專利背景
2009年10月前,前後艙駕駛桿和腳蹬機械聯動是有效實現飛機駕駛培訓的最有效方式,教練機駕駛員電傳操縱裝置都只實現了部分方向操縱的前、後艙機械聯動,且聯動桿系直接從中間通道通過,占用了駕駛艙的中間通道,易被跌落的異物卡住,影響飛機安全,所有的附屬檔案都集中布置,並安裝在前艙,與駕駛桿鉸接,這樣整體占用空間較大,有時給飛機帶來額外的重量負擔。這種形式的駕駛員操縱裝置具有以下不足:
1)在進行飛行員培訓時,前後艙操縱未聯動的方向一般都是按一定的比例分配前後艙飛行員的操縱許可權,這種方式一方面不利於學員的訓練,另一方面,當飛機單艙駕駛時無法實現飛機全部的機動能力飛行。
2)集中布置的附屬檔案給結構設計增加了難度,前艙駕駛桿和腳蹬的機械接口複雜,增加製造工藝的難度,要求連續空間大,對於通用教練機相對較小的座艙空間往往甚至無法完成布置。
3)聯動桿系分布在座艙中央,在座艙內通過時占據了座艙中央空間,且桿系暴露在外易被異物卡死,或者增加輔助地板給飛機帶來額外的重量;在座艙外通過的桿系則桿系穿過座艙,不利於座艙密封。
發明內容
專利目的
《一種教練機電傳操縱裝置》的目的是,提供一種電傳操縱裝置,使其達到:
1)體積小,重量輕;
2)為提高飛行員訓練的效率,三軸向的操縱要求前後艙機械聯動且傳動比為1;
3)前後艙之間聯動的桿系要求從左右操縱台下兩側通過,以防止異物卡死和實現座艙簡潔的布局;
4)布局靈活緊湊,機械和電氣部件分散布置,從而實現空間的靈活利用。
技術方案
《一種教練機電傳操縱裝置》包括前艙駕駛桿組件、後艙駕駛桿組件、前艙腳蹬機構、後艙腳蹬機構、縱向聯動桿、橫向聯動桿、航向聯動桿、位移感測器、載荷機構、渦電流阻尼器和縱向調效機構;前艙駕駛桿組件、後艙駕駛桿組件包括轉盒和駕駛桿,轉盒內裝有橫向轉動軸,駕駛桿通過橫向轉動軸安裝在轉盒上方,轉盒兩側的下方裝有縱向轉動軸,縱向轉動軸安裝在支座上,支座固定於座艙地板上,轉盒下固定裝有支臂;前、後艙腳蹬機構通過腳蹬轉動軸安裝在前、後艙腳蹬支座上,前艙腳蹬機構和後艙腳蹬機構通過聯動桿系連線;縱向聯動桿、橫向聯動桿、航向聯動桿分別從前后座艙兩側通過;位移感測器、渦電流阻尼器及調效機構分別安裝在前后座艙:
1)前艙駕駛桿組件的轉盒內還安裝有用於橫向操縱的位移感測器和載荷機構,位移感測器的一端固定於轉盒內並通過叉耳搖臂與上端的橫向轉動軸鉸接,載荷機構的一端固定於轉盒內並與下端的橫向轉動軸鉸接;前艙駕駛桿組件的轉盒內下端的橫向轉動軸與橫拉桿鉸接,橫拉桿通過叉耳搖臂、橫向聯動桿與後艙駕駛桿組件的橫拉桿相鉸接;前艙駕駛桿組件的轉盒下方的兩個支臂分別鉸接有位移感測器和縱拉桿,前艙駕駛桿組件的轉盒在縱向轉軸上方還鉸接有載荷機構,載荷機構的另一端鉸接縱向調效機構,前艙駕駛桿組件通過縱拉桿、扭力管搖臂、扭力管、縱向聯動桿與後艙駕駛桿組件的轉盒下方的支臂鉸接;
2)後艙駕駛桿組件的轉盒的下方和一側分別安裝有縱、橫兩個方向的渦電流阻尼器;
3)前艙腳蹬支座為三面封閉的盒型件,其未封閉的一面朝前艙腳蹬機構的平行四邊形連桿的轉軸方向,並且盒底朝上固定安裝在座艙地板上;前艙腳蹬支座內安裝有位移感測器與載荷機構,位移感測器、載荷機構的一端分別固定於前艙腳蹬支座的一邊,另一端鉸接前艙腳蹬機構上的“T”形搖臂,“T”形搖臂通過橫拉桿、叉耳搖臂、航向聯動桿與後艙腳蹬機構的橫拉桿鉸接。
所述橫向聯動桿、航向聯動桿為兩端裝有叉耳的拉桿,分別與安裝在支座上的叉耳搖臂鉸接,支座固定於座艙地板上;縱向聯動桿為兩端裝有叉耳的拉桿,並與扭力管搖臂鉸接,扭力管兩端裝有扭力管搖臂,扭力管安裝在扭力管支座上,扭力管支座固定於座艙地板上。
所述前艙腳蹬機構或後艙腳蹬機構由左右腳蹬踏板和平行四邊形連桿組成。
有益效果
1)縱、橫、航三軸操縱的前、後艙全部實現了機械聯動,使得前、後艙操縱的機械和電氣特性的完全一致,從而有利於提高訓練效率和飛機的安全操縱。
2)前、後艙操縱桿系通過極少的傳動桿系轉換至操縱台二側通過,從而實現座艙布置的簡潔要求。
3)將駕駛位移感測器、渦電流阻尼器及調效機構等在保證系統重要操縱特性的前提下分散布置在前艙和後艙,從而使得整個駕駛員操縱裝置在座艙內實現了前、後艙空間的靈活高效利用。
附圖說明
圖1是該發明的俯視示意圖;
圖2是該發明的前艙駕駛桿組件1的A向示意圖;
圖3是該發明的後艙駕駛桿組件2的B向示意圖;
圖4是該發明的腳蹬組件C向示意圖。
圖中:1-前艙駕駛桿組件、2-後艙駕駛桿組件、3-前艙腳蹬機構、4-後艙腳蹬機構、5-前艙腳蹬支座、6-後艙腳蹬支座、7-縱向調效機構、8-位移感測器、9-載荷機構、10-渦電流阻尼器、11-扭力管、12-縱向聯動桿、13-橫向聯動桿、14-航向聯動桿、15-扭力管搖臂、16-腳蹬踏板、17-支座、18-支臂、19-“T”形搖臂、20-轉盒、21-駕駛桿、22-縱向轉動軸、23-橫向轉動軸、24-橫拉桿、25-叉耳搖臂、26-縱拉桿、27-平行四邊形連桿、28-扭力管支座、29-腳蹬轉動軸。
權利要求
1.《一種教練機電傳操縱裝置》包括前艙駕駛桿組件[1]、後艙駕駛桿組件[2]、前艙腳蹬機構[3]、後艙腳蹬機構[4]、縱向聯動桿[12]、橫向聯動桿[13]、航向聯動桿[14]、位移感測器[8]、載荷機構[9]、渦電流阻尼器[10]和縱向調效機構[7];前艙駕駛桿組件[1]、後艙駕駛桿組件[2]包括轉盒[20]和駕駛桿[21],轉盒[20]內裝有橫向轉動軸[23],駕駛桿[21]通過橫向轉動軸[23]安裝在轉盒[20]上方,轉盒[20]兩側的下方裝有縱向轉動軸[22],縱向轉動軸[22]安裝在支座[17]上,支座[17]固定於座艙地板上,轉盒[20]下固定裝有支臂[18];前、後艙腳蹬機構[3]、[4]通過腳蹬轉動軸[29]安裝在前、後艙腳蹬支座[5]、[6]上,前艙腳蹬機構[3]和後艙腳蹬機構[4]通過聯動桿系[14]連線;其特徵在於,縱向聯動桿[12]、橫向聯動桿[13]、航向聯動桿[14]分別從前后座艙兩側通過;位移感測器[8]、渦電流阻尼器[10]及調效機構[7]分別安裝在前后座艙:
1)前艙駕駛桿組件[1]的轉盒[20]內還安裝有用於橫向操縱的位移感測器[8]和載荷機構[9],位移感測器[8]的一端固定於轉盒[20]內並通過叉耳搖臂[25]與上端的橫向轉動軸[23]鉸接,載荷機構[9]的一端固定於轉盒[20]內並與下端的橫向轉動軸[23]鉸接;前艙駕駛桿組件[1]的轉盒[20]內下端的橫向轉動軸[23]與橫拉桿[24]鉸接,橫拉桿[24]通過叉耳搖臂[25]、橫向聯動桿[13]與後艙駕駛桿組件[2]的橫拉桿[24]相鉸接;前艙駕駛桿組件[1]的轉盒[20]下方的兩個支臂[18]分別鉸接有位移感測器[8]和縱拉桿[26],前艙駕駛桿組件[1]的轉盒[20]在縱向轉軸[22]上方還鉸接有載荷機構[9],載荷機構[9]的另一端鉸接縱向調效機構[7],前艙駕駛桿組件[1]通過縱拉桿[26]、扭力管搖臂[15]、扭力管[11]、縱向聯動桿[12]與後艙駕駛桿組件[2]的轉盒[20]下方的支臂[18]鉸接;
2)後艙駕駛桿組件[2]的轉盒[20]的下方和一側分別安裝有縱、橫兩個方向的渦電流阻尼器[10];
3)前艙腳蹬支座[5]為三面封閉的盒型件,其未封閉的一面朝前艙腳蹬機構[3]的平行四邊形連桿[27]的轉軸方向,並且盒底朝上固定安裝在座艙地板上;前艙腳蹬支座[5]內安裝有位移感測器[8]與載荷機構[9],位移感測器[8]、載荷機構[9]的一端分別固定於前艙腳蹬支座[5]的一邊,另一端鉸接前艙腳蹬機構[3]上的“T”形搖臂[19],“T”形搖臂[19]通過橫拉桿[24]、叉耳搖臂[25]、航向聯動桿[14]與後艙腳蹬機構[4]的橫拉桿[24]鉸接。
2.根據權利要求1所述教練機電傳操縱裝置,其特徵在於,橫向聯動桿[13]、航向聯動桿[14]為兩端裝有叉耳的拉桿,分別與安裝在支座[17]上的叉耳搖臂[25]鉸接,支座[17]固定於座艙地板上;縱向聯動桿[12]為兩端裝有叉耳的拉桿,並與扭力管搖臂[15]鉸接,扭力管[11]兩端裝有扭力管搖臂[15],扭力管[11]安裝在扭力管支座[28]上,扭力管支座[28]固定於座艙地板上。
3.根據權利要求1所述教練機電傳操縱裝置,其特徵在於,前艙腳蹬機構[3]或後艙腳蹬機構[4]由左右腳蹬踏板[16]和平行四邊形連桿[27]組成。
實施方式
參見附圖1~4,《一種教練機電傳操縱裝置》包括前艙駕駛桿組件1、後艙駕駛桿組件2、前艙腳蹬機構3、後艙腳蹬機構4、縱向聯動桿12、橫向聯動桿13、航向聯動桿14、位移感測器8、載荷機構9、渦電流阻尼器10和縱向調效機構7;前艙駕駛桿組件1、後艙駕駛桿組件2包括轉盒20和駕駛桿21,轉盒20內裝有橫向轉動軸23,駕駛桿21通過橫向轉動軸23安裝在轉盒20上方,轉盒20兩側的下方裝有縱向轉動軸22,縱向轉動軸22安裝在支座17上,支座17固定於座艙地板上,轉盒20下固定裝有支臂18;前、後艙腳蹬機構3、4通過腳蹬轉動軸29安裝在前、後艙腳蹬支座5、6上,前艙腳蹬機構3和後艙腳蹬機構4通過聯動桿系14連線;縱向聯動桿12、橫向聯動桿13、航向聯動桿14分別從前后座艙兩側通過;位移感測器8、渦電流阻尼器10及調效機構7分別安裝在前后座艙:
1)前艙駕駛桿組件1的轉盒20內還安裝有用於橫向操縱的位移感測器8和載荷機構9,位移感測器8的一端固定於轉盒20內並通過叉耳搖臂25與上端的橫向轉動軸23鉸接,載荷機構9的一端固定於轉盒20內並與下端的橫向轉動軸23鉸接;前艙駕駛桿組件1的轉盒20內下端的橫向轉動軸23與橫拉桿24鉸接,橫拉桿24通過叉耳搖臂25、橫向聯動桿13與後艙駕駛桿組件2的橫拉桿24相鉸接;前艙駕駛桿組件1的轉盒20下方的兩個支臂18分別鉸接有位移感測器8和縱拉桿26,前艙駕駛桿組件1的轉盒20在縱向轉軸22上方還鉸接有載荷機構9,載荷機構9的另一端鉸接縱向調效機構7,前艙駕駛桿組件1通過縱拉桿26、扭力管搖臂15、扭力管11、縱向聯動桿12與後艙駕駛桿組件2的轉盒20下方的支臂18鉸接;
2)後艙駕駛桿組件2的轉盒20的下方和一側分別安裝有縱、橫兩個方向的渦電流阻尼器10;
3)前艙腳蹬支座5為三面封閉的盒型件,其未封閉的一面朝前艙腳蹬機構3的平行四邊形連桿27的轉軸方向,並且盒底朝上固定安裝在座艙地板上;前艙腳蹬支座5內安裝有位移感測器8與載荷機構9,位移感測器8、載荷機構9的一端分別固定於前艙腳蹬支座5的一邊,另一端鉸接前艙腳蹬機構3上的“T”形搖臂19,“T”形搖臂19通過橫拉桿24、叉耳搖臂25、航向聯動桿14與後艙腳蹬機構4的橫拉桿24鉸接。
橫向聯動桿13、航向聯動桿14為兩端裝有叉耳的拉桿,分別與安裝在支座17上的叉耳搖臂25鉸接,支座17固定於座艙地板上;縱向聯動桿12為兩端裝有叉耳的拉桿,並與扭力管搖臂15鉸接,扭力管11兩端裝有扭力管搖臂15,扭力管11安裝在扭力管支座28上,扭力管支座28固定於座艙地板上。
前艙腳蹬機構3或後艙腳蹬機構4由左右腳蹬踏板16和平行四邊形連桿27組成。
一種教練機電傳操縱裝置,它由前艙駕駛桿組件1、後艙駕駛桿組件2、前艙腳蹬機構3、後艙腳蹬機構4、縱向聯動桿12、橫向聯動桿13、航向聯動桿14、位移感測器8、載荷機構9、渦電流阻尼器10以及縱向調效機構7組成,並形成縱向操縱系統、橫向操縱系統和航向操縱系統:
縱向操縱系統由前、後艙駕駛桿組件(YKH-10A、YKH-11A)1、2,位移感測器(2588A)8,縱向調效機構(DG-195)7,渦電流阻尼器(ZNQ-1Z)10,載荷機構9以及前後艙聯動的縱向聯動桿12組成.位移感測器8安裝在前艙駕駛桿組件1後方並與駕駛桿轉盒20上的支臂18鉸接,縱向調效機構7和載荷機構9安裝在前艙駕駛桿組件1前方,兩者串聯後與前艙駕駛桿組件1相連,渦電流阻尼器10安裝在後艙駕駛桿組件2前方與後艙駕駛桿組件2鉸接.當飛行員操縱前艙或後艙駕駛桿組件繞縱向轉動軸22前後偏轉時,一方面,前艙或後艙駕駛桿組件1或2的前後運動通過縱向聯動桿12傳遞至後艙或前艙駕駛桿組件2或1;另一方面,前艙駕駛桿組件1的前後運動將使與之相連的載荷機構9壓縮或拉伸,從而產生與操縱位移相對應的力,該力經駕駛桿21傳遞給飛行員,給飛行員提供操縱飛機的力感覺;同時,前艙駕駛桿組件1的前後位移傳遞至位移感測器8上,位移感測器8敏感到該位移時產生一個與位移呈一定關係的電信號,該電信號作為飛行員操縱飛機的縱向操縱指令信號通過電纜傳遞給了飛行控制系統;渦電流阻尼器10串聯在整個縱向操縱系統內增加操縱的阻尼,可通過調節渦電流阻尼器10的阻尼係數來使整個系統的阻尼滿足飛機操縱的需要;當飛行員需要對縱向操縱進行配平操縱時,飛行員的配平指令將會使縱向調效機構7離開中立位置,從而使壓縮的載荷機構9鬆開或使拉伸的載荷機構縮回,載荷機構9產生的操縱力就減小或消失了,達到配平飛機桿力的目的.
橫向操縱系統由與縱向操縱系統共用的前、後艙駕駛桿組件(YKH-10A、YKH-11A)1、2(縱、橫向操縱偏轉軸不同)、位移感測器(2589B)8、橫向渦電流阻尼器(ZNQ-1H)10、載荷機構9以及前、後艙聯動桿系13組成。載荷機構9和位移感測器8並聯安裝於前艙駕駛桿組件1的轉盒20內的橫向傳動桿系,渦電流阻尼器10安裝在後艙駕駛桿組件2上,串聯在桿系內,橫向聯動桿13從操縱台下通過。當飛行員操縱前艙或後艙駕駛桿組件1或2繞橫向轉軸23左右偏轉時,一方面,前艙或後艙駕駛桿組件1或2的左右運動通過聯動桿系13傳遞至後艙或前艙駕駛桿2或1;另一方面,前艙駕駛桿組件1的左右運動將使與之相連的載荷機構9壓縮或拉伸,從而產生與操縱位移相對應的力,該力經駕駛桿21傳遞給飛行員,給飛行員提供操縱飛機的力感覺;同時,前、後艙駕駛桿組件1、2的左右位移傳遞至位移感測器8上,位移感測器8敏感到該位移時產生一個與位移呈一定關係的電信號,該電信號作為飛行員操縱飛機的橫向操縱指令信號通過電纜傳遞給了飛行控制系統;渦電流阻尼器10串聯在整個縱向操縱系統內增加操縱的阻尼,可通過調節渦電流阻尼器10的阻尼係數來使整個系統的阻尼滿足飛機操縱的需要;
航向操縱系統由前、後艙腳蹬組件(YKH-10B、YKH-11B)、位移感測器(2588B)8、載荷機構9、航向聯動桿14組成,腳蹬組件由前、後艙腳蹬機構3、4和前、後艙腳蹬支座5、6組成,前、後艙腳蹬機構3、4由左右腳踏板16和平行四邊形連桿27組成。位移感測器8和載荷機構9安裝在前艙腳蹬支座5下,位移感測器8和載荷機構9一端固定在前艙腳蹬支座5上,另一端與前艙腳蹬機構3相連並鉸接入航向操縱桿系14,航向聯動桿14從右操縱台下通過。當飛行員左蹬或右蹬腳蹬機構3上的左右腳踏板16時,一方面,前艙或後艙左右腳踏板16的運動通過前、後艙腳蹬機構3、4經航向聯動桿14傳遞至後艙左右腳踏板16;另一方面,前艙腳蹬機構3的運動將使與前艙腳蹬機構3相連的載荷機構9壓縮或拉伸,從而產生與操縱位移相對應的力,該力經前艙腳蹬機構3上的左右腳踏板16傳遞給飛行員,給飛行員提供操縱飛機的力感覺;同時,前艙腳蹬機構3上腳踏板16的左右前蹬位移傳遞至位移感測器8上,位移感測器8敏感到該位移時產生一個與位移呈一定關係的電信號,該電信號作為飛行員操縱飛機的航向操縱指令信號通過電纜傳遞給了飛行控制系統。
為實現電傳教練機對PCU子系統,具體實施方式如下:
對於縱向操縱系統,在前艙和後艙分別安裝有前艙駕駛桿組件1和後艙駕駛桿組件2,前、後艙駕駛桿組件1、2固定在前、后座艙地板上;前艙駕駛桿組件1的前方安裝有縱向調效機構7和載荷機構9,縱向調效機構7的安裝底座固定在前艙座艙地板上,縱向調效機構7的旋轉輸出雙叉耳支臂與載荷機構9固定端的耳環套筒通過一個螺栓鉸接,載荷機構9的活動端也是一個耳環接頭,該耳環接頭與前艙駕駛桿組件1的轉盒20上縱向操縱轉軸22上方的叉耳相鉸接.前艙駕駛桿組件1上在縱向操縱轉軸22下方有兩個雙叉耳支臂18,這兩個支臂18中的一個與位移感測器8的一端鉸接,另一個作為前艙駕駛桿組件1的輸出支臂通過一根向前的縱拉桿26與扭力管搖臂15鉸接,前艙駕駛桿組件1後方安裝有一個雙耳支座,該雙耳支座與位移感測器8另一端鉸接.扭力管11將位於駕駛艙中央的前後操縱位移傳遞到了操縱台的一側,位於操縱台一側的桿系再將操縱位移傳遞到了後艙扭力管搖臂15上.扭力管11的外側扭力管搖臂15再通過拉桿26與縱向聯動桿12與後艙駕駛桿組件2上的位於縱向轉軸22下方的輸出支臂18相鉸接.在後艙駕駛桿組件2的轉盒20上的位於縱向轉軸22的上方有一個雙叉耳,該叉耳再通過一根拉桿23與渦電流阻尼器10相鉸接.整個裝置中除與座艙地板相連的地方以外,其他部件之間相連的鉸接形式都是一個單耳與一個雙叉耳通過螺栓鉸接,單耳上都安裝有軸承.
對於橫向操縱系統,前、後艙駕駛桿組件1、2是和縱向操縱系統是共用的,只是縱向操縱和橫向操縱時前、後艙駕駛桿組件1、2所繞的轉動軸不同,縱向轉動軸22在下方,橫向轉動軸23在上方。前艙駕駛桿組件1的轉盒20內下端的橫向轉動軸23與橫拉桿24鉸接,橫拉桿24通過叉耳搖臂25、扭力管搖臂15、扭力管11、橫向聯動桿13與後艙駕駛桿組件2的橫拉桿24相鉸接;後艙駕駛桿組件2的轉盒20的一側安裝有渦電流阻尼器10;與縱向操縱系統一樣,整個橫向操縱系統中除與座艙地板相連的地方以外,其他部件之間相連的鉸接形式都是一個單耳與一個雙叉耳通過螺栓鉸接,單耳上都安裝有軸承。
對於航向操縱系統,在前艙駕駛桿組件1和後艙駕駛桿組件2前方分別布置有腳蹬組件,前、後艙腳蹬機構3、4通過腳蹬轉動軸29安裝在前、後艙腳蹬支座5、6上構成腳蹬組件,在前艙腳蹬支座5內布置有載荷機構9和位移感測器8,載荷機構9和位移感測器8一樣,其一端鉸接至腳蹬機構的“T”形輸出搖臂19上,另一端鉸接在前艙支座的兩個雙叉耳上。前艙腳蹬機構3上的“T”形搖臂19的另外一個支臂鉸接了一根航向聯動桿14,該拉桿將腳蹬操縱位移轉換至左操縱台下方。通過和縱向同樣布置的傳動點將操縱位移傳遞至後艙,再經過與前艙一樣的轉換形式鉸接至後艙腳蹬組件上。
當飛行員蹬踏前、後艙腳蹬機構3、4上的腳踏板16時,一方面,前、後艙腳踏板16的運動通過前、後艙腳蹬機構3、4經航向聯動桿14傳遞至後、前艙的腳踏板16;另一方面,前、後艙腳蹬機構3、4的運動將使與前、後艙腳蹬機構3、4相連的載荷機構9壓縮或拉伸,從而產生與操縱位移相對應的力,該力經前、後艙腳蹬機構3、4上的腳踏板16傳遞給飛行員,給飛行員提供操縱飛機的力感覺;同時,前、後艙腳蹬機構3、4上腳踏板16的左右前蹬位移傳遞至位移感測器8上,位移感測器8敏感到該位移時產生一個與位移呈一定關係的電信號,該電信號作為飛行員操縱飛機的航向操縱指令信號通過電纜傳遞給了飛行控制系統。
榮譽表彰
2014年11月6日,《一種教練機電傳操縱裝置》獲得第十六屆中國專利優秀獎。