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

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

【背景技術(shù)】
[0002] 操縱系統(tǒng)是駕駛艙人機交互的重要接口，直接影響了飛機操縱品質(zhì)。側(cè)桿是現(xiàn)代 飛機操縱系統(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。相對駕駛桿盤而言，側(cè)桿力感小，操縱靈活，能夠減輕駕駛員操縱負擔，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、人機閉環(huán)系統(tǒng)確認試驗、人機閉環(huán)系統(tǒng)驗證試驗、駕駛員培訓、人為因素分析和評估 等提出了更高要求。
[0003] 目前的側(cè)桿應用中存在以下三個主要問題：
[0004] 第一、由于目前側(cè)桿操縱方式?jīng)]有聯(lián)動功能，增加了學員把握教練操縱細節(jié)、教練 把握學員操縱細節(jié)的難度，也不利于教練及時發(fā)現(xiàn)和矯正學員的錯誤操縱，給駕駛員培訓 帶來更多培訓時間和培訓成本。
[0005] 第二、在飛控系統(tǒng)人機閉環(huán)穩(wěn)定裕度試驗中，目前主要采用飛行員手動輸入，操縱 側(cè)桿產(chǎn)生標準的正弦激勵信號。相對駕駛桿盤而言，飛行員更難操縱出標準的正弦連續(xù)激 勵信號，導致無法用于數(shù)據(jù)分析，也就無法得到準確的人機閉環(huán)穩(wěn)定裕度。
[0006] 第三、桿到舵面不是一一對應比例關(guān)系，駕駛員不知道控制律對實際舵面位置的 正或負的疊加量。在實際駕駛飛機過程中，出現(xiàn)一種現(xiàn)象：舵面運動過程中，駕駛員仍然繼 續(xù)操縱側(cè)桿，導致了操縱空行程；這種現(xiàn)象直接影響駕駛員的期望值。而目前對于空行程的 評價僅依靠大量飛行員定性評估，而且控制律參數(shù)繁多，更增加人機試驗繁重程度。由于缺 少有效試驗手段導致無法定量評估，也無法制定空行程相關(guān)標準。在飛控系統(tǒng)研發(fā)試驗中， 側(cè)桿縱橫耦合比是設(shè)計關(guān)鍵，直接影響設(shè)計進程。目前僅依靠駕駛員定性評定，由于缺少試 驗手段導致無法定量評估，無法制定縱橫耦合比，也無法制定縱橫耦合比相關(guān)標準。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種側(cè)桿操縱試驗裝置，用于更有效地進行駕駛 員培訓、人機閉環(huán)測試和空行程控制與縱橫耦合比試驗。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的側(cè)桿操縱試驗裝置包括：側(cè)桿頭，用于實時顯 示或糾正飛行模擬器側(cè)桿的操縱動作；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，用于信號傳遞；所述的核心控制器，其接收外部輸入信號并處理和傳輸內(nèi) 部輸出信號；顯示與掃頻信號面板，其與所述核心控制器相連并顯示輸出信號及掃頻信號； 角度控制機構(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)桿頭的運動角度；力 控制機構(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)桿頭的運動扭矩；其中，所 述核心控制器通過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)桿操縱試驗裝置，具有如下優(yōu)點。第一，所述側(cè)桿操縱試驗裝置 能夠讓教練員對飛行員的操縱細節(jié)感知和對飛行員操縱動作糾正，可以直接應用到航空公 司有側(cè)桿的飛行模擬器培訓中。第二，所述側(cè)桿操縱試驗裝置能夠在駕駛員實時監(jiān)控和感 知條件下，注入例如標準正弦信號等掃頻信號，提高人機閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定裕度試驗數(shù)據(jù)準確 性，并減少試飛風險。第三，所述側(cè)桿操縱試驗裝置能夠代替駕駛員完成空行程評定和縱橫 奉禹合比評定試驗。
[0010] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述角度控制機構(gòu)包括第一電機、由所述第一電機驅(qū) 動的連接至所述側(cè)桿頭的連桿以及與所述側(cè)桿頭連接的角度傳感器。進一步地，所述核心 控制器與角度傳感器和第一電機形成閉環(huán)控制，由此可以提高信號傳輸?shù)目煽啃裕玫?控制實時信號。
[0011] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述力控制機構(gòu)包括第二電機、由所述第二電機驅(qū)動 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。進一步地，所述核心控制 器與力傳感器和第二電機形成閉環(huán)控制，由此可以提高信號傳輸?shù)目煽啃?，更好地控制?時信號。
[0012] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述側(cè)桿頭設(shè)置于固定的操縱臺上，并能夠在所述的 操作臺上進行360度的模擬操作，由此可以更好地對側(cè)桿頭起到固定作用。進一步地，所述 的顯示與掃頻信號面板可以動態(tài)顯示駕駛員或者教練員操縱曲線和糾正動作曲線，以并行 方式注入或輸出角度掃頻信號與力的掃頻信號，由此能夠可靠地進行信號的接收和輸出。
[0013] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述掃頻信號包括正弦信號，因此可以準確地輸出標 準正弦信號，提高人機閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定裕度試驗數(shù)據(jù)準確性。進一步地，所述輸出信號包括舵 面信號、俯仰角速度信號、橫向角速度信號，由此可以根據(jù)需要輸出多種信號，實現(xiàn)多種輸 出功能，能夠完成空行程評定和縱橫耦合比評定試驗。
[0014] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述的顯示與掃頻信號面板具有存儲功能和回放功 能，從而可以對已進行的操作進行事后分析。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式的側(cè)桿操縱試驗裝置如圖1所示，包括接口器 12、核心控制器5、顯示與掃頻信號面板6、操縱臺8、設(shè)置于操縱臺8上的側(cè)桿頭7、角度控 制機構(gòu)和力控制機構(gòu)。側(cè)桿頭7在操縱臺8上能夠進行360度的模擬操作。如圖2所示， 側(cè)桿操縱試驗裝置由接口器12連接至外部的飛控系統(tǒng)13,通過核心控制器5接收外部輸入 信號并處理和傳輸內(nèi)部輸出信號。顯不與掃頻信號面板6與核心控制器5相連對信號進行 顯示和掃頻。角度控制機構(gòu)包括第一電機1、由第一電機1驅(qū)動的連接至側(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的運動角度，核心控制器 5與角度傳感器3和第一電機1形成閉環(huán)控制。力控制機構(gòu)包括第二電機2、由第二電機2 驅(qū)動的連接至側(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的運動扭矩，核心控制器5與力傳感器4和第二電機2形成閉環(huán)控制。操縱臺8之上 的側(cè)桿頭7能夠通過連桿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。根據(jù) 本發(fā)明的一個有利方面，顯示與掃頻信號面板6可以以并行方式注入或接收角度與力的掃 頻信號，例如正弦信號，或者其它操作信號。
[0018] 如圖2所示，當側(cè)桿操縱試驗裝置用于駕駛員培訓時，側(cè)桿操縱試驗裝置的具體 使用描述如下。學員操縱飛機側(cè)桿11，信號通過接口器12傳入到側(cè)桿操縱試驗裝置中的核 心控制器5中，顯示與掃頻信號面板6實時地反映出學員對飛機側(cè)桿11操作時的角度信號 和力信號。核心控制器5進一步將學員操作飛機側(cè)桿11的角度信號傳遞給角度傳感器3 和第一電機1，并通過連桿9傳輸?shù)轿挥诠潭ǖ牟倏v臺8上的側(cè)桿頭7 ;同時，核心控制器5 將學員操作飛機側(cè)桿11的力信號傳遞給力傳感器4和第二電機2,并通過連桿9傳輸?shù)轿?于固定的操縱臺8上的側(cè)桿頭7。由此，側(cè)桿頭7就接收到來自飛機側(cè)桿11的角度信號和 力信號。教員通過手握側(cè)桿頭7就能直接感受到學員操縱飛機側(cè)桿11時的角度信號和力 信號，并且教員能夠相應地通過操縱側(cè)桿頭7用于糾正學員操縱飛機側(cè)桿11時所輸入的不 當?shù)慕嵌刃盘柡土π盘枺@兩種信號可以通過與連桿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面板6上。由此，學員對飛機側(cè)桿11輸 入的角度信號和力信號以及教員對側(cè)桿頭7輸入的角度信號和力信號都可以實時地顯示 在顯示與掃頻信號面板6上，從而便捷地指出學員操縱的不合理之處以及教員對此的糾正 操作，也可以將學員和教員的輸入的角度信號和力信號疊加地顯示在顯示與掃頻信號面板 6上，從而直接指出糾正后的信號情況。有利的是，顯示與掃頻信號面板6可具有存儲功能， 因此學員的一系列操作和教員的對應的一系列操作可以被存儲起來，便于事后對于學員操 作過程和教員對應的操作過程的具體分析。
[0019] 當側(cè)桿操縱試驗裝置用于人機閉環(huán)測試時，側(cè)桿操縱試驗裝置的具體使用描述如 下。通過掃頻信號注入器，可以對顯示與掃頻信號面板6并行注入正弦掃頻信號或者其他 操縱信號，使得駕駛員能夠操縱出標準的正弦激勵信號，從而克服目前經(jīng)常采用的駕駛員 手動輸入正弦激勵信號的困難和偏差，得到準確的人機閉環(huán)穩(wěn)定裕度。
[0020] 當側(cè)桿操縱試驗裝置用于空行程控制與縱橫耦合比試驗時，側(cè)桿操縱試驗裝置的 具體使用描述如下。當駕駛員操縱飛機側(cè)桿11后，角度信號和力信號都會通過外部的接口 器12傳輸?shù)胶诵目刂破?,并顯示在顯示與掃頻信號面板6上。此時，顯示與掃頻信號面板 6能夠并行注入正弦掃頻信號或者其他操縱信號，保證駕駛員在正常監(jiān)控條件下，完成掃頻 試驗，同時得到舵面信號、俯仰角速度信號、橫向角速度信號，進而完成空行程和縱橫耦合 比試驗。
[0021] 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式做了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施 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)桿操縱試驗裝置，其包括： 側(cè)桿頭，其用于實時顯示或糾正飛行模擬器側(cè)桿的操縱動作； 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，用于信號傳遞； 所述核心控制器，其接收外部輸入信號并處理和傳輸內(nèi)部輸出信號； 顯示與掃頻信號面板，其與所述核心控制器通過電路相連并顯示輸出信號及掃頻信 號； 角度控制機構(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)桿頭的運動角 度； 力控制機構(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)桿頭的運動扭矩。
2. 如權(quán)利要求1所述的側(cè)桿操縱試驗裝置，其特征在于：所述角度控制機構(gòu)包括第一 電機、由所述的第一電機驅(qū)動的連接至所述側(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)桿操縱試驗裝置，其特征在于：所述力控制機構(gòu)包括第二電 機、由所述的第二電機驅(qū)動的連接至所述側(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)桿操縱試驗裝置，其特征在于：所述核心控制器與力傳感器 和第二電機形成閉環(huán)控制。
6. 如權(quán)利要求1所述的側(cè)桿操縱試驗裝置，其特征在于：所述側(cè)桿頭設(shè)置于固定的操 縱臺上并能夠在所述操作臺上進行360度的模擬操作。
7. 如權(quán)利要求1所述的側(cè)桿操縱試驗裝置，其特征在于：所述顯示與掃頻信號面板能 夠以并行方式注入或輸出角度與力的掃頻信號。
8. 如權(quán)利要求7所述的側(cè)桿操縱試驗裝置，其特征在于：所述掃頻信號包括正弦信號。
9. 如權(quán)利要求1所述的側(cè)桿操縱試驗裝置，其特征在于：所述輸出信號包括舵面信號、 俯仰角速度信號、橫向角速度信號。
10. 如權(quán)利要求1所述的側(cè)桿操縱試驗裝置，其特征在于：所述顯示與掃頻信號面板具 有存儲功能。
【文檔編號】G09B9/28GK104217623SQ201410483751
【公開日】2014年12月17日 申請日期: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 申請人:中國商用飛機有限責任公司, 中國商用飛機有限責任公司上海飛機設(shè)計研究院