一種側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】提供一種側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，包括側(cè)桿頭，用于實(shí)時(shí)顯示或糾正飛行模擬器側(cè)桿的操縱動(dòng)作；核心控制器，其接收外部輸入信號(hào)并處理和傳輸內(nèi)部輸出信號(hào)；顯不與掃頻信號(hào)面板，其與核心控制器相連并顯示輸出信號(hào)及掃頻信號(hào)；角度控制機(jī)構(gòu)，其與側(cè)桿頭相連并由核心控制器控制側(cè)桿頭的運(yùn)動(dòng)角度；力控制機(jī)構(gòu)，其與側(cè)桿頭相連并由核心控制器控制側(cè)桿頭的運(yùn)動(dòng)扭矩；其中，核心控制器通過(guò)接口器接入飛行模擬器的飛控系統(tǒng)。本發(fā)明的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置能夠讓教練員對(duì)飛行員的操縱細(xì)節(jié)感知和糾正；在駕駛員實(shí)時(shí)監(jiān)控和感知條件下，可注入掃頻信號(hào)提高人機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定裕度試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；能夠代替駕駛員完成空行程評(píng)定和縱橫耦合比評(píng)定試驗(yàn)。
【專利說(shuō)明】一種側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，用于飛行模擬器駕駛員培訓(xùn)、試飛驗(yàn)證機(jī)駕 駛員培訓(xùn)、人機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)試驗(yàn)、操縱空行程評(píng)估試驗(yàn)及側(cè)桿與縱橫耦合比試驗(yàn)。

【背景技術(shù)】
[0002] 操縱系統(tǒng)是駕駛艙人機(jī)交互的重要接口，直接影響了飛機(jī)操縱品質(zhì)。側(cè)桿是現(xiàn)代 飛機(jī)操縱系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，它將飛行員與操縱系統(tǒng)聯(lián)系在一起，直接影響駕駛員操縱 感覺(jué)。相對(duì)駕駛桿盤而言，側(cè)桿力感小，操縱靈活，能夠減輕駕駛員操縱負(fù)擔(dān)，但是必須和閉 環(huán)控制律結(jié)合在一起，滿足駕駛員操縱品質(zhì)要求，從而給縱橫耦合比、操縱邏輯等側(cè)桿操縱 設(shè)計(jì)、人機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)確認(rèn)試驗(yàn)、人機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)、駕駛員培訓(xùn)、人為因素分析和評(píng)估 等提出了更高要求。
[0003] 目前的側(cè)桿應(yīng)用中存在以下三個(gè)主要問(wèn)題：
[0004] 第一、由于目前側(cè)桿操縱方式?jīng)]有聯(lián)動(dòng)功能，增加了學(xué)員把握教練操縱細(xì)節(jié)、教練 把握學(xué)員操縱細(xì)節(jié)的難度，也不利于教練及時(shí)發(fā)現(xiàn)和矯正學(xué)員的錯(cuò)誤操縱，給駕駛員培訓(xùn) 帶來(lái)更多培訓(xùn)時(shí)間和培訓(xùn)成本。
[0005] 第二、在飛控系統(tǒng)人機(jī)閉環(huán)穩(wěn)定裕度試驗(yàn)中，目前主要采用飛行員手動(dòng)輸入，操縱 側(cè)桿產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦激勵(lì)信號(hào)。相對(duì)駕駛桿盤而言，飛行員更難操縱出標(biāo)準(zhǔn)的正弦連續(xù)激 勵(lì)信號(hào)，導(dǎo)致無(wú)法用于數(shù)據(jù)分析，也就無(wú)法得到準(zhǔn)確的人機(jī)閉環(huán)穩(wěn)定裕度。
[0006] 第三、桿到舵面不是一一對(duì)應(yīng)比例關(guān)系，駕駛員不知道控制律對(duì)實(shí)際舵面位置的 正或負(fù)的疊加量。在實(shí)際駕駛飛機(jī)過(guò)程中，出現(xiàn)一種現(xiàn)象：舵面運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，駕駛員仍然繼 續(xù)操縱側(cè)桿，導(dǎo)致了操縱空行程；這種現(xiàn)象直接影響駕駛員的期望值。而目前對(duì)于空行程的 評(píng)價(jià)僅依靠大量飛行員定性評(píng)估，而且控制律參數(shù)繁多，更增加人機(jī)試驗(yàn)繁重程度。由于缺 少有效試驗(yàn)手段導(dǎo)致無(wú)法定量評(píng)估，也無(wú)法制定空行程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在飛控系統(tǒng)研發(fā)試驗(yàn)中， 側(cè)桿縱橫耦合比是設(shè)計(jì)關(guān)鍵，直接影響設(shè)計(jì)進(jìn)程。目前僅依靠駕駛員定性評(píng)定，由于缺少試 驗(yàn)手段導(dǎo)致無(wú)法定量評(píng)估，無(wú)法制定縱橫耦合比，也無(wú)法制定縱橫耦合比相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，用于更有效地進(jìn)行駕駛 員培訓(xùn)、人機(jī)閉環(huán)測(cè)試和空行程控制與縱橫耦合比試驗(yàn)。
[0008] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置包括：側(cè)桿頭，用于實(shí)時(shí)顯 示或糾正飛行模擬器側(cè)桿的操縱動(dòng)作；接口器，其包含與外部設(shè)備相連的接口和與核心控 制器相連的接口，用于信號(hào)傳遞；所述的核心控制器，其接收外部輸入信號(hào)并處理和傳輸內(nèi) 部輸出信號(hào)；顯示與掃頻信號(hào)面板，其與所述核心控制器相連并顯示輸出信號(hào)及掃頻信號(hào)； 角度控制機(jī)構(gòu)，其與所述側(cè)桿頭相連并由所述核心控制器控制所述側(cè)桿頭的運(yùn)動(dòng)角度；力 控制機(jī)構(gòu)，其與所述側(cè)桿頭相連并由所述核心控制器控制所述側(cè)桿頭的運(yùn)動(dòng)扭矩；其中，所 述核心控制器通過(guò)接口器接入飛行模擬器的飛控系統(tǒng)。
[0009] 采用了本發(fā)明的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，具有如下優(yōu)點(diǎn)。第一，所述側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置 能夠讓教練員對(duì)飛行員的操縱細(xì)節(jié)感知和對(duì)飛行員操縱動(dòng)作糾正，可以直接應(yīng)用到航空公 司有側(cè)桿的飛行模擬器培訓(xùn)中。第二，所述側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置能夠在駕駛員實(shí)時(shí)監(jiān)控和感 知條件下，注入例如標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)等掃頻信號(hào)，提高人機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定裕度試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確 性，并減少試飛風(fēng)險(xiǎn)。第三，所述側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置能夠代替駕駛員完成空行程評(píng)定和縱橫 奉禹合比評(píng)定試驗(yàn)。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述角度控制機(jī)構(gòu)包括第一電機(jī)、由所述第一電機(jī)驅(qū) 動(dòng)的連接至所述側(cè)桿頭的連桿以及與所述側(cè)桿頭連接的角度傳感器。進(jìn)一步地，所述核心 控制器與角度傳感器和第一電機(jī)形成閉環(huán)控制，由此可以提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，更好?控制實(shí)時(shí)信號(hào)。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述力控制機(jī)構(gòu)包括第二電機(jī)、由所述第二電機(jī)驅(qū)動(dòng) 的連接至所述側(cè)桿頭的連桿以及與所述側(cè)桿頭連接的力傳感器。進(jìn)一步地，所述核心控制 器與力傳感器和第二電機(jī)形成閉環(huán)控制，由此可以提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，更好地控制?shí) 時(shí)信號(hào)。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述側(cè)桿頭設(shè)置于固定的操縱臺(tái)上，并能夠在所述的 操作臺(tái)上進(jìn)行360度的模擬操作，由此可以更好地對(duì)側(cè)桿頭起到固定作用。進(jìn)一步地，所述 的顯示與掃頻信號(hào)面板可以動(dòng)態(tài)顯示駕駛員或者教練員操縱曲線和糾正動(dòng)作曲線，以并行 方式注入或輸出角度掃頻信號(hào)與力的掃頻信號(hào)，由此能夠可靠地進(jìn)行信號(hào)的接收和輸出。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述掃頻信號(hào)包括正弦信號(hào)，因此可以準(zhǔn)確地輸出標(biāo) 準(zhǔn)正弦信號(hào)，提高人機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定裕度試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。進(jìn)一步地，所述輸出信號(hào)包括舵 面信號(hào)、俯仰角速度信號(hào)、橫向角速度信號(hào)，由此可以根據(jù)需要輸出多種信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多種輸 出功能，能夠完成空行程評(píng)定和縱橫耦合比評(píng)定試驗(yàn)。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的顯示與掃頻信號(hào)面板具有存儲(chǔ)功能和回放功 能，從而可以對(duì)已進(jìn)行的操作進(jìn)行事后分析。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置的示意圖。
[0016] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置與外部飛控系統(tǒng)連接時(shí)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置如圖1所示，包括接口器 12、核心控制器5、顯示與掃頻信號(hào)面板6、操縱臺(tái)8、設(shè)置于操縱臺(tái)8上的側(cè)桿頭7、角度控 制機(jī)構(gòu)和力控制機(jī)構(gòu)。側(cè)桿頭7在操縱臺(tái)8上能夠進(jìn)行360度的模擬操作。如圖2所示， 側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置由接口器12連接至外部的飛控系統(tǒng)13,通過(guò)核心控制器5接收外部輸入 信號(hào)并處理和傳輸內(nèi)部輸出信號(hào)。顯不與掃頻信號(hào)面板6與核心控制器5相連對(duì)信號(hào)進(jìn)行 顯示和掃頻。角度控制機(jī)構(gòu)包括第一電機(jī)1、由第一電機(jī)1驅(qū)動(dòng)的連接至側(cè)桿頭7的連桿9 以及與側(cè)桿頭7連接的角度傳感器3,核心控制器5控制側(cè)桿頭7的運(yùn)動(dòng)角度，核心控制器 5與角度傳感器3和第一電機(jī)1形成閉環(huán)控制。力控制機(jī)構(gòu)包括第二電機(jī)2、由第二電機(jī)2 驅(qū)動(dòng)的連接至側(cè)桿頭7的連桿9以及與側(cè)桿頭7連接的力傳感器4,核心控制器5控制側(cè)桿 頭7的運(yùn)動(dòng)扭矩，核心控制器5與力傳感器4和第二電機(jī)2形成閉環(huán)控制。操縱臺(tái)8之上 的側(cè)桿頭7能夠通過(guò)連桿9與力傳感器4和角度傳感器3相連接以接收和輸出信號(hào)。根據(jù) 本發(fā)明的一個(gè)有利方面，顯示與掃頻信號(hào)面板6可以以并行方式注入或接收角度與力的掃 頻信號(hào)，例如正弦信號(hào)，或者其它操作信號(hào)。
[0018] 如圖2所示，當(dāng)側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置用于駕駛員培訓(xùn)時(shí)，側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置的具體 使用描述如下。學(xué)員操縱飛機(jī)側(cè)桿11，信號(hào)通過(guò)接口器12傳入到側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置中的核 心控制器5中，顯示與掃頻信號(hào)面板6實(shí)時(shí)地反映出學(xué)員對(duì)飛機(jī)側(cè)桿11操作時(shí)的角度信號(hào) 和力信號(hào)。核心控制器5進(jìn)一步將學(xué)員操作飛機(jī)側(cè)桿11的角度信號(hào)傳遞給角度傳感器3 和第一電機(jī)1，并通過(guò)連桿9傳輸?shù)轿挥诠潭ǖ牟倏v臺(tái)8上的側(cè)桿頭7 ;同時(shí)，核心控制器5 將學(xué)員操作飛機(jī)側(cè)桿11的力信號(hào)傳遞給力傳感器4和第二電機(jī)2,并通過(guò)連桿9傳輸?shù)轿?于固定的操縱臺(tái)8上的側(cè)桿頭7。由此，側(cè)桿頭7就接收到來(lái)自飛機(jī)側(cè)桿11的角度信號(hào)和 力信號(hào)。教員通過(guò)手握側(cè)桿頭7就能直接感受到學(xué)員操縱飛機(jī)側(cè)桿11時(shí)的角度信號(hào)和力 信號(hào)，并且教員能夠相應(yīng)地通過(guò)操縱側(cè)桿頭7用于糾正學(xué)員操縱飛機(jī)側(cè)桿11時(shí)所輸入的不 當(dāng)?shù)慕嵌刃盘?hào)和力信號(hào)，這兩種信號(hào)可以通過(guò)與連桿9相連接的角度傳感器3和力傳感器4 反饋到核心控制器5中，并顯示在顯示與掃頻信號(hào)面板6上。由此，學(xué)員對(duì)飛機(jī)側(cè)桿11輸 入的角度信號(hào)和力信號(hào)以及教員對(duì)側(cè)桿頭7輸入的角度信號(hào)和力信號(hào)都可以實(shí)時(shí)地顯示 在顯示與掃頻信號(hào)面板6上，從而便捷地指出學(xué)員操縱的不合理之處以及教員對(duì)此的糾正 操作，也可以將學(xué)員和教員的輸入的角度信號(hào)和力信號(hào)疊加地顯示在顯示與掃頻信號(hào)面板 6上，從而直接指出糾正后的信號(hào)情況。有利的是，顯示與掃頻信號(hào)面板6可具有存儲(chǔ)功能， 因此學(xué)員的一系列操作和教員的對(duì)應(yīng)的一系列操作可以被存儲(chǔ)起來(lái)，便于事后對(duì)于學(xué)員操 作過(guò)程和教員對(duì)應(yīng)的操作過(guò)程的具體分析。
[0019] 當(dāng)側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置用于人機(jī)閉環(huán)測(cè)試時(shí)，側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置的具體使用描述如 下。通過(guò)掃頻信號(hào)注入器，可以對(duì)顯示與掃頻信號(hào)面板6并行注入正弦掃頻信號(hào)或者其他 操縱信號(hào)，使得駕駛員能夠操縱出標(biāo)準(zhǔn)的正弦激勵(lì)信號(hào)，從而克服目前經(jīng)常采用的駕駛員 手動(dòng)輸入正弦激勵(lì)信號(hào)的困難和偏差，得到準(zhǔn)確的人機(jī)閉環(huán)穩(wěn)定裕度。
[0020] 當(dāng)側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置用于空行程控制與縱橫耦合比試驗(yàn)時(shí)，側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置的 具體使用描述如下。當(dāng)駕駛員操縱飛機(jī)側(cè)桿11后，角度信號(hào)和力信號(hào)都會(huì)通過(guò)外部的接口 器12傳輸?shù)胶诵目刂破?,并顯示在顯示與掃頻信號(hào)面板6上。此時(shí)，顯示與掃頻信號(hào)面板 6能夠并行注入正弦掃頻信號(hào)或者其他操縱信號(hào)，保證駕駛員在正常監(jiān)控條件下，完成掃頻 試驗(yàn)，同時(shí)得到舵面信號(hào)、俯仰角速度信號(hào)、橫向角速度信號(hào)，進(jìn)而完成空行程和縱橫耦合 比試驗(yàn)。
[0021] 上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施 方式，在所屬【技術(shù)領(lǐng)域】普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的 前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1. 一種側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，其包括： 側(cè)桿頭，其用于實(shí)時(shí)顯示或糾正飛行模擬器側(cè)桿的操縱動(dòng)作； 接口器，其包含與外部設(shè)備相連的接口和與核心控制器相連的接口，用于信號(hào)傳遞； 所述核心控制器，其接收外部輸入信號(hào)并處理和傳輸內(nèi)部輸出信號(hào)； 顯示與掃頻信號(hào)面板，其與所述核心控制器通過(guò)電路相連并顯示輸出信號(hào)及掃頻信 號(hào)； 角度控制機(jī)構(gòu)，其與所述側(cè)桿頭相連并由所述核心控制器控制所述側(cè)桿頭的運(yùn)動(dòng)角 度； 力控制機(jī)構(gòu)，其與所述側(cè)桿頭相連并由所述核心控制器控制所述側(cè)桿頭的運(yùn)動(dòng)扭矩。
2. 如權(quán)利要求1所述的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述角度控制機(jī)構(gòu)包括第一 電機(jī)、由所述的第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)的連接至所述側(cè)桿頭的連桿以及與所述側(cè)桿頭連接的角度傳 感器。
3. 如權(quán)利要求2所述的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述核心控制器與角度傳感 器和第一電機(jī)形成閉環(huán)控制。
4. 如權(quán)利要求1所述的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述力控制機(jī)構(gòu)包括第二電 機(jī)、由所述的第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)的連接至所述側(cè)桿頭的連桿以及與所述側(cè)桿頭連接的力傳感 器。
5. 如權(quán)利要求4所述的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述核心控制器與力傳感器 和第二電機(jī)形成閉環(huán)控制。
6. 如權(quán)利要求1所述的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述側(cè)桿頭設(shè)置于固定的操 縱臺(tái)上并能夠在所述操作臺(tái)上進(jìn)行360度的模擬操作。
7. 如權(quán)利要求1所述的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述顯示與掃頻信號(hào)面板能 夠以并行方式注入或輸出角度與力的掃頻信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求7所述的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述掃頻信號(hào)包括正弦信號(hào)。
9. 如權(quán)利要求1所述的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述輸出信號(hào)包括舵面信號(hào)、 俯仰角速度信號(hào)、橫向角速度信號(hào)。
10. 如權(quán)利要求1所述的側(cè)桿操縱試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述顯示與掃頻信號(hào)面板具 有存儲(chǔ)功能。
【文檔編號(hào)】G09B9/28GK104217623SQ201410483751
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】謝殿煌, 趙京洲, 陸清, 廖軍輝, 葉自清, 徐德勝, 金榮深 申請(qǐng)人:中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司, 中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院