533414B1
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존 디. 코프
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무그 인코포레이티드
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/02—Initiating means
    • B64C13/04—Initiating means actuated personally
    • B64C13/042—Initiating means actuated personally operated by hand
    • B64C13/0421—Initiating means actuated personally operated by hand control sticks for primary flight controls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/14—Torsion springs consisting of bars or tubes
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    • Y10T74/20012—Multiple controlled elements
    • Y10T74/20201—Control moves in two planes

Abstract

본 발명은 물체(예를 들면, 날개 표면)의 동작을 조종하도록 구성된 조종간(예를 들면, 조이스틱, 사이드 스틱 등)(20)의 개량품을 제공한다. 개량품은, 지지체(21)와; 상부(24)와 하부(25)를 구비하고 중간에서 선회 가능하게 지지체에 장착된 상측 부재(23)와; 상측 부재 하부에 선회 가능하게 연결된 상부와 하부를 구비하는 중간 부재(26)와; 지지체에 선회 가능하게 장착된 하부와 상부를 구비하는 하측 부재(29)를 포함하며, 지지체에 대한 상측 부재 상부의 선회 운동이 지지체에 대한 중간 및 하부 부재들의 선회 운동을 일으키도록, 중간 부재 하부는 하측 부재 상부에 이동 가능하게 장착되며, 조종간은 중간 및 하측 부재들 사이의 상대 이동의 방향을 편의시키도록 배치된 탄성 부재(31)를 또한 포함한다. 여러 선회 연결부는 짐벌에 의해 제공됨으로써, 여러 부재들은 2개의 상호 수직 축선들을 중심으로 복합 선회 운동을 하도록 장착될 수 있다.

Description

조종간 {CONTROL STICK}
본 발명은 일반적으로 수동 작업자 지령을 감지하고 그와 같은 지령에 응답하여 지령을 동작 대상의 물체(예를 들면, 날개 표면 등)에 전송하는 데에 사용되도록 구성된 조종간(control stick)(예를 들면, 조이스틱, 사이드 스틱 등)의 분야와, 적절한 지지체에 그와 같은 조종간을 장착하는 데에 사용되는 개량형 링크 장치(linkage)와, 그러한 용도에 특히 적합한 개량형 복합 스프링(compound spring)에 관한 것이다. 특별한 한 적용 분야로서, 조종사 또는 부조종사의 지령을 플라이-바이-와이어 조종 시스템에 의해 여러 날개 표면으로 전달하는 것을 고려할 수 있다.
조이스틱은 조종사의 수동 입력 지령을 여러 항공기 비행 조종 표면에 전달하는 장치로서 널리 공지되어 있다. 초기의 형태에 있어서, 조이스틱은 일반적으로 조종실 바닥에 조종사의 다리 사이에 장착되었다. 조이스틱은 전형적으로 항공기의 피치(pitch)와 횡전(roll) 축선들을 나타내는 2개의 상호 수직 축선들을 중심으로 스틱의 복합 선회 운동이 가능하도록 장착되었다. 그러나, 이러한 조이스틱의 위치와 크기는 흔히 다른 장치와 자유도를 방해하였고, 핸들의 허용 가능한 동작 범위를 수용하기 위하여 상당한 공간을 필요로 하였다.
원래, 그러한 조이스틱은 기계적 연결 장치와 케이블에 의해 여러 날개 표면에 연결되었다. 그러한 연결은 불필요하게 중량과 부피가 크고, 여분의 연결성을 가능하게 하는 것이 용이하지 않았다.
항공기의 성능, 조종 및 정교성이 증가함에 따라, 플라이-바이-와이어 시스템이 개발되었다. 이 시스템에서, 조이스틱 핸들로의 여러 수동 입력은 우선 전기 신호로 변환된 후에, 여러 다중 경로를 따라 하나 이상의 컴퓨터에 전송되고, 여러 날개 표면의 동작을 조종하는 원격 모터와 구동기(driver)에 전달된다. 따라서, 조이스틱과 원주형 휠로부터의 기계적 전송은 스틱에 연결된 변환기로부터의 전기적 전송으로 대체되어 왔다.
최근에는 사이드 스틱이 개발되었다. 사이드 스틱은 전형적으로 조종사와 부조종사의 좌석의 외측에 위치한 팔걸이 전방에 장착된다. 전형적으로 조종사는 좌측 좌석에, 부조종사는 우측 좌석에 착석한다. 따라서, 조종사의 사이드 스틱은 일반적으로 조종사의 좌측에, 부조종사의 사이드 스틱은 일반적으로 부조종사의 우측에 배치된다. 따라서, 조종사는 전형적으로 좌측 팔걸이에 좌측 팔을 올려 놓고 왼손으로 사이드 스틱을 조종하고, 부조종사는 우측 팔걸이에 우측 팔을 올려 놓고 오른손으로 사이드 스틱을 조종한다. 많은 경우에, 해당 축선을 중심으로 한 스틱의 기울임은 위치 함수로서 감지되었다(예를 들면, 미국 특허공보 제5,125,602호와 제5,291,113호 참조). 다른 경우로서, 스틱의 기울임은 힘 또는 토크의 함수로서 감지되었다(예를 들면, 미국 특허공보 제6,028,409호, 제5,694,010호 및 제5,347,204호 참조).
이러한 사이드 스틱들 중 일부는 피치 또는 횡전 축선들을 중심으로 전(全)방향 또는 복합 선회 운동이 가능하도록 짐벌(gimbals)에 장착된다(예를 들면, 미국 특허공보 제5,291,113호와 제5,694,014호 참조).
사이드 스틱은 전형적으로 "수동식" 또는 "능동식"으로 고려된다. "수동식" 사이드 스틱 유닛("PSSU")은 조종사 또는 부조종사의 피치 및 횡전 지령을 해당 축선 중심의 관련 조종간의 경사 변위의 함수로서 감지한다. 이러한 지령은 하나 이상의 비행 조종 컴퓨터에 제공되고, 여러 날개 표면의 동작을 또한 조종하여 항공기의 피치와 횡전을 조종한다. 조종간은 컴퓨터에 중복 지령 신호를 공급할 수도 있다. 이러한 장치들의 일부는 여러 스프링을 사용하여 조종간의 핸들에 다양한 힘-감도 구배(force-feel gradient)를 인가함으로써, 조종사와 부조종사에게 여러 조건의 촉감(tactile sensation)과 느낌(feel)을 제공한다(예를 들면, 미국 특허공보 제5,125,602호 참조).
"능동식" 사이드 스틱 유닛("ASSU")은 PSSU와 유사하지만, 조종사와 부조종사의 사이드 스틱의 위치를 연결하는 모터를 또한 포함한다. 조종사가 능동적으로 항공기를 조종하고 부조종사가 스틱으로부터 손을 떼면, 부조종사의 스틱은 후방 구동되어 조종사가 스틱에 제공하는 여러 위치 동작을 따르고 반복하게 된다. 따라서, 조종사와 부조종사의 스틱들은 하나가 다른 하나에 종속되어 있는 것과 같이 동시에 함께 기울어진다. 반대로, 부조종사가 항공기를 능동적으로 조종하고 조종사가 스틱으로부터 손을 떼면, 조종사의 스틱은 부조종사에 의해 스틱에 제공된 위치 지령을 따르고 반복한다. 이는 흔히 "위치 재현(position recopying)"(예를 들면, 미국 특허공보 제5,125,602호 참조) 또는 "전기적 조종실 상호접속(electrical cross-cockpit interconnect)"(예를 들면, 미국 특허공보 제5,456,428호 참조), 또는 단순히 "상호 연결(cross-coupling)"(예를 들면, 미국 특허공보 제5,694,014호 참조)로 알려져 있다.
항공기가 자동 조종 장치(autopilot)를 구비하면, 자동 조종 장치는 조종사 및 부조종사의 조종간들과 연결된 모터에 공급되는 전기 신호를 생성하여 조종간들을 후방 구동할 수 있다.
또한, 다양한 입력 지령에 대한 날개 표면의 저항성의 "느낌" 또는 여러 작동 조건들 사이의 변화 또는 비상사태 시의 진동까지도 시뮬레이션한 다양한 피드백 힘 감각을 그러한 사이드 스틱에 제공하는 것이 공지되어 있다. 또한, 조종사가 스틱을 놓았을 경우에, 스틱이 수동 지령 위치로부터 자유로이 동작하는 것을 방지하도록, 그와 같은 조종간을 감쇠시키는 것도 공지되어 있다(예를 들면, 미국 특허공보 제5,125,602호, 제6,459,228호 및 제4,069,720호 참조). 전술한 각 특허공보들의 전체 내용이 참조되어 본 발명에 원용된다.
그러나, 이제까지 개발된 원주형 휠, 조이스틱 및 사이드 스틱은 조종간의 동작 내에 마찰, 반동(backlash) 등을 도입한 다양한 기계적 링크 장치와 연결 장치를 포함한다. 이러한 디자인은 중량과 부피가 크다고 할 수 있다. 또한, 이러한 디자인은, 조종간으로부터 비행 조종 컴퓨터로의 조종사 수동 입력 신호의 원활한 연속 전송을 방해하고, 전기 지령 동작과 신호에 따라 조종간을 후방 구동하는 여러 전기 신호의 원활한 연속 전송도 방해한다.
따라서, "수동식" 및 "능동식" 플라이-바이-와이어 비행 조종 시스템 모두에 사용되기에 적합한 개량형 조종간, 그러한 개량형 조종간과 함께 사용되는 개량형 링크 장치 및 이들 내에 사용 가능한 개량형 복합 비틀림 스프링을 제공할 필요성이 전술한 바와 같이 오래전부터 존재하였다고 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 개량형 조종간(20)을 제공하고, 조종간에 사용되는 개량형 링크 장치(27)를 제공 및 조종간 내에 사용하기에 특히 적합한 개량형 복합 스프링(38)을 제공하는 데 있다.
한 태양에서, 본 발명은 지지체(21)에 장착되고 물체(도시 생략)의 동작을 조종하도록 구성된 조종간(20)의 개량품을 제공한다. 개량품은 포괄적으로, 지지체(21)와, 2개의 상호 수직 축선(xU1-xU1, xU2-xU2)들을 중심으로 선택적인 복합 선회 운동을 하여 조종간에 입력을 제공하는 핸들(24)을 지지체에 장착하기 위한 링크 장치(27)를 포함한다.
링크 장치는, 지지체에 장착된 제1 짐벌(22); 제1 짐벌에 장착되고, 제1 짐벌 상방에 배치된 핸들(24)과 제1 짐벌 하방에 배치된 하부(25)를 구비하는 상측 부재(23); 중간 부재(26); 상측 부재와 중간 부재를 연결하는 제2 짐벌(28); 핸들이 지지체에 대하여 동작할 때에, 중간 부재에 대하여 상대 이동이 가능하도록 배치된 하측 부재(29)로서, 중간 부재와 하측 부재 중 하나가 다른 하나에 대하여 이동 가능하게 배치된 구성의 하측 부재(29); 하측 부재를 지지체에 연결하는 제3 짐벌(30); 및 중간 부재와 하측 부재 사이의 상대 이동의 방향을 편의(biasing)시키도록 배치된 칼럼 스프링과 같은 탄성 부재(31)를 포함한다. 핸들은 파지될 수 있고 지지체에 대하여 선택적으로 동작되어 링크 장치에 입력을 제공할 수 있다.
탄성 부재(31)는 링크 장치로부터 모든 반동을 실질적으로 제거하는 힘을 가하도록 배치될 수 있다. 탄성 부재는 핸들이 지지체에 대하여 영점 위치(null position)를 향해 이동하도록 핸들을 가압할 수 있다.
개량품은, 동작될 물체(예를 들면, 날개 표면)와, 지지체에 장착되어 링크 장치의 일부의 위치를 감지하고 그와 같은 감지 위치에 비례하는 전기 신호를 생성하는 적어도 하나의 변환기(32, 32, 32)를 또한 포함할 수 있다. 핸들은 지지체에 대하여 동작하여, 변환기가 물체를 동작시키기 위한 지령 신호(command signal)를 제공하도록 구성될 수 있다.
개량품은 지지체와 링크 장치 사이에 작용하는 다수의 스프링(33, 33, 34, 34)들을 또한 포함할 수 있다. 이 스프링들은 서로 다른 힘-변형(force-to-deflection) 특성을 가진다. 스프링들 중 적어도 하나는 복합 스프링(38)일 수 있다.
개량형 조종간에 있어서, 핸들이 영점으로부터 이탈하였을 때에 중간 부재와 하측 부재 사이의 이동 범위는, (a) 제1 및 제2 짐벌의 선회 축들 사이의 거리(즉, 도 4에서 치수(a))와, (b) 제2 및 제3 짐벌의 축들 사이의 거리(즉, 도 4에서 치수(b))의 비의 함수일 수 있다. (i) 제1 및 제2 짐벌의 선회 축들을 연결하는 가상선(imaginary line)과, (ii) 제2 및 제3 짐벌의 선회 축들을 연결하는 가상선 사이의 변형 각도(angle of deflection, 즉 도 4에서 각도(C))는, (a) 제1 및 제3 짐벌의 선회 축들을 연결하는 가상선에 대한 상측 부재의 변형 각도(즉, 도 4에서 각도(A))와, (b) 제1 및 제3 짐벌의 선회 축들을 연결하는 가상선에 대한 하측 부재의 변형 각도(즉, 도 4에서 각도(B))의 합과 실질적으로 동일할 수 있다.
개량품은, 핸들이 영점 위치에서 이탈하기 위해서는 핸들에 힘이 인가될 필요가 있도록, 지지체와 링크 장치 사이에 작용하는 자성 멈춤부(magnetic detent)(35)를 또한 포함할 수 있다.
개량품은, 지지체와 링크 장치 사이에 작용하여 핸들의 속도를 감쇠시키는 감쇠기(damper)(36)를 또한 포함할 수 있다. 이 감쇠기는 와류(eddy current) 감쇠기일 수 있다.
개량품은, 지지체와 링크 장치 사이에 작용하는 모터를 또한 포함할 수 있으며, 모터에 공급된 신호의 함수로서 링크 장치를 동작시킨다.
개량형 조종간은 플라이-바이 와이어 조종 시스템을 구비한 항공기에 장착될 수 있고, 이 개량형 조종간은 조종사의 스테이션(station)과 부조종사의 스테이션에 장착될 수 있다. 조종사와 부조종사의 조종간들은 서로 연결되어 함께 동작할 수 있다. 항공기는 자동 조종 장치를 구비할 수 있고, 조종사와 부조종사의 조종간들은 자동 조종 장치에 의해 제공되는 신호에 응답하여 함께 동작할 수 있다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 물체의 동작을 제어하도록 구성된 조종간(20)의 개량품을 제공한다. 개량품은, 지지체(21); 지지체에 선회 가능하게 장착되고, 지지체와의 선회 연결부의 하방에 배치된 하부(25)를 구비하는 상측 부재(23); 상측 부재의 하부에 선회 가능하게 연결된 상부를 구비하고, 또한 하부를 구비하는 중간 부재(26); 및 지지체에 선회 가능하게 장착된 하부를 구비하고, 또한 상부를 구비하는 하측 부재(29)를 포함하며, 지지체에 대한 상측 부재의 상부의 선회 운동이 지지체에 대한 중간 및 하측 부재들의 선회 운동을 일으키도록, 중간 부재의 하부는 하측 부재에 이동 가능하게 장착되고, 개량품은 중간 부재와 하측 부재 사이에 상대 이동의 방향을 편의시키도록 배치된 탄성 부재(31)를 또한 포함한다.
상측 부재는, 상측 부재의 길이 중간의 축선(xU1-xU1, 또는 xU2-xU2)을 중심으로 선회 운동을 하도록 지지체에 장착될 수 있고, 핸들(24)로서 작용하도록 축선의 상방에 배치된 상부를 구비할 수 있고, 핸들은 파지될 수 있고 선택적으로 조종될 수 있어서 링크 장치에 입력을 제공할 수 있다.
상측 부재는 지지체에 대하여 2개의 상호 수직 축선(xU1-xU1, xU2-xU2)을 중심으로 복합 선회 운동을 하도록 장착될 수 있다.
탄성 부재에 의해 인가된 힘은 상측 부재를 가압하여 지지체에 대한 영점 위치로 움직이게 할 수 있다. 탄성 부재는 링크 장치로부터 모든 반동을 실질적으로 제거하는 힘을 가하도록 배치될 수 있다. 탄성 부재에 의해 인가된 힘은 조정될 수 있다.
상측 부재가 영점으로부터 이탈할 때에 중간 부재와 하측 부재 사이의 동작의 범위는, (a) 상측 부재와 지지체 사이의 선회 축선과 중간 부재와 지지체 사이의 선회 축선 사이의 거리(즉, 도 4에서 치수(a)), 및 (b) 중간 부재와 지지체 사이의 선회 축선과 하측 부재와 지지체 사이의 선회 축선 사이의 거리(즉, 도 4에서 치수(b))의 비의 함수일 수 있다. (i) 제1 및 제2 짐벌의 선회 축선들을 연결하는 가상선과, (ii) 제2 및 제3 짐벌의 선회 축선들을 연결하는 가상선 사이의 변형 각도(즉, 도 4에서 각도(C))는, (a) 상측 부재와 지지체 사이의 선회 축선과 하측 부재와 지지체 사이의 선회 축선을 연결하는 가상선에 대한 상측 부재의 변형 각도(즉, 도 4에서 각도(A))와, (b) 상측 부재와 지지체 사이의 선회 축선과 하측 부재와 지지체 사이의 선회 축선을 연결하는 가상선에 대한 하측 부재의 변형 각도(즉, 도 4에서 각도(B))의 합과 실질적으로 동일할 수 있다.
상측 부재와 지지체는 짐벌 기구(22)와 같은 유니버설 조인트에 의해 연결될 수 있다.
중간 부재(26)는 지지체에 대하여 2개의 수직 축선(xM1-xM1, xM2-xM2)을 중심으로 복합 선회 운동을 하도록 장착될 수 있다.
상측 부재와 중간 부재는 짐벌 기구(28)와 같은 유니버설 조인트에 의해 연결될 수 있다.
하측 부재(29)는 지지체에 대하여 2개의 상호 수직 축선(xL1-xL1, xL2-xL2)을 중심으로 복합 선회 운동을 하도록 장착될 수 있다.
하측 부재와 지지체는 짐벌 기구(30)와 같은 유니버설 조인트에 의해 연결될 수 있다.
중간 부재 하부는 하측 부재 상부 내에 미끄러질 수 있게 수용될 수 있다.
탄성 부재는 핸들 부분의 힘-감도 구배에 기여할 수 있다.
개량품은, 축선들 중 하나를 중심으로 하는 상측 부재 하부의 위치의 함수로서 제1 출력 신호를 제공하도록, 지지체에 장착되고 상측 부재 하부에 계합되는 적어도 하나의 제1 위치 센서(32, 32, 32)를 또한 포함할 수 있고, 가능하다면, 축선들 중 다른 하나를 중심으로 하는 상측 부재 하부의 위치의 함수로서 제2 출력 신호를 제공하도록, 지지체에 장착되고 상측 부재 하부에 계합되는 적어도 하나의 제2 변위 센서(32, 32, 32)를 또한 포함할 수도 있다.
개량품은, 축선들 중 하나를 중심으로 핸들을 동작시키기 위해 필요한 힘에 영향을 주도록, 상측 부재와 지지체 사이에 작용하는 복합 스프링과 같은 제1 상측 스프링(33)을 또한 포함할 수 있고, 가능하다면, 축선들 중 다른 하나를 중심으로 핸들을 동작시키기 위해 필요한 힘에 영향을 주도록, 상측 부재와 지지체 사이에 작용하는 복합 스프링과 같은 제2 상측 스프링(33)을 또한 포함할 수도 있다.
개량품은, 축선들 중 하나를 중심으로 핸들을 동작시키기 위해 필요한 힘에 영향을 주도록, 중간 부재와 지지체 사이에 작용하는 복합 스프링과 같은 제1 중간 스프링(34)을 또한 포함할 수 있고, 가능하다면, 축선들 중 다른 하나를 중심으로 핸들을 동작시키기 위해 필요한 힘에 영향을 주도록, 중간 부재와 지지체 사이에 작용하는 복합 스프링과 같은 제2 중간 스프링(34)을 또한 포함할 수도 있다. 제1 중간 스프링은, 작업자에게 핸들의 변위 변화를 경고하도록, 힘-감도 구배의 명백한 변화를 제공한다.
개량품은, 작업자가 핸들을 파지하여 영점 위치로부터 이탈시키기 위하여 극복할 필요가 있는 작은 힘을 중간 부재에 인가하는 이탈 장치(breakout device)(35)를 또한 포함할 수 있다. 이탈 장치는 지지체와 중간 부재에 장착된 다수의 자석을 포함할 수 있다.
개량품은, 하측 부재에 작용하여 핸들의 속도를 감쇠시키는 감쇠기(36)를 또한 포함할 수 있다. 감쇠기는 와류 감쇠기일 수 있다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 포괄적으로, 지지체(21)와; 핸들을 구비하고 지지체에 장착된 링크 장치(27)와; 지지체에 장착되고 링크 장치에 여러 지점들에서 계합된 다수의 위치 센서들로서, 각각이 지지체에 대하여 링크 장치의 지점들의 위치의 함수로서 출력 신호를 생성하도록 구성된 위치 센서(32, 32, 32)들과; 지지체와 링크 장치 사이에 작용하여 링크 장치의 힘-감도 특성에 영향을 주는 다수의 스프링(33, 33, 34, 34)들과; 작업자가 핸들을 영점 위치로부터 이탈시키기 위해서는 핸들에 힘을 가할 필요가 있도록, 지지체와 링크 장치 사이에 작용하는 자성 멈춤부(35)와; 지지체와 링크 장치 사이에 작용하여 핸들의 속도를 감쇠시키는 감쇠기(36)를 포함한다.
스프링들 각각은 자체의 개별적인 힘-변형 특성을 가지고, 링크 장치의 힘-감도 특성은 스프링들의 여러 개별적인 힘-변형 특성의 함수일 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 링크 장치의 힘-감도 특성은 스프링들의 여러 개별적인 힘-변형 특성의 합과 링크 장치의 형상의 함수이다.
스프링들은, 지지체에 대하여 핸들이 영점 위치를 향해 움직이도록, 핸들을 가압할 수 있고, 스프링들 중 하나는 링크 장치로부터 모든 반동을 실질적으로 제거하는 힘을 가하도록 배치될 수 있다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 포괄적으로, 제1 단부(41)와 제2 단부(42) 사이에 연장된 제1 벽을 구비하는 제1 관형부(40)와; 제1 벽을 관통하고 대향 슬롯 벽들 사이에 구획된 적어도 하나의 제1 슬롯(43)으로서, 제1 단부와 제2 단부가 서로에 대해 회전할 때에, 슬롯 벽들이 서로 이격되어 있으면 스프링은 하나의 힘-변위 특성을 가지고, 슬롯 벽들이 서로 접촉하면 스프링은 또 다른 힘-변위 특성을 가지도록 구성된 제1 슬롯(43)을 포함하고, 제1 및 제2 단부가 공통 면에서 서로에 대하여 만곡될 경우에, 제3 힘-변위 특성을 가지는 복합 스프링(38)을 제공한다.
제1 슬롯은 제1 관형부의 종방향 축선과 평행한 방향으로 세장형일 수 있다. 다수의 제1 슬롯들이 존재할 수 있고, 제1 슬롯들은 관형부 둘레에 원주 방향으로 서로 이격될 수 있다.
스프링은 제1 관형부 내에 배치된 제2 관형부(44)를 또한 포함하며, 제2 관형부는 제2 단부(42)와 제3 단부(45) 사이에 연장된 제2 벽을 구비한다. 제2 관형부는, 제2 벽을 관통하고 대향 슬롯벽들 사이에 구획된 적어도 하나의 제2 슬롯(46)을 구비할 수 있다. 제2 슬롯은 제2 관형부의 종방향 축선에 평행한 방향으로 세장형일 수 있고, 다수의 제2 슬롯들은 제2 관형부 둘레에 원주 방향으로 서로 이격될 수 있다.
제3 단부(45)는 제1 단부(41)에 인접하게 배치될 수 있다.
이러한 목적 및 기타 목적과 장점은 전술 및 후술하는 명세서의 기재, 도면 및 청구범위로부터 명확해질 것이다.
도 1은 개량형 조종간의 기계적 링크 장치의 한 형태의 개략도로서, 핸들이 지지체에 대하여 영점 위치에 있을 때에 상측, 중간 및 하측 부재들의 위치를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 구조의 개략도로서, 핸들이 비-영점(off-null) 위치로 움직인 후에 상측, 중간 및 하측 부재들의 위치를 나타낸다.
도 3은 핸들이 비-영점 위치로 움직였을 때에 여러 링크 장치 부재들 사이의 각도를 간략히 나타내는 개략도이다.
도 4는 핸들이 비-영점 위치로 움직였을 때에 여러 링크 장치 부재들에 작용하는 힘과 모멘트를 간략히 나타내는 개략도이다.
도 5는 지지체와 여러 부재들 사이에 작용하는 여러 스프링, 센서 및 감쇠기를 나타내는 조종간 링크 장치의 개략도이다.
도 6은 기본 스프링, 2차 스프링의 소프트-정지(soft-stop)와 차동 함수(differential function) 및 칼럼 스프링에 대한 힘(수직축)과 회전 각도(수평축) 특성의 여러 도면으로서, 모든 스프링들의 합산 또는 중첩 함수를 또한 나타낸다.
도 7은 개량형 복합 비틀림 스프링의 한 형태의 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 스프링의 측면도이다.
도 9는 도 8의 선 9-9를 따라 전체적으로 절단한 수평 단면도이다.
도 10은 핸들이 비-영점 위치로 기울어져 있는 것으로 도시되어 있는 개량형 조종간의 상용화된 형태의 사시도로서, 이러한 특정 실시 형태의 소형화된 패키지를 나타낸다.
우선, 여러 도면에 걸쳐서 동일 도면부호는 일관되게 동일 구성 요소, 부분 또는 표면을 나타내기 위한 것이라는 점을 이해하여야 하며, 그러한 요소, 부분 또는 표면은 명세서 전체에 또한 기재되거나 설명되는데, 그러한 상세한 설명은 명세서의 주요 부분이다. 달리 표현되지 않는다면, 도면(크로스해칭, 부재의 배열, 비율, 각도 등)은 명세서와 함께 참조되기 위한 것이고, 본 발명의 성문화된 설명 전체의 일부인 것으로 고려되어야 한다. 이하의 설명에서 사용되는 "수평", "수직", "좌", "우", "상" 및 "하"라는 용어 및 이들의 형용사와 부사적 파생어(예를 들면, "수평으로", "우측으로", "상방으로" 등)는, 특정 도면이 독자를 향해 있을 때에, 도시된 구조의 방향을 단지 나타낼 뿐이다. 마찬가지로, "내측으로"와 "외측으로"라는 용어는 필요에 따라 연장 축선 또는 회전 축선에 대한 표면의 방향을 일반적으로 나타낸다.
도면을 참조하면, 본 발명은 여러 개량 형태의 조종간을 제공한다. 그러한 조종간은 물체를 원격 조종하기 위한 조이스틱, 사이드 스틱 또는 다른 유형의 조종 장치일 수 있다. 첨부 도면에서, 개량형 조종간은 항공기에 사용되어 여러 날개 표면을 조종하기 위한 사이드 스틱인 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이는 예시적인 것일 뿐이고, 청구범위를 제한하는 것은 아니다.
개량형 기계적 링크 장치의 한 형태가 주로 도 1, 도 2 및 도 5에 도시되어 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 전체가 도면부호 20으로 표시된 개량형 조종간은, 전체가 도면부호 21로 표시된 적절한 지지체에 장착되어 있는 것으로 도시되어 있다. 항공기 환경에서, 조종간(20)은 전형적으로 항공기의 조종실 내에 장착되고, 날개, 방향타 및 보조익과 같은 원격 물체의 움직임의 조종을 위하여 사용된다.
도 1과 도 2에 도시된 구성은 3개의 짐벌 기구를 포함하는 링크 장치(27)를 개략적으로 나타낸다. 여기에서 사용된 바와 같이 "짐벌"은, 서로에 대하여 직각으로 장착된 2개의 링을 구비하는 장치로서, 물체가 장착된 지지체의 움직임에 무관하게, 물체가 짐벌 내에서 일시 정지되어 유지되도록 하는 장치이다. 짐벌은, 서로 직각인 2개의 축을 중심으로 복합 선회 운동이 일어날 수 있는 광의의 이음부 및 접속부의 특별한 한 종류이다. 이러한 부류의 다른 이음부와 접속부는, 한 부재가 다른 부재에 대해 모든 방향으로 선회 운동할 수 있는 유니버설 조인트, 볼-소켓 조인트 등을 포함한다. 더욱 구체적으로, 개량형 링크 장치는 일반적으로 제1 또는 상측 짐벌(22)을 포함한다. 지지체에 장착된 제1 짐벌에는 상측 부재(23)가 장착되어 서로 수직인 축선(xU1-xU1, xU2-xU2)들을 중심으로 복합 선회 운동을 한다. 상측 부재는 제1 짐벌 상방에 배치된 핸들(24)을 구비하고, 제1 짐벌 하방에 배치된 하부(25)를 구비한다. 링크 장치는 중간 부재(26)와 제2 짐벌(28)을 또한 포함하는 것으로 도시되어 있고, 제2 짐벌은 서로 수직인 축선(xM1-xM1, xM2-xM2)들을 중심으로 한 복합 선회 운동을 위하여 중간 부재의 상측 가장자리 단부와 상측 부재의 하측 가장자리 단부를 접속시킨다. 장치는 또한 하측 부재(29)를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 하측 및 중간 부재들 중 하나는 하측 및 중간 부재들 중 다른 하나에 대하여 이동할 수 있도록 장착된다. 도시된 구성에서, 중간 부재(26)의 하측 가장자리 단부는 하측 부재(29) 내에 다단으로 미끄러질 수 있게 장착되지만, 이러한 배치는 필요하다면 반대로 구성될 수도 있다. 하측 부재(29)의 하측 가장자리 단부는, 서로 수직인 축선(xL1-xL1, xL2-xL2)들 중심으로 하는 복합 선회 운동을 위하여, 제3 짐벌(30)에 의해 지지체 상에 장착된다. 코일 스프링(31)이 하측 부재와 중간 부재 사이에 작용하도록 배치된다. 이 스프링은 지속적인 압축 상태에 있고, 중간 부재가 하측 부재에 대해 하방으로 이동하도록 계속 가압한다. 이러한 구성은 3개의 부재의 링크 장치로부터 모든 반동을 실질적으로 제거하는 실용적인 효과를 가진다.
도 1에서 기계적 링크 장치는 지지체에 대하여 중심 위치 또는 영점 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 이 위치에서, 3개의 모든 부재(23, 26, 29)들의 종방향 축선은 수직으로 정렬된다. 도 2에서, 최상측 핸들은 지지체에 대하여 좌측으로 기울어지고 그와 동시에 상측 부재의 하측 가장자리 단부는 우측으로 움직이는 것으로 도시되어 있다. 이러한 운동은 축선 xL2-xL2를 중심으로 하는 중간 부재와 하측 부재의 선회 운동, 하측 부재에 대한 중간 부재의 축방향 운동 및 스프링(31)의 부가적인 압축 변위에 의하여 수용된다는 점을 주목하여야 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 조종사와 부조종사를 위한 사이드 스틱의 형태로 실시되는 것으로 도시되어 있으나, 당업자는 조이스틱이나 물체를 조종하기 위한 기타 유형의 조종간의 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 물체 그 자체는 항공기의 날개 표면 또는 다른 물체일 수 있다.
도 3은 핸들이 영점으로부터 변위되었을 때에 링크 장치의 간략한 개략도이다. 짐벌 기구는 서로 수직인 2개의 축선을 중심으로 복합 선회 운동을 가능하게 하며, 도 3에 개략적으로 도시된 실시 형태는 각 짐벌에 대하여 단 하나의 축선을 중심으로 하는 운동을 나타낸다. 전술한 표기 방법과 일관성이 있도록, 제1 짐벌의 상측 선회점은 xU2로 표시되고, 제2 짐벌의 중간 선회점은 xM2로 표시되고, 하측 짐벌의 선회점은 xL2로 표시되어 있다. 중간 및 하측 선회점(xM2, xL2)들 사이의 연결부는 중간 및 하측 부재의 유효 결합 길이이며, 영점 위치에 있을 때에 도면부호 26과 29로 표기되어 있고, 도시되어 있는 비-영점 위치에서는 도면부호 26'와 29'로 표기되어 있다.
핸들이 영점 위치에 있으면, 링크 장치는 도 1에 더욱 명확히 도시된 바와 같이 수직으로 정렬된다. 도 3에서, 상측 및 중간 선회점(xU2, xM2)들 사이의 거리는 A로 표기되어 있고, 중간 및 하측 선회점(xM2, xL2)들 사이의 거리는 B로 표기되어 있다. 도면부호 24'로 도시되어 있는 바와 같이, 핸들이 영점 위치로부터 비-영점 위치로 변위되면, 상측 부재의 하단부는 도면부호 25'로 표기된 위치로 선회하고, 중간 및 하측 부재는 도면부호 26'와 29'로 표기된 다른 위치로 이동한다. 각도 A는 영점에서 벗어나 변위된 핸들의 각도를 나타낸다. 각도 B는 영점에서 벗어난 중간 및 하측 부재(26', 29')의 축의 각도를 나타낸다. 각도 C는 각도 A와 각도 B의 합계이다. 치수 dx는, 중간 부재와 하측 부재가 스프링(31)을 더욱 압축시키면서 영점 위치에서 비-영점 위치로 움직일 때에, 하측 부재에 대한 중간 부재의 이동 거리를 나타낸다. 각도 A, B 및 C와 거리 dx의 식은 다음과 같다.
Figure 112013102091786-pat00001
Figure 112013102091786-pat00002
Figure 112013102091786-pat00003
도 4를 참조하면, 조종사의 손에 의해 손잡이(grip)의 암 거리(GRP)를 통하여 작용하는 힘(Fu)은 상측 선회점(xU2) 주위의 상측 모멘트(Mu)를 생성한다. 제2 선회점에서 작용하는 힘은 거리 a와 b의 함수이다. 중간 선회점(xM2) 주위의 모멘트는 계산 가능하다. 마찬가지로, 중간 선회점에 미치는 힘도 계산 가능하다. 이러한 관계는 아래의 식으로 표현된다.
Figure 112013102091786-pat00004
Figure 112013102091786-pat00005
Figure 112013102091786-pat00006
Figure 112013102091786-pat00007
Figure 112013102091786-pat00008
따라서, 핸들이 영점으로부터 벗어나 이동하였을 때에 중간 및 하측 부재들 사이의 이동의 범위는 제1 및 제2 짐벌의 선회 축선들 사이의 거리(즉, 도 4에서 치수(a))와, 제2 및 제3 짐벌의 선회 축선들 사이의 거리(즉, 도 4에서 치수(b))의 비의 함수이다. 제1 및 제2 짐벌의 선회 축선들을 연결하는 가상선과 제2 및 제3 짐벌의 선회 축선들을 연결하는 가상선 사이의 변형 각도(즉, 도 4에서 각도(C))는, 제1 및 제3 짐벌의 축선들을 연결하는 가상선에 대한 상측 부재의 변형 각도(즉, 도 4에서 각도(A))와, 제1 및 제3 짐벌의 선회 축선들을 연결하는 가상선에 대한 하측 부재의 변형 각도(즉, 도 4에서 각도(B))의 합과 실질적으로 동일하다.
도 5는 개량형 조종간(20)의 개략도이며, 조종간에 부착된 여러 스프링, 센서 및 감쇠기를 또한 나타낸다. 도 5에서, 링크 장치(27)는 상측 핸들(24)과 하측 암(25)을 구비하는 상측 부재(23), 중간 부재(26) 및 하측 부재(29)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 중간 부재의 하측 가장자리 단부는 하측 부재(29) 내에 다단 미끄러짐 방식으로 수용되는 것으로 도시되어 있다. 코일 스프링(31)은 중간 부재가 하측 부재에 대하여 하방으로 이동하도록 지속적으로 가압한다. 도 5에서, 링크 장치는 단지 한 면에서의 동작을 위하여 장착된 것을 도시되어 있으나, 이는 설명을 간략하게 하기 위한 것이다. 상측 부재(23)는 축선(xU2)을 중심으로 선회 운동을 하도록 지지체(21)에 장착된다. 중간 부재의 상측 가장자리 단부는 상측 부재의 하측 가장자리 단부에 선회 가능하게 연결되어, 축선(XL2)을 중심으로 선회 운동을 한다. 마지막으로, 하측 부재(29)는 지지체 상에 선회 가능하게 장착되어 축선(xL2)을 중심으로 운동한다. 짐벌에 대하여 상세하고 충분히 도시되어 있지는 않으나, 전술한 구성은 3개의 짐벌을 포함할 수 있다는 점을 명확히 이해하여야 한다.
도 5에서 상측 부재(23)의 동작은 여러 개의 도면부호 32로 도시된 3개의 중복형 위치 센서들에 의해 감지된다. 이러한 3개의 위치 센서들은 직경 방향으로 대향 위치에 배치된다. 지면(紙面)으로부터 나오는 면에도 상측 부재의 양측에 3개의 추가 위치 센서가 또한 존재한다. 이러한 위치 센서의 기능은 지지체에 대한 상측 부재의 기울임 동작의 범위를 감지하고 결정하는 것이다. 그러한 위치 센서는 3개가 존재하여 3중의 여분성(redundancy)을 제공한다.
위치 센서 내에는, 여러 개의 도면부호 33으로 도시된 다수의 대향 복합 비틀림 스프링이 존재한다. 여기서, 도 5에는 2개의 대향 비틀림 스프링이 도시되어 있고, 지면으로부터 나오는 면에 추가로 2개의 대향 스프링이 존재한다. 이러한 스프링의 기능은 핸들의 기울임 동작에 대하여 소정의 힘-감도 저항성(force-feel resistance)을 제공하는 것이다. 이러한 복합 비틀림 스프링의 구조와 작동은 도 7 내지 도 9에 더욱 명확히 도시되어 있고, 이에 대하여 이하에서 설명하기로 한다.
도면부호 34로 도시된 소정의 추가 비틀림 스프링이 상측 및 중간 부재들 사이에 작용하여, 소정의 2차 스프링 기능과 소프트 정지(soft stop)를 제공한다. 이러한 구성은 도면부호 35로 도시된 자성 멈춤부(magnetic detent)를 포함할 수 있으며, 이에 따라 조종사는 링크 장치를 영점으로부터 벗어나도록 하기 위하여 소정의 힘을 확실하게 가할 필요가 있게 된다.
계속 도 5를 참조하면, 여러 개의 도면부호 36으로 도시된 대향 와류 감쇠기들이 지지체와 하측 부재 사이에 작용하도록 배치되어, 링크 장치의 운동 속도를 감쇠시킨다. 여기서, 실제로는 대향하는 쌍으로 배치된 4개의 속도 감쇠기가 존재한다.
도 6은 도 5에 도시된 여러 스프링들 각각의 기능을 나타내고, 스프링들의 조합에 기인하는 정미(正味) 함수(net function)를 또한 나타낸다. 기초 스프링 함수는 수직축(힘)과 수평축(회전) 사이에 직선인 것으로 도시되어 있다. 2차 스프링(34)은 도 6에 도시된 바와 같은 소프트 정지와 차동 기능을 제공한다. 칼럼 스프링(31)은 도시된 힘-변위 특성을 나타낸다. "정미 함수"로 표기된 그래프는 도 6의 다른 4개의 그래프를 중첩함으로써 얻어진다. 도 6이 나타내는 바에 의하면, 중첩된 스프링들의 물성이 어떠한 소망의 정미 함수라도 제공할 수 있도록, 여러 스프링들이 주위 깊게 선택될 수 있다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 복합 비틀림 스프링들 중 하나 전체가 도면부호 38로 도시되어 있다. 이 스프링은 용도에 따라서 적절한 구조체에 연결되기에 적합한 장착 플랜지(39)를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 스프링은, 도면부호 40으로 도시되고 플랜지에 연결된 관형부를 또한 구비하며, 관형부는 플랜지에 연결된 제1 단부(41)를 구비하고 이로부터 우측으로 제2 단부로 연장된다. 이 제1 관형부는 도면부호 43으로 도시된 적어도 하나의 종방향 슬롯을 구비하는 것으로 도시되어 있다. 도시된 형태에서, 제1 관형부는 그러한 다수의 슬롯들을 구비하고, 슬롯들은 제1 관형부 둘레에 이격되어 있다.
스프링은 제1 관형부(40) 내에 제2 관형부(44)를 구비할 수도 있다. 제2 관형부는 제2 단부(42)에서 제1 관형부에 물리적으로 연결되고, 제1 관형부 내에서 좌측으로 제3 단부(45)로 연장된다. 제2 관형부(44)는 종방향으로 뻗은 적어도 하나의 슬롯(46)을 구비한다. 도시된 형태에서, 그러한 다수의 슬롯이 존재하고 제2 관형부 둘레에 서로 이격되어 있다. 슬롯을 형성시키는 이유는, 비틀림 힘이 제1 단부와 제2 단부 사이에서 스프링에 작용할 때에, 대향 슬롯 벽들이 서로 물리적으로 접촉하기 전의 힘-변위 특성 및 슬롯 벽들이 서로 접촉한 후의 제2 힘-변위 특성을 가지는 능력을 제공하기 위한 것이다. 제2 관형부는 제1 관형부 내에 배치되어 있으나, 실제로는, 2개의 관형부는 역학적으로 연속되어 연결되어 있다. 종방향으로 뻗은 슬롯의 대향 벽들 사이의 원주 방향 거리는, 원하는 특정 힘-변위 특성에 따라서, 2개의 관형부들 간에 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 개량형 스프링의 특유의 특성은 단순한 비틀림 스프링이 아니라는 점이다. 그러나, 비틀림 스프링으로 작용할 수도 있으며, 지면과 같은 면내에서 만곡 변형을 받을 수도 있다. 도 5에 도시된 다양한 비틀림 스프링은 목표로 하는 특별한 힘-변위 특성을 제공하도록 선택적으로 설계되어, 장치의 전체적인 정미 함수에 기여할 수 있다. 복합 스프링의 특유의 또 다른 특징은, 외측 튜브에 반전 배치된 내측 튜브를 구비함으로써, 스프링이 축방향으로 소형이라는 점이다. 이는 도 10에 도시된 바와 같은 소형 패키지 또는 외곽 범위 내에 조종간을 제공할 수 있게 하므로 상당한 장점을 제공한다.
따라서, 본 발명은 개량형 조종간, 이에 사용되는 개량형 링크 장치 및 개량형 복합 스프링을 제공한다.
<변형 형태>
본 발명을 고려하여 많은 변경 및 변형 형태가 이루어질 수 있다. 예를 들면, 한 실시 형태에서는 3개의 짐벌의 기계적 링크와 함께 여러 부재들이 사용되지만, 다른 유형의 연결부가 대안적으로 사용될 수도 있다. 실제로, 연결부는 소켓 이음부, 유니버설 조인트, 기타 이음부의 형태로 단순화될 수 있다. 실제로, 이러한 형태의 주된 장점에 의하면, 그러한 이음부와 연결부는 서로 수직인 축선들을 중심으로 핸들의 복합 선회 운동을 가능하게 하지만, 대안적 구성에서는 다른 유형의 링크 장치가 사용될 수도 있다. 경우에 따라서는, 링크 장치는 링크의 기하학적 형상에 의해 영향을 받는다.
칼럼 스프링은 링크 장치로부터의 모든 반동을 실질적으로 제거하는 데에 특히 유용한 것으로 생각된다. 실제로, 칼럼 스프링은 링크 장치를 지속적으로 가압하여 반동의 감수성을 제거한다. 그러나, 그러한 칼럼 스프링은 바람직하기는 하나 반드시 필수적인 것은 아니다.
도 6에 도시된 바와 같이, 여러 유형의 스프링, 센서 및 감쇠기가 링크 장치의 여러 부분에 결합될 수도 있다. 1차 스프링(33)이 상측 부재에 연결되고 2차 스프링이 중간 부재에 연결되지만, 이러한 배치가 확정적인 것은 아니며 변경될 수도 있다. 또한, 와류 감쇠기의 위치는 변경될 수 있다. 마찬가지로, 이탈 멈춤부(35)의 위치도 필요에 따라 변경되거나 변형될 수 있다.
복합 비틀림 스프링도 독창적인 것이라 할 수 있다. 이 스프링은 x-x 축 주위의 비틀림과 지면(이에 한정되는 것은 아님)과 같은 특정 면에서의 만곡에 저항하도록 배치되어 작동한다는 점에서 복합 스프링으로 볼 수 있다. 가장 간단한 형태에서, 비틀림 스프링은 단지 종방향으로 뻗은 적어도 하나의 슬롯, 바람직하게는 원주 방향으로 이격된 다수의 슬롯이 제공된 관형부를 구비한다. 이 슬롯들의 기능은, 제2 단부가 제1 단부에 대하여 회전할 때에 슬롯 벽들이 서로 접촉하기 전의 힘-변위 특성 및 슬롯 벽들이 서로 접촉한 후의 제2의 다른 힘-변위 특성이 스프링에 구비되도록 하는 것이다. 제1 관형부 둘레에 원주 방향으로 슬롯들을 이격시킴으로써, 스프링은 더욱 대칭적이고 어떠한 특정 방향으로도 만곡에 저항하는 유사한 특성을 가진다. 스프링은 제1 부분 내에 반전된 제2 부분을 구비할 수도 있다. 당해 분야의 기술자는, 제2 단부에서 공통으로 연결된 제1 및 제2 부분이 서로 역학적으로 연속하여 연결된다는 점을 용이하게 이해할 수 있다. 그러나, 반전된 내측 또는 외측 부분은 소형 배치를 가능하게 하고, 이는 항공기 내에서와 같이 공간의 크기가 제한된 경우에 특히 유용하다.
따라서, 본 발명의 간단한 여러 실시 형태와 더욱 상세한 개선 형태가 기재되고 설명되었고 여러 변형 및 변경 형태가 논의되었으나, 당해 분야의 기술자라면, 이하의 청구범위에 의해 규정되고 차별화된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 추가로 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다는 점을 용이하게 이해할 것이다.

Claims (9)

  1. 지지체에 장착되고, 물체의 운동을 조종하도록 구성된 조종간에 있어서,
    2개의 상호 수직 축선들을 중심으로 복합 선회 운동하여 상기 물체를 의도하는 대로 조종하기 위한 입력을 제공하기 위해 상기 지지체에 장착되는 핸들;
    상기 지지체와 핸들 사이에서 작용하는 복합 스프링으로, 상기 복합 스프링은 종방향 축선, 제1 단부와 제2 단부 사이에 연장된 제1 벽 및 상기 제1 벽을 관통하여 연장하며, 상기 제1 단부와 제2 단부들이 서로에 대해 비틀림 회전하도록 대향하는 제1 슬롯 벽들 사이에 구획되는 적어도 하나의 제1 슬롯을 구비하는 제1 관형부를 포함하고, 상기 제1 관형부는 상기 제1 슬롯 벽들이 서로 이격되어 있을 때에는 하나의 힘-변위 특성을 갖고, 상기 제1 슬롯 벽들이 서로 접촉하면 다른 힘-변위 특성을 가지고, 상기 제1 단부와 제2 단부가 공통 면에서 서로에 대해 만곡될 경우에는 제3 힘-변위 특성을 가지는 복합 스프링;
    상기 종방향 축선을 중심으로 상기 제1 단부와 제2 단부 사이에서 상대적인 토션력이나 굴곡력을 선택적으로 가하기 위해 상기 핸들의 운동에 대해 응답하는 링크 장치;를 포함하며,
    상기 복합 스프링이 상기 물체의 시뮬레이션 느낌을 상기 핸들에 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 조종간.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 슬롯은 상기 제1 관형부의 종방향 축선과 평행한 방향으로 세장형인 것을 특징으로 하는 조종간.
  3. 제1항에 있어서,
    다수의 제1 슬롯들을 추가로 포함하고, 상기 제1 슬롯들은 상기 제1 관형부 둘레에 원주 방향으로 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 조종간.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관형부 내에 배치된 제2 관형부를 또한 포함하며, 제2 관형부는 제2 단부와 제3 단부 사이에 연장된 제2 벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 조종간.
  5. 제4항에 있어서,
    제2 관형부는, 제2 벽을 관통하고 대향하는 제2 슬롯벽들 사이에 구획된 적어도 하나의 제2 슬롯을 구비하는 것을 특징으로 하는 조종간.
  6. 제5항에 있어서,
    제2 슬롯은 제2 관형부의 종방향 축선에 평행한 방향으로 세장형인 것을 특징으로 하는 조종간.
  7. 제4항에 있어서,
    다수의 제2 슬롯들을 추가로 포함하고, 제2 슬롯들은 제2 관형부 둘레에 원주 방향으로 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 조종간.
  8. 제4항에 있어서,
    제3 단부는 상기 제1 단부에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 조종간.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2 관형부는 상기 제1 관형부와 역학적으로 연속되어 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 조종간.
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5309138B2 (ja) * 2007-08-08 2013-10-09 ムーグ インコーポレーテッド フライバイワイヤ飛行制御システムでの使用に適合した操縦桿及びそれに使用する連結機構
US9156546B2 (en) * 2008-03-11 2015-10-13 The Boeing Company Active-inceptor tactile-cueing hands-off rate-limit
FR2934065B1 (fr) * 2008-07-17 2010-08-27 Airbus France Dispositif pour la determination de la position d'une manette des gaz dans un aeronef
ES2385950B1 (es) * 2009-10-29 2013-06-06 Eads Construcciones Aeronauticas, S.A. Puesto de mando
EP2580632B1 (en) 2010-06-11 2016-11-09 Mason Electric Co. Multi-axis pivot assembly for control sticks and associated systems and methods
US9051045B2 (en) * 2010-07-28 2015-06-09 Woodward Mpc, Inc. Indirect drive active control column
DE102010035607A1 (de) * 2010-08-27 2012-03-01 Liebherr-Aerospace Lindenberg Gmbh Radsteuerung für ein Luftfahrzeug
CN101976522B (zh) * 2010-09-26 2013-05-01 北京航空航天大学 飞机驾驶盘力反馈系统
FR2966214B1 (fr) * 2010-10-13 2013-06-14 Skf Ab Ensemble de liaison pour joint de transmission et joint de transmission associe.
FR2966213A1 (fr) * 2010-10-15 2012-04-20 Skf Ab Ensemble de liaison pour joint de transmission et joint de transmission associe
CN102452481A (zh) * 2010-10-29 2012-05-16 贵州华阳电工有限公司 自动油门台操纵装置
WO2012068136A2 (en) * 2010-11-15 2012-05-24 Lam Aviation, Inc. Mechanical control mixer and method therefor
WO2012083835A1 (zh) * 2010-12-20 2012-06-28 中国商用飞机有限责任公司 二自由度操纵杆驱动试验装置及其安装方法和控制方法
FR2988689B1 (fr) * 2012-03-27 2014-04-25 Ratier Figeac Soc Dispositif de pilotage d'un vehicule, notamment d'aeronef
CN104812667B (zh) * 2012-11-27 2017-05-31 庞巴迪公司 用于变速杆的故障检测机构
FR3005934B1 (fr) * 2013-05-23 2015-05-01 Airbus Operations Sas Systeme et procede de commande d’un aeronef
US9446838B2 (en) * 2014-08-14 2016-09-20 Gulfstream Aerospace Corporation Systems for inceptor control in fly-by-wire aircraft systems
EP3186146B1 (en) 2014-08-28 2019-10-09 Sikorsky Aircraft Corporation Pitch control system
EP3186147A4 (en) 2014-08-28 2018-04-25 Sikorsky Aircraft Corporation Pitch control system
EP3253601B1 (en) * 2015-02-06 2021-05-26 Bourns, Inc. Vehicle chassis level sensor
US10118688B2 (en) 2015-08-18 2018-11-06 Woodward, Inc. Inherently balanced control stick
CN105292500A (zh) * 2015-11-17 2016-02-03 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种基于人机工效的紧凑型侧杆操纵装置
US10086924B2 (en) 2016-04-29 2018-10-02 Hamilton Sundstrand Corporation Alignment device for a selector lever
CN107066028A (zh) * 2017-06-09 2017-08-18 河北工业大学 单控制手柄宏动六维控制器
US10351257B2 (en) * 2017-09-28 2019-07-16 Hamilton Sundstrand Corporation Retention member monitoring system for slat-flap control lever
KR101982405B1 (ko) 2017-11-06 2019-05-27 서울과학기술대학교 산학협력단 햅틱 컨트롤러 메커니즘
KR101983203B1 (ko) * 2017-12-01 2019-05-28 에어버스 헬리콥터스 전기 제어 부재, 회전익기, 및 방법
US10870482B2 (en) 2018-04-13 2020-12-22 Hamilton Sunstrand Corporation Aircraft control selector levers
US11338935B1 (en) * 2018-09-10 2022-05-24 Textron Innovations, Inc. Automated flight control functional testing
CN109625247A (zh) * 2018-11-30 2019-04-16 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种可调节飞机侧杆臂托
FR3093320B1 (fr) * 2019-02-28 2021-01-29 Airbus Helicopters Mécanisme d’alerte haptique d’un pilote d’aéronef et aéronef.
US11235885B2 (en) * 2019-12-20 2022-02-01 Pratt & Whitney Canada Corp. Method and system for determining a throttle position of an aircraft
US11921536B2 (en) * 2022-01-26 2024-03-05 Woodward, Inc. Soft stop force gradient for control stick

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2594665A (en) * 1950-03-06 1952-04-29 Jack C Lockwood Mechanical cushioning device
US4801019A (en) * 1986-11-13 1989-01-31 Smolen Jr George W Shock absorbing unit assisted by fiberglass reinforced spring
US5002241A (en) * 1989-02-17 1991-03-26 Aerospatiale Societe Nationale Industrielle Tilting stick control device and a flight control system for aircraft comprising at least one such control device
US5125602A (en) * 1989-02-20 1992-06-30 Aerospatiale Societe Nationale Industrielle Tilting stick control device, especially for an aircraft, and system comprising two such devices

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2146943A (en) * 1935-01-02 1939-02-14 Doblhoff Walther Spring arrangement
GB694722A (en) * 1949-03-07 1953-07-29 Ljungstroms Angturbin Ab Improvements in or relating to devices for shifting spring systems
US2706753A (en) * 1952-11-26 1955-04-19 Westinghouse Air Brake Co Circuit controllers
US2983505A (en) * 1957-04-29 1961-05-09 Mather Spring Company Torsion spring
FR1458961A (fr) * 1965-06-10 1966-04-29 Nord Aviation Dispositif de liaison pour machine volante à décollage et à atterrissage verticaux
US3784062A (en) * 1969-07-28 1974-01-08 J Harschel Insert for measuring, mixing and dispensing liquids
US4069720A (en) 1976-11-05 1978-01-24 Thor Wayne A Two axis side controller for aircraft
US4134560A (en) * 1977-09-19 1979-01-16 Messerschmidt Eugene D Helicopter control device
SE431432B (sv) * 1982-06-01 1984-02-06 Saab Scania Ab Styrdon
JPS60180837U (ja) * 1984-05-10 1985-11-30 中央発條株式会社 ト−シヨンバ−
DE3431583A1 (de) * 1984-08-28 1986-03-13 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn Vorrichtung zur automatischen beseitigung von steuerkraftfehlern bei luftfahrzeugen, insbesondere hubschraubern
US4717098A (en) * 1986-05-19 1988-01-05 Mcdonnell Douglas Corporation Actuator for a g-limiter override
US4865277A (en) * 1987-06-15 1989-09-12 Bell Helicopter Textron Inc. Copilot quick connect cyclic stick
JPH0794812B2 (ja) * 1987-12-29 1995-10-11 トヨタ自動車株式会社 インジェクタ用アクチュエータ
US4895039A (en) * 1988-07-20 1990-01-23 Honeywell Inc. Hand controller having pivot axis for minimizing forearm movement
DE3825809A1 (de) * 1988-07-29 1990-02-08 Messerschmitt Boelkow Blohm Steuereinrichtung mit einem steuerknueppel
US5062619A (en) * 1989-04-03 1991-11-05 Nabeya Kogyo Co., Ltd. Non-linear spring
FR2647922B1 (fr) * 1989-05-31 1993-12-31 Sextant Avionique Dispositif de commande electromecanique utilisable pour le pilotage d'un vehicule
US5149023A (en) * 1991-07-12 1992-09-22 The Boeing Company Mechanically-linked side stick controllers with isolated pitch and roll control movement
DE4203367C2 (de) * 1992-02-06 2000-10-05 Hella Kg Hueck & Co Sollwertgeber einer Einrichtung zum Einstellen der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges
US5559432A (en) * 1992-02-27 1996-09-24 Logue; Delmar L. Joystick generating a polar coordinates signal utilizing a rotating magnetic field within a hollow toroid core
US5347204A (en) 1992-10-06 1994-09-13 Honeywell Inc. Position dependent rate dampening in any active hand controller
US5291113A (en) 1992-10-06 1994-03-01 Honeywell Inc. Servo coupled hand controllers
US5456428A (en) 1993-07-21 1995-10-10 Honeywell Inc. Mechanically linked active sidesticks
US5436640A (en) * 1993-10-29 1995-07-25 Thrustmaster, Inc. Video game and simulator joystick controller with geared potentiometer actuation
US5503040A (en) * 1993-11-12 1996-04-02 Binagraphics, Inc. Computer interface device
TW328190B (en) 1994-06-14 1998-03-11 Toshiba Co Ltd Control device of brushless motor and method of fault detection and air conditioner
WO1996032670A1 (fr) * 1995-04-10 1996-10-17 Komatsu Ltd. Dispositif de controle de force de reaction operationnelle pour levier de commande d'une machine a travailler
US5851006A (en) * 1995-06-12 1998-12-22 Trw Fahrwerksysteme Gmbh & Co. Kg Torsional element for steering valves and spring characteristic improving process
US5694014A (en) 1995-08-22 1997-12-02 Honeywell Inc. Active hand controller redundancy and architecture
JP2740145B2 (ja) * 1995-09-12 1998-04-15 コナミ株式会社 多方向操作スイッチ及びこれを用いたドライビングゲーム機
DE19681169B3 (de) * 1995-11-10 2012-03-01 Nintendo Co., Ltd. Steuerhebeleinrichtung
FR2756392B1 (fr) * 1996-11-22 1999-01-22 Aerospatiale Systeme de couplage de manches de commande
US5911390A (en) * 1997-07-09 1999-06-15 Mcdonnell Douglas Corporation Bobweight assembly for establishing a force feedback on a manually movable control element
US5831554A (en) * 1997-09-08 1998-11-03 Joseph Pollak Corporation Angular position sensor for pivoted control devices
DE69737528T2 (de) 1997-12-17 2007-07-12 Moog Fcs B.V. Fernsteuerungssystem zur Fernmanipulation und Fernsteuerungsanordnung, die diesen verwendt
JP3091743B1 (ja) * 1999-03-30 2000-09-25 株式会社コミュータヘリコプタ先進技術研究所 操縦装置
US6459228B1 (en) 2001-03-22 2002-10-01 Mpc Products Corporation Dual input servo coupled control sticks
FR2828919B1 (fr) * 2001-08-23 2003-12-12 Valeo Vision Dispositif de transformation d'un mouvement de translation en mouvement de rotation
US20030057622A1 (en) * 2001-09-27 2003-03-27 Bovio Vincent G. Slipper bushing
JP2003111886A (ja) * 2001-10-04 2003-04-15 Heiwa Corp 遊技操作レバー装置
US7267029B2 (en) * 2001-11-14 2007-09-11 Lord Corporation Balancing device for a rotating member and associated methods
US6634383B2 (en) * 2001-12-14 2003-10-21 Caterpillar Inc. Magnetic detent assist assembly
US6629896B2 (en) * 2001-12-29 2003-10-07 Steven Jones Nimble virtual reality capsule using rotatable drive assembly
WO2005039835A1 (en) * 2003-10-24 2005-05-06 The University Of Western Ontario Force reflective robotic control system and minimally invasive surgical device
US7411576B2 (en) * 2003-10-30 2008-08-12 Sensable Technologies, Inc. Force reflecting haptic interface
US20060022424A1 (en) * 2004-07-30 2006-02-02 Norm Reynolds Torsion spring cartridge
JP5309138B2 (ja) * 2007-08-08 2013-10-09 ムーグ インコーポレーテッド フライバイワイヤ飛行制御システムでの使用に適合した操縦桿及びそれに使用する連結機構
US7950596B2 (en) * 2008-06-27 2011-05-31 Caterpillar Inc. Distributed stiffness biasing spring for actuator system and fuel injector using same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2594665A (en) * 1950-03-06 1952-04-29 Jack C Lockwood Mechanical cushioning device
US4801019A (en) * 1986-11-13 1989-01-31 Smolen Jr George W Shock absorbing unit assisted by fiberglass reinforced spring
US5002241A (en) * 1989-02-17 1991-03-26 Aerospatiale Societe Nationale Industrielle Tilting stick control device and a flight control system for aircraft comprising at least one such control device
US5125602A (en) * 1989-02-20 1992-06-30 Aerospatiale Societe Nationale Industrielle Tilting stick control device, especially for an aircraft, and system comprising two such devices

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US8074940B2 (en) 2011-12-13
WO2009020453A3 (en) 2009-04-16
US8181914B2 (en) 2012-05-22
US20110296941A1 (en) 2011-12-08
JP5309138B2 (ja) 2013-10-09
JP2010535667A (ja) 2010-11-25

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