CN104616561B - 大型运输机的操纵负荷模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种大型运输机的操纵负荷模拟装置，包括机械系统和控制系统。利用高精度绝对值编码器采集驾驶杆的操纵量，通过计算机计算由舵面作用到驾驶杆上的力，通过控制高精度操纵负荷模拟装置来控制驾驶杆上的作用力。实现驾驶杆上的力随飞机飞行高度和速度的变化而变化；模拟自动驾驶时操纵系统的工作情况；实现飞机操纵系统出现特情时的应急处置训练；模拟升降舵配平即零力矩点调节过程，减轻和消除飞行人员的驾驶疲劳。所述的大型运输机的高精度操纵负荷模拟装置有益于提高飞行训练效益和飞行模拟器的逼真度。
Description
技术领域
本发明涉及飞行模拟器技术领域，特别是涉及一种大型运输机的操纵负荷模拟装置。
背景技术
在实际飞行过程中，驾驶杆通过传动机构与飞机的各个舵面相连接，作用在舵面上的气动力通过传动机构作用到驾驶杆上，操纵力随着飞机飞行高度、速度的变化而变化。在运用飞行模拟器实现飞行仿真训练的过程中，逼真的操纵杆力使飞行员有身临其境的感觉，能够达到满意的训练效果。传统的弹簧式操纵负荷模拟系统能很逼真的提供气动力反馈，其不足之处在于：无法实现驾驶杆上的力随飞机飞行高度和速度的变化而变化；不能模拟自动驾驶时操纵系统的工作情况；无法实现飞机操纵系统出现特情时的应急处置训练；不能模拟升降舵配平（零力矩点调节）过程，不能减轻和消除飞行人员的驾驶疲劳。
发明内容
为了提高大型运输机操纵负荷模拟系统的逼真度，本发明提供了一种大型运输机的操纵负荷模拟装置。利用高精度绝对值编码器采集驾驶杆的操纵量，通过计算机来计算由舵面作用到驾驶杆上的力，通过控制高精度操纵负荷模拟装置来控制驾驶杆上的作用力。
本发明的一种大型运输机的操纵负荷模拟装置包括机械系统和控制系统；
Ⅰ、机械系统的构成如下：
传动杆的一端与摇臂的一端相连，摇臂的另一端与驾驶杆相连，传动杆的另一端与丝杠的上端相连，摇臂可以绕第三支点转动；
滑套内壁通过螺纹与丝杠外螺纹咬合，滑套的中间有轴承，滑套的外壳通过轴承与载荷感觉器的右端相连，丝杠电机带动丝杠转动时，滑套可以沿丝杠上下移动；
丝杠下端与丝杠电机相连，丝杠、丝杠电机与滑套均通过安装架与传动轮固连，由上述部件组成的固连组合体可以绕第二支点转动；
载荷感觉器套筒内有弹簧，用来提供飞行员操纵驾驶杆时的操纵力；载荷感觉器左端与摇臂上端相连，摇臂下端与调整片效应电机相连，摇臂可以绕第一支点转动； 调整片效应电机固定在模拟装置固定架上；
电磁离合器的一端面与固定架和传动轮组成的组合体连接，另一端面通过螺栓固定在模拟装置固定架上，当电磁离合器断电时，丝杠、丝杠电机和传动轮整体可以绕第二支点转动；当电磁离合器通电时，电磁离合器两端面吸合，丝杠、丝杠电机和传动轮整体固定在模拟装置固定架上；传动轮通过钢索与自动驾驶仪舵机的自动驾驶仪舵机输出轴相连；
Ⅱ、控制系统的构成如下：
控制系统的组成包括顺次连接的配平微动开关、第一接口电路、计算机、第二接口电路、驱动放大器、调整片中立位置信号灯，计算机还分别与力传感器、角度传感器连接；驱动放大器还与丝杠电机、自动驾驶仪舵机、调整片效应电机分别连接,；
所述的角度传感器采用高精度绝对值编码器，优选高精度16位绝对值光电编码器，可以将飞行员对驾驶杆的操纵量反馈给计算机，由计算机结合飞机飞行的高度、速度计算驾驶杆上的操纵力。
力传感器可以测量由操纵负荷模拟装置作用到驾驶杆上的力，并将测量值与计算机内的杆力曲线进行比较计算，从而形成力闭环。
控制系统接受驾驶杆、计算机解算的姿态信息，将操作和控制信息传输给丝杠、丝杠电机、载荷感觉器、调整片效应电机、自动驾驶仪舵机、电磁离合器以及角度传感器和力传感器。
优选所采用的接口电路的模拟量采样率为16位，通信频率为921600。
下面介绍：（1）本发明提供的一种大型运输机的操纵负荷模拟装置的模拟操纵力随飞机飞行高度、速度的变化
本发明提供的一种大型运输机的操纵负荷模拟装置，飞行员推拉驾驶杆时，计算机通过第一接口电路采集飞行员对驾驶杆的操纵量，结合飞机飞行的高度、速度因素，计算出驾驶杆上操纵力的理论值，理论值与杆力传感器测量到的反馈值进行比较，如果理论值小于测量值，此时计算机控制丝杠电机进行转动，丝杠电机带动丝杠转动，滑套沿丝杠移动离开第二支点，此时载荷感觉器弹簧筒被压缩，当压力传感器测量值和理论值相等时，丝杠电机停止转动；当理论值大于测量值时，滑套沿丝杠向反方向运动，弹簧筒被拉伸，当测量值和理论值相等时，电机停止转动。当滑套位于中立位置时，由载荷感觉器作用到驾驶杆上的力为零，此时飞行员操纵驾驶杆时，驾驶杆上的操纵力为零，在此状态下电磁离合器处于脱开状态，滑套处在第二支点位置处，调整片效应电机处于中立位置，摇臂处在垂直状态。
（2）自动驾驶操纵状态的模拟
当飞行员接通自动驾驶仪，模拟装置中的电磁离合器处于脱开位置，计算机控制自动驾驶仪舵机开始工作，舵机输出轴转动，通过传动钢索带动传动轮转动，因传动轮与丝杠固接在一起，所以丝杠绕第二支点转动，驾驶杆处于随动状态。丝杠上的滑套处于丝杠的中间位置，载荷感觉器处于自然状态；调整片效应电机处于中立位置，从而实现了对自动驾驶仪工作状态的模拟。自动控制系统不工作时，自动驾驶仪舵机不通电，舵机输出轴处于自由状态，所以该装置也不影响正常操纵，整个模拟系统处于随动状态。此时，驾驶杆上的杆力由载荷感觉器提供。
（3）调整片效应机构的模拟
飞行员操纵驾驶杆时，传动杆使丝杠绕第二支点顺时针转动，使载荷感觉器的活塞杆左移压缩弹簧，从而形成了一定的操纵力；若要减小此操纵力，操纵调整片效应机构配平电门，使调整片机构的调整片效应电机工作，将调整片效应电机的活动杆缩入，调整片效应机构带动摇臂绕支点作反时针转动，带动载荷感觉器弹簧筒向左移动，当载荷感觉器弹簧筒向左的移动量等于调整片效应电机向右移动量时，被压缩的弹簧则完全放松，操纵力则减小为零。采用调整片效应电机来模拟飞机上的调整片效应机构，该调整片效应电机接收计算机控制指令，减小或消除驾驶杆上的力；
（4）操纵系统出现卡滞的模拟
模拟操纵系统的卡滞故障是用来模拟飞机在空中飞行时，某一操纵线系出现故障，接通操纵系统模拟装置中电磁离合器的电路，电磁离合器吸合，操纵机构将被卡死，传动轮与固定架固接在一起，在此状态下，飞行员在操纵飞机时，因丝杠电机组合体不能绕第二支点转动，模拟出操纵机构被卡死的故障。当电磁离合器断电，则该系统的模拟装置传动轮与模拟装置的支架分离，模拟操纵系统可正常工作。
有益效果：本发明的一种大型运输机的操纵负荷模拟装置，包括机械系统和控制系统。利用高精度绝对值编码器采集驾驶杆的操纵量，通过计算机计算由舵面作用到驾驶杆上的力，通过控制所述的高精度操纵负荷模拟装置来控制驾驶杆上的作用力，实现驾驶杆上的力随飞机飞行高度和速度的变化而变化；模拟自动驾驶时操纵系统的工作情况；实现飞机操纵系统出现特情时的应急处置训练；模拟升降舵配平即零力矩点调节过程，减轻和消除飞行人员的驾驶疲劳。所述的大型运输机的高精度操纵负荷模拟装置有益于提高飞行训练效益和飞行模拟器的逼真度。
附图说明
图1为一种大型运输机的操纵负荷模拟装置的机械系统的主视图。
图2为一种大型运输机的操纵负荷模拟装置的机械系统的俯视图。
图3为一种大型运输机的操纵负荷模拟装置的控制系统的示意图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施过程。
本发明的一种大型运输机的操纵负荷模拟装置包括机械系统和控制系统；
Ⅰ、机械系统的构成如下：
如图1、图2所示，传动杆（10）的一端与摇臂（9）的一端相连，摇臂（9）的另一端与驾驶杆（16）相连，传动杆（10）的另一端与丝杠（13）的上端相连，摇臂（9）可以绕第三支点（8）转动；
滑套内壁通过螺纹与丝杠（13）外螺纹咬合，滑套（12）的中间有轴承，滑套（12）的外壳通过轴承与载荷感觉器（11）的右端相连，丝杠电机（4）带动丝杠（13）转动时，滑套（12）可以沿丝杠（13）上下移动；
丝杠（13）下端与丝杠电机（4）相连，丝杠（13）、丝杠电机（4）与滑套（12）均通过安装架（18）与传动轮（14）固连，由上述部件组成的固连组合体可以绕第二支点（17）转动；
载荷感觉器（11）套筒内有弹簧，用来提供飞行员操纵驾驶杆时的操纵力；载荷感觉器（11）左端与摇臂（7）上端相连，摇臂（7）下端与调整片效应电机（2）相连，摇臂（7）可以绕第一支点（1）转动； 调整片效应电机（2）固定在模拟装置固定架上；
电磁离合器（3）的一端面与固定架（18）和传动轮（14）组成的组合体连接，另一端面通过螺栓固定在模拟装置固定架上，当电磁离合器（3）断电时，丝杠（13）、丝杠电机（4）和传动轮（14）整体可以绕第二支点（17）转动，当电磁离合器（3）通电时，电磁离合器两端面吸合，丝杠（13）、丝杠电机（4）和传动轮（14）整体固定在模拟装置固定架上；传动轮（14）通过钢索（5）与自动驾驶仪舵机（6）的自动驾驶仪舵机输出轴（15）相连；
Ⅱ、控制系统的构成如下：
如图3所示，控制系统的组成包括顺次连接的配平微动开关、第一接口电路、计算机、第二接口电路、驱动放大器、调整片中立位置信号灯，计算机还分别与力传感器、角度传感器连接；驱动放大器还与丝杠电机（4）、自动驾驶仪舵机（6）、调整片效应电机（2）分别连接,；
所述的角度传感器采用高精度绝对值编码器，优选高精度16位绝对值光电编码器，可以将飞行员对驾驶杆的操纵量反馈给计算机，由计算机结合飞机飞行的高度、速度计算驾驶杆上的操纵力。
力传感器可以测量由操纵负荷模拟装置作用到驾驶杆上的力，并将测量值与计算机内的杆力曲线进行比较计算，从而形成力闭环。
控制系统接受驾驶杆、计算机解算的姿态信息，将操作和控制信息传输给丝杠（13）、丝杠电机（4）、载荷感觉器（11）、调整片效应电机（2）、自动驾驶仪舵机（6）、电磁离合器（3）以及角度传感器和力传感器。
优选所采用的接口电路的模拟量采样率为16位，通信频率为921600。
有关（1）大型运输机的操纵负荷模拟装置的模拟操纵力随飞机飞行高度、速度的变化；（2）自动驾驶操纵状态的模拟；（3）调整片效应机构的模拟；（4）操纵系统出现卡滞的模拟，如前所述。
Claims (3)
1.一种大型运输机的高精度操纵负荷模拟装置，其特征在于，包括机械系统和控制系统；
Ⅰ、机械系统的构成如下：
传动杆（10）的一端与第一摇臂（9）的一端相连，第一摇臂（9）的另一端与驾驶杆（16）相连，传动杆（10）的另一端与丝杠（13）上端相连，第一摇臂（9）可以绕第三支点（8）转动；
滑套内壁通过螺纹与丝杠（13）外螺纹咬合，滑套（12）的中间有轴承，滑套（12）的外壳通过轴承与载荷感觉器（11）的右端相连，丝杠电机（4）带动丝杠（13）转动时，滑套（12）可以沿丝杠（13）上下移动；
丝杠（13）下端与丝杠电机（4）相连，丝杠（13）、丝杠电机（4）与滑套（12）均通过安装架（18）与传动轮（14）固连，由上述部件组成的固连组合体可以绕第二支点（17）转动；
载荷感觉器（11）套筒内有弹簧，用来提供飞行员操纵驾驶杆时的操纵力；载荷感觉器（11）左端与第二摇臂（7）上端相连，第二摇臂（7）下端与调整片效应电机（2）相连，第二摇臂（7）可以绕第一支点（1）转动； 调整片效应电机（2）固定在模拟装置固定架上；
电磁离合器（3）的一端面与固定架（18）和传动轮（14）组成的组合体连接，另一端面通过螺栓固定在模拟装置固定架上，当电磁离合器（3）断电时，丝杠（13）、丝杠电机（4）和传动轮（14）整体可以绕第二支点（17）转动，当电磁离合器（3）通电时，电磁离合器两端面吸合，丝杠（13）、丝杠电机（4）和传动轮（14）整体固定在模拟装置固定架上；传动轮（14）通过钢索（5）与自动驾驶仪舵机（6）的自动驾驶仪舵机输出轴（15）相连；
Ⅱ、控制系统的构成如下：
控制系统的组成包括顺次连接的配平微动开关、第一接口电路、计算机、第二接口电路、驱动放大器、调整片中立位置信号灯，计算机还分别与力传感器、角度传感器连接；驱动放大器还与丝杠电机（4）、自动驾驶仪舵机（6）、调整片效应电机（2）分别连接,；
所述的角度传感器采用高精度绝对值编码器，可以将飞行员对驾驶杆的操纵量反馈给计算机，由计算机结合飞机飞行的高度、速度计算驾驶杆上的操纵力；
力传感器可以测量由操纵负荷模拟装置作用到驾驶杆上的力，并将测量值与计算机内的杆力曲线进行比较计算，从而形成力闭环；
控制系统接受驾驶杆、计算机解算的姿态信息，将操作和控制信息传输给丝杠（13）、丝杠电机（4）、载荷感觉器（11）、调整片效应电机（2）、自动驾驶仪舵机（6）、电磁离合器（3）以及角度传感器和力传感器。
2.如权利要求1所述的一种大型运输机的高精度操纵负荷模拟装置，其特征在于，所述的角度传感器采用的高精度绝对值编码器采用16位绝对值光电编码器。
3.根据权利要求1所述的一种大型运输机的高精度操纵负荷模拟装置，所采用的接口电路的模拟量采样率为16位，通信频率为921600。
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