專(zhuān)利名稱(chēng)：適用于電傳飛行控制系統(tǒng)的控制桿和用于其中的連桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及適用于檢測(cè)和將操作人員的手動(dòng)指令傳給將響 應(yīng)于這種指令運(yùn)動(dòng)的物體(例如機(jī)翼表面等)的控制桿(例如操縱桿、 側(cè)桿等)領(lǐng)域，涉及用于將這種控制桿安裝在合適支撐件上的經(jīng)改良 的連桿，和涉及特別適合用于其中的經(jīng)改良的復(fù)合彈簧。 一種特殊應(yīng) 用預(yù)期通過(guò)電傳飛行控制系統(tǒng)將駕駛員或副駕駛員的指令傳給各種機(jī) 翼表面。
背景技術(shù)：
操縱桿是公知的將駕駛員的手動(dòng)輸入指令傳遞給各種飛機(jī)飛行控 制表面的裝置。在它們?cè)缙诘男问街?，操縱桿通常安裝在駕駛員兩腿 之間的駕駛艙底板上。它們通常安裝成使得該桿能夠圍繞代表飛機(jī)的 縱搖軸和橫搖軸的兩個(gè)相互垂直的軸線(xiàn)作復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。然而，這些 操縱桿的位置和尺寸經(jīng)常干涉到其它裝置和自由，且需要相當(dāng)大的空 間來(lái)提供把柄的容許運(yùn)動(dòng)范圍。
起初，這種操縱桿通過(guò)機(jī)械連桿和纜繩與各種機(jī)翼表面連接。這 些耦合件不必要地笨重和龐大，且不容易允許冗余。
隨著飛機(jī)的性能、控制和復(fù)雜度提高，開(kāi)發(fā)了電傳系統(tǒng)。在這些 系統(tǒng)中，給予操縱桿把柄的各種手動(dòng)輸入首先被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后 它們沿各種冗余路徑被傳給一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)，然后傳給位于遠(yuǎn)處的 控制各種機(jī)翼表面運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)器。因此，來(lái)自操縱桿和柱輪的 機(jī)械傳遞被來(lái)自與該桿相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換器的電傳遞替代。
在最近幾年中，側(cè)桿得到了發(fā)展。它們通常安裝在位于駕駛員和 副駕駛員座位外側(cè)上的扶手前面。駕駛員通常坐在左邊的座位上，副 駕駛員在右邊座位上。因此，駕駛員的側(cè)桿通常在其左邊，副駕駛員
9的側(cè)桿通常在其右邊。因此，駕駛員通常將其左臂放在其左邊的扶手 上，并且將用其左手控制其側(cè)桿，而副駕駛員通常將其右臂放在其右 邊的扶手上，并且將用其右手控制其側(cè)桿。在很多情況下，操縱桿關(guān)
于合適軸線(xiàn)的傾斜被檢測(cè)成位置的函數(shù)(參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利5,125,602 和5,291,113)。在其它情況下，它被檢測(cè)成力或者力矩的函數(shù)(參見(jiàn) 例如美國(guó)專(zhuān)利6，028，409;5，694，010和5，347，204 )。
這些側(cè)桿中的一些安裝在平衡環(huán)上，以允許圍繞縱搖軸和橫搖軸 作全向或復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利5，291，113和5,694,014)。
側(cè)桿通常被看作是"被動(dòng)的"或"主動(dòng)的"。"被動(dòng)，，側(cè)桿單元 ("PSSU")檢測(cè)駕駛員或副駕駛員的縱搖和橫搖指令作為相關(guān)控制桿 關(guān)于該合適軸線(xiàn)的傾斜位移的函數(shù)。這些指令然后被提供給一個(gè)或多 個(gè)飛行控制計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)接著控制各種機(jī)翼表面的運(yùn)動(dòng)以控制 飛機(jī)的縱搖和橫搖。該控制桿可以將冗余指令信號(hào)提供給計(jì)算機(jī)。這 些裝置中的一些使用各種彈簧以給控制桿把柄賦予各種作用力-感覺(jué) 梯度，從而提供給駕駛員和副駕駛員各種狀態(tài)的觸覺(jué)和感覺(jué)(參見(jiàn)例 如美國(guó)專(zhuān)利5,125,602)。
"主動(dòng)"側(cè)桿單元("ASSU，，)與PSSU相似，但是還結(jié)合了馬達(dá)來(lái) 耦合駕駛員和副駕駛員的側(cè)桿的位置。如果駕駛員正在主動(dòng)控制飛機(jī) 且副駕駛員的手離開(kāi)了他的操縱桿，則副駕駛員的桿將被往回驅(qū)動(dòng)以 跟隨和重復(fù)駕駛員給予他的桿的各種位置運(yùn)動(dòng)。籍此，駕駛員和副駕
駛員的桿將并行和一致地同時(shí)傾斜，仿佛從屬于對(duì)方一樣。相反地， 如果副駕駛員正在主動(dòng)控制飛機(jī)且駕駛員的手離開(kāi)了他的桿，則駕駛
員的桿將跟隨和重復(fù)副駕駛員給予他的桿的位置指令。這有時(shí)被稱(chēng)作 "位置再?gòu)?fù)制"(參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利5,125,602)、或"電子交叉駕駛艙互 連"(參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利5,456,428)、或簡(jiǎn)稱(chēng)"交叉耦合，，(參見(jiàn)例如美 國(guó)專(zhuān)利5,694,014)。
如果飛機(jī)設(shè)有自動(dòng)駕駛儀，則自動(dòng)駕駛儀可以產(chǎn)生提供給與駕駛 員和副駕駛員的控制桿相關(guān)聯(lián)的馬達(dá)以返回驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)控制桿的電信 號(hào)。還已知給這種側(cè)桿提供各種反饋力感覺(jué)，其模擬了機(jī)翼表面對(duì)各 種輸入指令的抵抗"感"、或者各種操作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，或者甚至緊 急情況下的振動(dòng)。還已知阻尼這種控制桿，以在操作人員要松開(kāi)該桿 的情況下阻止該桿自由地離開(kāi)手動(dòng)指令位置(參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利
5，125，602; 6,459,228和4，069，720 )。上述專(zhuān)利的每一個(gè)的公開(kāi)內(nèi)容一 同以參考的形式并入本文中。
然而，迄今為止所開(kāi)發(fā)的柱輪、操縱桿和側(cè)桿包括將摩擦、后沖 (backlash)等引入控制桿運(yùn)動(dòng)的各種機(jī)械連桿和耦合件。這些設(shè)計(jì)被 認(rèn)為是笨重和龐大的。它們被認(rèn)為干涉了駕駛員的手動(dòng)輸入信號(hào)從控 制桿到飛行控制計(jì)算機(jī)的連續(xù)平滑傳遞，干涉了用于根據(jù)電子指令的 運(yùn)動(dòng)和作用力返回驅(qū)動(dòng)控制桿的各種電信號(hào)的連續(xù)平滑傳遞。
因此，認(rèn)為存在一種經(jīng)證實(shí)且長(zhǎng)期感受到的需求，即提供適用 于"被動(dòng)"和"主動(dòng)"電傳飛行控制系統(tǒng)的經(jīng)改良的控制桿，用于與這種 經(jīng)改良的控制桿一同使用的經(jīng)改良的連桿，和可能用于其中的經(jīng)改良 的復(fù)合扭簧。
發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)僅以說(shuō)明性而非限制性的目的參引公開(kāi)實(shí)施例的相應(yīng)部件、 部分或表面，本發(fā)明大致提供了一種經(jīng)改良的控制桿20，用于控制桿 中的經(jīng)改良的連桿27,和經(jīng)改良的復(fù)合彈簧38。
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了安裝在支撐件21上并且適于控制物體 (未示出)運(yùn)動(dòng)的控制桿20的改良件。該改良件大致包括支撐件21; 和連桿27，其用于將把柄24安裝在支撐件上以關(guān)于兩個(gè)相互垂直的
軸線(xiàn)Xul ~ X^和Xu2~ Xu2選擇性地作復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而向控制桿提供
輸入。該連桿包括安裝在支撐件上的第一平衡環(huán)22;安裝在第一平 衡環(huán)上的上部構(gòu)件23，該上部構(gòu)件具有設(shè)置在第一平衡環(huán)上方的把柄 24,并且具有設(shè)置在第一平衡環(huán)下方的下部25;中間構(gòu)件26;連接上 部構(gòu)件和中間構(gòu)件的第二平衡環(huán)28;和下部構(gòu)件29，中間構(gòu)件和下部 構(gòu)件之一可移動(dòng)地安裝在中間構(gòu)件和下部構(gòu)件中的另一個(gè)上，以便在使下部構(gòu)件與支撐件相連的第三平衡環(huán)30;和彈性構(gòu)件31，諸如柱簧， 其被設(shè)置成偏置中間構(gòu)件和下部構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。該把柄可 以被抓緊，和選擇性地相對(duì)于支撐件移動(dòng)以向連桿提供輸入。
彈性構(gòu)件31可以被設(shè)置成施加從連桿中大體消除所有后沖的作 用力。該彈性構(gòu)件可以推動(dòng)把柄相對(duì)于支撐件移向零位。
該改良件還可以包括待移動(dòng)的物體(例如機(jī)翼表面和至少一個(gè)轉(zhuǎn) 換器32, 32, 32，其中轉(zhuǎn)換器安裝在支撐件上檢測(cè)連桿的一部分的位 置并且產(chǎn)生與所檢測(cè)的這種位置成正比的電信號(hào)。把柄適于相對(duì)于支 撐件移動(dòng)以導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器提供用于使物體移動(dòng)的指令信號(hào)。
該改良件還可以包括作用于支撐件和連桿之間的多個(gè)彈簧33， 33， 34， 34。這些彈簧具有不同的作用力-偏轉(zhuǎn)特性。這些彈簧中的至 少一個(gè)可以是復(fù)合彈簧38。
在經(jīng)改良的控制桿中，在把柄移離零位的時(shí)候，中間構(gòu)件和下部 構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)范圍可以是在把柄處于其零位時(shí)(a)第一和第二平衡 環(huán)的軸線(xiàn)之間的距離A與(b)第二和第三平衡環(huán)的軸線(xiàn)之間的距離B 的比值的函數(shù)。(i)連接第一和第二平衡環(huán)的軸線(xiàn)的虛擬線(xiàn)與(ii)連 接第二和第三平衡環(huán)的軸線(xiàn)的虛擬線(xiàn)之間的偏角可以大致等于(a)上
部構(gòu)件相對(duì)于連接第一和第三平衡環(huán)的軸線(xiàn)的虛擬線(xiàn)的偏角和(b) 下部構(gòu)件相對(duì)于連接第一和第三平衡環(huán)的軸線(xiàn)的虛擬線(xiàn)的偏角之和。
該改良件還可以包括磁性制動(dòng)器35，其作用于支撐件和連桿之間 以要求在把柄上施加作用力來(lái)將把柄移離零位。
該改良件還可以包括阻尼器36，其作用于支撐件和連桿之間以阻 尼把柄的速率。該阻尼器可以是渦流阻尼器。
該改良件還可以包括馬達(dá)(未示出)，其作用于支撐件和連桿之間 以使連桿作為提供給馬達(dá)的信號(hào)的函數(shù)而運(yùn)動(dòng)。
經(jīng)改良的控制桿可以安裝在具有電傳控制系統(tǒng)的飛機(jī)上，并且該 經(jīng)改良的控制桿可以安裝在駕駛員位和副駕駛員位上。駕駛員和副駕 駛員的控制桿可以交叉耦合以一同移動(dòng)。該飛機(jī)可以具有自動(dòng)駕駛儀，駕駛員和副駕駛員的控制桿可以響應(yīng)于自動(dòng)駕駛儀提供的信號(hào)而一同 移動(dòng)。
在另 一方面，本發(fā)明提供了適于控制物體運(yùn)動(dòng)的控制桿20的改良 件。該改良件包括支撐件21;以可樞轉(zhuǎn)的方式安裝在支撐件上的上 部構(gòu)件23，該上部構(gòu)件具有設(shè)置在其與支撐件的樞轉(zhuǎn)連接件下方的下 部25;中間構(gòu)件26，其具有與上部構(gòu)件的下部樞轉(zhuǎn)連接的上部，并且 具有下部；和下部構(gòu)件29，其具有以可樞轉(zhuǎn)的方式安裝在支撐件上的 下部，并且具有上部；其中，中間構(gòu)件的下部可移動(dòng)地安裝在下部構(gòu) 件的上部上，以便上部構(gòu)件的上部相對(duì)于支撐件的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將形成中 間構(gòu)件和下部構(gòu)件相對(duì)于支撐件的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；和彈性構(gòu)件31，其被設(shè) 置成偏置中間構(gòu)件和下部構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。
上部構(gòu)件可以安裝在支撐件上以關(guān)于位于上部構(gòu)件的長(zhǎng)度中間的
軸線(xiàn)Xul ~ Xul或Xu2 ~ Xu2作樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，上部構(gòu)件可以具有設(shè)置在該軸線(xiàn) 上方并且被設(shè)置用作把柄24的上部，該把柄可以被抓緊和選擇性地操 縱以向連桿提供輸入。
上部構(gòu)件可以安裝成相對(duì)于支撐件關(guān)于兩個(gè)相互垂直的軸線(xiàn)
和 作復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
由彈性構(gòu)件施加的作用力可以推動(dòng)上部構(gòu)件相對(duì)于支撐件朝向零 位移動(dòng)。該彈性構(gòu)件可以被設(shè)置成施加從連桿中大致消除所有后沖的 作用力。由彈性構(gòu)件施加的作用力可以是可調(diào)的。
當(dāng)上部構(gòu)件移離零位的時(shí)候，中間構(gòu)件和下部構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)范
圍可以是當(dāng)上部構(gòu)件處于其零位時(shí)(a)上部構(gòu)件和支撐件之間的樞轉(zhuǎn) 軸與中間構(gòu)件和支撐件之間的樞轉(zhuǎn)軸之間的距離a與(b)中間構(gòu)件
B的比值的函數(shù)。(0連接第一和第二平衡環(huán)的軸的虛擬線(xiàn)與(ii)連 接第二和第三平衡環(huán)的軸的虛擬線(xiàn)之間的偏角可以大致等于(a )上部
之間的樞轉(zhuǎn)軸的虛;以線(xiàn)的偏角和(b)下部構(gòu)件:對(duì);連接二部構(gòu)件
和支撐件之間的樞轉(zhuǎn)軸與下部構(gòu)件與支撐件之間的樞轉(zhuǎn)軸的虛擬線(xiàn)的偏角之和。
上部構(gòu)件和支撐件可以通過(guò)萬(wàn)向接頭、諸如平衡環(huán)機(jī)構(gòu)22連接。 中間構(gòu)件26可以安裝成相對(duì)于上部構(gòu)件關(guān)于兩個(gè)垂直軸線(xiàn)xM1 ~
和 Xm2 ~ xm2 作復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
上部構(gòu)件和中間構(gòu)件可以通過(guò)萬(wàn)向接頭、諸如平衡環(huán)機(jī)構(gòu)28連接。
下部構(gòu)件29可以安裝成相對(duì)于支撐件關(guān)于兩個(gè)相互垂直的軸線(xiàn)
^l1 ~ Xli 和 作復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
下部構(gòu)件和支撐件可以通過(guò)萬(wàn)向接頭、諸如平衡環(huán)機(jī)構(gòu)30連接。 中間構(gòu)件的下部可以可滑動(dòng)地容納在下部構(gòu)件的上部中。 彈性構(gòu)件可以有助于把柄部分的作用力-感覺(jué)梯度。 該改良件還可以包括至少一個(gè)第一位置傳感器32， 32， 32，其
軸線(xiàn)之一的位置的函數(shù)提供i一輸出信^:和可能i至少一個(gè)^二位
移傳感器32, 32， 32，其安裝在支撐件上并且接合上部構(gòu)件的下部以 作為上部構(gòu)件的下部關(guān)于軸線(xiàn)中的另一個(gè)的位置的函數(shù)提供第二輸出 信號(hào)。
該改良件還可以包括第一上部彈簧33，諸如復(fù)合彈簧，其作用 于上部構(gòu)件和支撐件之間以影響使把柄關(guān)于軸線(xiàn)之一運(yùn)動(dòng)所需要的作 用力；和可能地第二上部彈簧33，諸如復(fù)合彈簧，其作用于上部構(gòu)件 和支撐件之間以影響使把柄關(guān)于軸線(xiàn)中的另一個(gè)運(yùn)動(dòng)所需要的作用 力。
該改良件還可以包括第一中間彈簧34，諸如復(fù)合彈簧，其作用 于中間構(gòu)件和支撐件之間以影響使把柄關(guān)于軸線(xiàn)之一運(yùn)動(dòng)所需要的作 用力；和可能地第二中間彈簧34,諸如復(fù)合彈簧，其作用于中間構(gòu)件 和支撐件之間以影響使把柄關(guān)于軸線(xiàn)中的另一個(gè)運(yùn)動(dòng)所需要的作用 力。該第 一 中間彈簧提供作用力-感覺(jué)梯度上的明顯變化以警告操作人 員在把柄位移上的變化。
該改良件還可以包括用于在中間構(gòu)件上施加小作用力的阻礙裝置35 ，其中所述作用力是操作人員抓緊把柄使其脫離零位所要克服的力。 該阻礙裝置可以包括安裝在支撐件和中間構(gòu)件上的多個(gè)磁體。
該改良件還可以包括阻尼器36，其作用于下部構(gòu)件上以阻尼把柄 的速率。該阻尼器可以是渦流阻尼器。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種控制桿20，其大致包括支撐件 21;連桿27，其具有把柄24并且安裝在支撐件上；和多個(gè)位置傳感 器32， 32， 32,其安裝在支撐件上并且在連桿的不同位置上接合連桿， 該位置傳感器中的每一個(gè)都適于產(chǎn)生作為連桿位置相對(duì)于支撐件的位 置的函數(shù)的輸出信號(hào)；多個(gè)彈簧33， 33， 34, 34，其作用于支撐件和 連桿之間以影響連桿的作用力-感覺(jué)特性；磁性制動(dòng)器35，其作用于 支撐件和連桿之間以要求操作人員向把柄施加作用力來(lái)將把柄移離零 位；和阻尼器36,其作用于支撐件和連桿之間以阻尼把柄的速率。
這些彈簧中的每一個(gè)本身可以具有單獨(dú)的作用力-偏移特性，并 且連桿的作用力-感覺(jué)特性可以是這些彈簧的各種單獨(dú)的作用力 - 偏 移特性的函數(shù)。在優(yōu)選實(shí)施例中，連桿的作用力-感覺(jué)特性是彈簧的 各種單獨(dú)的作用力-偏移特性和連桿的幾何結(jié)構(gòu)的總和的函數(shù)。
該彈簧可以推動(dòng)把柄使其相對(duì)于支撐件朝向零位移動(dòng)，彈簧之一 可以被設(shè)置成施加大致從連桿中消除所有后沖的作用力。
在又一方面，本發(fā)明提供了一種復(fù)合彈簧38，其大致包括第一 管狀部分40，其具有在第一端41和第二端42之間延伸的第一壁；至 少一個(gè)第一開(kāi)槽43，所述開(kāi)槽貫穿第一壁并且限定于相對(duì)的開(kāi)槽壁之 間以便在第一和第二端相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，該彈簧將在開(kāi)槽壁彼此隔開(kāi)時(shí)具 有一種作用力-位移特性，而在開(kāi)槽壁彼此接觸時(shí)具有另一種作用力 -位移特性；和在第一和第二端在公共平面中相對(duì)于對(duì)方彎曲時(shí)的第 三種作用力-位移特性。
第一開(kāi)槽可以沿與第一管狀部分的縱軸平行的方向伸長(zhǎng)?？梢跃?有多個(gè)第 一開(kāi)槽，并且這些開(kāi)槽可以關(guān)于第 一管狀部分沿圓周彼此間 隔開(kāi)。
該彈簧還可以包括第二管狀部分44，其設(shè)置在第一管狀部分內(nèi)并且具有在第二端42和第三端45之間延伸的第二壁。第二管狀部分可 以具有至少一個(gè)第二開(kāi)槽46，其貫穿第二壁并且限定于相對(duì)的開(kāi)槽壁 之間。第二開(kāi)槽可以沿與第二管狀部分的縱軸平行的方向伸長(zhǎng)，并且 多個(gè)第二開(kāi)槽可以關(guān)于第二管狀部分沿圓周彼此間隔開(kāi)。
第三端45可以被設(shè)置在第一端41附近。
因此，本發(fā)明的總體目標(biāo)是提供一種經(jīng)改良的控制桿。
另一目標(biāo)是提供用于控制桿中的經(jīng)改良的連桿。
又一目標(biāo)是提供一種經(jīng)改良的復(fù)合彈簧，其特別適于用在控制桿中。
這些和其它目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將從上述和此時(shí)的書(shū)面說(shuō)明、附圖和所附 的權(quán)利要求書(shū)中變得顯而易見(jiàn)。
圖1是經(jīng)改良的控制桿的機(jī)械連桿的一種形式的示意圖，該視圖 示出了當(dāng)把柄相對(duì)于支撐件處于其零位時(shí)，上部構(gòu)件、中間構(gòu)件和下 部構(gòu)件的位置；
圖2是圖1所示結(jié)構(gòu)的示意圖，但是示出了當(dāng)把柄已經(jīng)移至非零 位置時(shí)上部構(gòu)件、中間構(gòu)件和下部構(gòu)件的位置；
圖3是示出了當(dāng)把柄已經(jīng)移至非零位置時(shí)各種連桿構(gòu)件之間的角 度的簡(jiǎn)化示意圖4是示出了當(dāng)把柄已經(jīng)移至非零位置時(shí)作用在各種連桿構(gòu)件上 的作用力和力矩的簡(jiǎn)化示意圖5是控制桿連桿的簡(jiǎn)化示意圖，其示出了作用于支撐件和各種 構(gòu)件之間的各種彈簧、傳感器和阻尼器；
圖6是基本彈簧、第二彈簧的軟停和差動(dòng)函數(shù)、柱簧的作用力(縱 坐標(biāo))Vs旋轉(zhuǎn)角(橫坐標(biāo))特性的一組曲線(xiàn)圖，并且還示出上述所有 彈簧的相加或疊加函數(shù)；
圖7是經(jīng)改良的復(fù)合扭簧的一種形式的軸測(cè)圖8是圖7所示彈簧的側(cè)視圖；圖9是大致在圖8的線(xiàn)9-9上取得的水平剖面圖； 圖IO是經(jīng)改良的控制桿的商業(yè)形式的軸測(cè)圖，其中把柄被示出已 經(jīng)傾斜至非零位置，該圖示出了該特定實(shí)施例的包裝的緊湊性。
具體實(shí)施例方式
首先應(yīng)清楚地認(rèn)識(shí)到始終貫穿這幾個(gè)附圖，同樣的參考數(shù)字用 于標(biāo)識(shí)相同的結(jié)構(gòu)元件、部分或表面，而這些元件、部分或表面本身 可以通過(guò)整個(gè)書(shū)面說(shuō)明書(shū)得到進(jìn)一步描述或解釋?zhuān)?b>具體實(shí)施方式
是 它的組成部分。除非特別指出，否則這些附圖用于結(jié)合說(shuō)明書(shū)一起進(jìn) 行閱讀(例如斷面線(xiàn)、部件的構(gòu)造、比例、角度等)，且應(yīng)被看作是本 發(fā)明的整個(gè)書(shū)面說(shuō)明書(shū)的一部分。在以下描述中，術(shù)語(yǔ)"水平，，、"豎直"、 "左"、"右"、"上"和"下"、及其形容詞性和副詞性的派生詞(例如"7K 平地"、"向右地"、"向上地"等)僅指當(dāng)特定的附圖面向讀者時(shí)，所示 結(jié)構(gòu)的取向。類(lèi)似地，術(shù)語(yǔ)"向內(nèi)地，，和"向外地"通常指表面相對(duì)其延 伸軸或旋轉(zhuǎn)軸(視情況而言)的取向。
現(xiàn)在參見(jiàn)附圖，本發(fā)明提供對(duì)控制桿的某些改良。這種控制桿可 以是操縱桿、側(cè)桿、或者一些其它類(lèi)型的用于遠(yuǎn)程控制物體的控制裝 置。在附圖中，經(jīng)改良的控制桿被描繪成用于飛機(jī)以控制飛機(jī)上的各 種機(jī)翼表面的側(cè)桿。然而，這只是示意性的，并不限制所附權(quán)利要求 書(shū)的范圍。
在圖1、2和5中大體示出了經(jīng)改良的控制桿的一種機(jī)械連桿形式。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖1和2,總體上用20指示的經(jīng)改良的控制桿被示出安 裝在總體上用21指示的合適支撐件上。在飛機(jī)環(huán)境中，控制桿20通 常將被安裝在飛機(jī)駕駛艙中，用來(lái)控制遠(yuǎn)處的物體(諸如襟翼、方向
舵和副翼等)的運(yùn)動(dòng)。
圖l和2所示的構(gòu)造示意性地描繪了連桿(27)，其包括三平衡環(huán) 機(jī)構(gòu)。本文中的"平衡環(huán)"是這樣一種裝置該裝置具有兩個(gè)環(huán)，其被 安裝成相互成直角以便物體可以在其中保持懸掛，而與安裝有該物體 的支撐件的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。它是允許圍繞兩個(gè)相互垂直的軸線(xiàn)作復(fù)合樞轉(zhuǎn)
17運(yùn)動(dòng)的一大類(lèi)接頭和連接件中的一種特殊類(lèi)型。這一大類(lèi)中的其它接 頭和連接件包括萬(wàn)向接頭，允許一個(gè)構(gòu)件相對(duì)另一構(gòu)件作全向樞轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)的球窩接頭，和類(lèi)似物。更具體地，該經(jīng)改良的連桿大致包括第一
或上平衡環(huán)22。上部構(gòu)件23安裝在第一平衡環(huán)上，第一平衡環(huán)安裝 在支撐件上并且用于關(guān)于相互垂直的軸線(xiàn) 的復(fù)合 樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該上部構(gòu)件具有設(shè)在第一平衡環(huán)上方的把柄24，并且具有 設(shè)在第一平衡環(huán)下方的下部25。該連桿被示出還包括中間構(gòu)件26和 第二平衡環(huán)28，第二平衡環(huán)28連接中間構(gòu)件的上邊緣端部和上部構(gòu) 件的下邊緣端部并且用于關(guān)于相互垂直的軸線(xiàn) 和 的復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該裝置還被示出具有下部構(gòu)件29。下部構(gòu)件和中間 構(gòu)件之一可移動(dòng)地安裝在中間構(gòu)件和下部構(gòu)件中的另一個(gè)上。在示出 的構(gòu)造中，中間構(gòu)件26的下邊緣端部可滑動(dòng)且可伸縮地容納在下部構(gòu) 件29中，但是必要時(shí)該構(gòu)造可以顛倒。下部構(gòu)件29的下邊緣端部通 過(guò)第三平衡環(huán)30安裝在支撐件上，其中第三平衡環(huán)用于關(guān)于相互垂直 的軸線(xiàn)xL1 ~ xu和xL2 ~ xL2的復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。螺旋彈簧31被設(shè)置成作 用于下部構(gòu)件和中間構(gòu)件之間。該彈簧始終受到壓縮，且持續(xù)推動(dòng)中
間構(gòu)件相對(duì)于下部構(gòu)件向下運(yùn)動(dòng)。這樣所產(chǎn)生的實(shí)際效果是從該三構(gòu) 件連桿中消除大致所有的后沖。
在圖1中示出的機(jī)械連桿相對(duì)于支撐件處于居中位置或零位上。 在該位置上，所有三個(gè)構(gòu)件23、 26和29的縱軸都垂直對(duì)齊。在圖2 中，最上面的把柄被示出相對(duì)于支撐件向左傾斜，隨著而來(lái)的是上部 構(gòu)件的下邊緣端部的向右運(yùn)動(dòng)。還要注意的是這種運(yùn)動(dòng)是通過(guò)中間
構(gòu)件和下部構(gòu)件關(guān)于軸線(xiàn)XL2 XL2的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、中間構(gòu)件相對(duì)于下部
構(gòu)件的軸向運(yùn)動(dòng)和彈簧31的附加壓縮位移提供的。
如上所述，雖然本發(fā)明被示出是以駕駛員和副駕駛員的側(cè)桿的形 式實(shí)現(xiàn)的，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于理解這種機(jī)構(gòu)可以以操縱桿、 或一些其它類(lèi)型的用于控制物體的控制桿的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。物體本身可 以是飛機(jī)的機(jī)翼表面，或者一些其它物體。
圖3是在把柄已離開(kāi)零位時(shí)連桿的進(jìn)一步簡(jiǎn)化示意圖。雖然平衡環(huán)機(jī)構(gòu)允許關(guān)于兩個(gè)相互垂直的軸線(xiàn)的復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但是在圖3中 示意性示出的實(shí)施例對(duì)各平衡環(huán)只描繪了關(guān)于一條這種軸線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)。
第一平衡環(huán)的上樞轉(zhuǎn)點(diǎn)用Xu2指示，第二平衡環(huán)的中間樞轉(zhuǎn)點(diǎn)用XM2 指示，下平衡環(huán)的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)用XL2指示，從而與上面的命名相一致。在 處于零位時(shí)，中間樞轉(zhuǎn)點(diǎn)XM2和下樞轉(zhuǎn)點(diǎn)化2之間的聯(lián)接用參考數(shù)字
26、 29指示(這是中間構(gòu)件和下部構(gòu)件的有效組合長(zhǎng)度)，而在處于 所示的非零位置時(shí)用參考數(shù)字26，、 29，指示。
當(dāng)把柄處于其零位時(shí)，連桿豎直對(duì)齊，這在圖1中更清楚地示出。 在圖3中，上樞軸和中間樞軸31、 32之間的距離用距離A指示，中
間樞軸和下樞軸Xjvn、 XL2之間的距離用距離B指示。當(dāng)把柄從零位移
至用24，指示的非零位置時(shí)，上部構(gòu)件的下端將擺至用25，指示的位置， 中間構(gòu)件和下部構(gòu)件將移至用26，、 29，指示的替換位置。角度A表示 移動(dòng)的把柄偏離零位的夾角。角度B表示中間構(gòu)件和下部構(gòu)件26，、 29，的軸線(xiàn)偏離零位的夾角。角度C是角度A和B之和。尺寸&表示 在中間構(gòu)件和下部構(gòu)件從零位移至非零位置時(shí)中間構(gòu)件相對(duì)于下部構(gòu) 件的延伸，這通過(guò)彈簧31的進(jìn)一步壓縮來(lái)提供。關(guān)于角B和C、以 及距離f/jc的方程如下
爿wg7W = tan—
5 + (J — cos( ^wg"fe4) x爿)
現(xiàn)在參見(jiàn)圖4，由駕駛員的手施加的作用力Fu通過(guò)把手的臂距 GRP將關(guān)于上樞轉(zhuǎn)點(diǎn)X^形成上力矩Mu。在第二樞轉(zhuǎn)點(diǎn)上施加的作
用力將是距離a和b的函數(shù)。關(guān)于中間樞軸XM2的力矩是可計(jì)算的。
類(lèi)似地，在中間樞轉(zhuǎn)點(diǎn)上施加的作用力也是可計(jì)算的。這些關(guān)系由以 下方程來(lái)表示
F =<formula>formula see original document page 20</formula>
因此，在把柄移離零位的時(shí)候，中間構(gòu)件和下部構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)
范圍是(a)第一和第二平衡環(huán)的軸線(xiàn)之間的距離與(b)第二和第三 平衡環(huán)的軸線(xiàn)之間的距離的比值的函數(shù)。連接第一和第二平衡環(huán)的軸 線(xiàn)的虛擬線(xiàn)與連接第二和第三平衡環(huán)的軸線(xiàn)的虛擬線(xiàn)之間的偏角大致 等于把柄處于其零位時(shí)上部構(gòu)件相對(duì)于連接第一和第三平衡環(huán)的軸線(xiàn) 的虛擬線(xiàn)的偏角和下部構(gòu)件相對(duì)于連接第一和第三平衡環(huán)的軸線(xiàn)的虛 擬線(xiàn)的偏角。
圖5是經(jīng)改良的控制桿20的示意圖，但是進(jìn)一步示出了與之附連 的各種彈簧、傳感器和阻尼器。在圖5中，連桿27再次被示出包括具 有上把柄24和下臂25的上部構(gòu)件23、中間構(gòu)件26和下部構(gòu)件29。 中間構(gòu)件的下邊緣端部被描繪成可伸縮地容納在下部構(gòu)件29中。螺旋 彈簧31持續(xù)推動(dòng)中間構(gòu)件相對(duì)于下部構(gòu)件向下運(yùn)動(dòng)。在圖5中，連桿 被示出安裝成僅在一個(gè)平面上運(yùn)動(dòng)，這是為了簡(jiǎn)化說(shuō)明。上部構(gòu)件23
安裝在支撐件21上以關(guān)于軸線(xiàn)Xu2作樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。中間構(gòu)件的上邊緣端 部以可樞轉(zhuǎn)的方式連接上部構(gòu)件的下邊緣端部以關(guān)于軸線(xiàn)XM2作樞轉(zhuǎn)
運(yùn)動(dòng)。最后，下部構(gòu)件29以可樞轉(zhuǎn)的方式安裝在支撐件上以關(guān)于軸線(xiàn) XL2運(yùn)動(dòng)。應(yīng)清楚地理解該構(gòu)造可包括三個(gè)平衡環(huán)，雖然這些平衡環(huán) 的細(xì)節(jié)未完全示出。
在圖1中，上部構(gòu)件23的運(yùn)動(dòng)由三冗余位置傳感器(其分別用 32指示)檢測(cè)。這些位置傳感器中的三個(gè)被設(shè)置在直徑相對(duì)的位置上。 在離開(kāi)紙張的平面中，還在上部構(gòu)件的任一側(cè)上具有另外三個(gè)位置傳 感器。這些位置傳感器的功能是檢測(cè)和確定上部構(gòu)件相對(duì)于支撐件的 傾斜運(yùn)動(dòng)范圍。由這些位置傳感器中的三個(gè)來(lái)提供三重冗余。
在該位置傳感器內(nèi)，存在分別用33指示的多個(gè)相對(duì)的復(fù)合扭簧。 同樣地，在圖5中示出兩個(gè)相對(duì)的扭簧，并且在離開(kāi)紙張的平面中存 在另外兩個(gè)相對(duì)的彈簧。這些彈簧的功能是為把柄的傾斜運(yùn)動(dòng)提供一 定的作用力-感覺(jué)阻力。這些復(fù)合扭簧的結(jié)構(gòu)和操作在圖7-9中更詳細(xì)地示出，并且在下面進(jìn)行描述。
用34、 34指示的另外一些扭簧作用于上部構(gòu)件和中間構(gòu)件之間以 提供一定的第二彈簧功能和軟停。這種構(gòu)造還可以包括用35指示的磁 性制動(dòng)器，其將必然要求駕駛員施加一定的作用力來(lái)使連桿移離零位。
仍然參見(jiàn)圖5，分別用36指示的相對(duì)的渦流阻尼器被設(shè)置成作用 于支撐件和下部構(gòu)件之間，以阻尼連桿的運(yùn)動(dòng)速率。同樣地，實(shí)際上 具有成對(duì)地相對(duì)設(shè)置的四個(gè)速率阻尼器。
圖6說(shuō)明了在圖5中示出的各種彈簧的單獨(dú)功能，并且以圖解的 方式說(shuō)明了歸因于它們的疊加的凈函數(shù)?；緩椈珊瘮?shù)被描繪成縱坐 標(biāo)(作用力)和橫坐標(biāo)(旋轉(zhuǎn)度)之間的直線(xiàn)。第二彈簧34提供軟停 和差動(dòng)(differential),如圖6指示的那樣。柱簧31具有所示作用力 -位移特性。標(biāo)為"凈功能"的曲線(xiàn)是通過(guò)將圖6中示出的其它四條曲 線(xiàn)疊加而獲得的。圖6說(shuō)明了可以精心挑選所述各種彈簧以使它們的 特性在被疊加時(shí)可以賦予所需要的任何凈功能。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖7-9，復(fù)合扭簧之一總體上用38指示。該彈簧被示出 具有安裝凸緣39，其適于被連接到合適結(jié)構(gòu)(取決于它的應(yīng)用)上。 該彈簧還具有連接到凸緣上的第一管狀部分(其用40指示)，其具有 連接到凸緣上的第一端41并且從該第一端開(kāi)始向右延伸至第二端42。 該第一管狀部分被示出具有用43指示的至少一個(gè)縱向開(kāi)槽。在示出的 形式中，第一管狀部分具有多個(gè)這種開(kāi)槽，并且這些開(kāi)槽相對(duì)于第一 管狀部分沿圓周間隔開(kāi)。
該彈簧還可以在第一管狀部分40內(nèi)具有第二管狀部分44。第二 管狀部分在第二端42上與第一管狀部分物理連接，并且在第一管狀部 分內(nèi)向左延伸至第三端45。第二管狀部分44具有至少一個(gè)縱向延伸 的開(kāi)槽46。在示出的形式中存在多個(gè)這種開(kāi)槽，并且這些開(kāi)槽關(guān)于第 二管狀部分沿圓周彼此間隔開(kāi)。這些開(kāi)槽的目的是提供以下能力，即 當(dāng)在相對(duì)的開(kāi)槽壁彼此物理接觸之前將扭力施加在處于第一端和第三 端之間的彈簧上時(shí)，具有一種作用力-位移特性，而在這種開(kāi)槽壁相互 接觸之后具有第二種作用力-位移特性。實(shí)際上，這兩個(gè)管狀部分是以
21串聯(lián)的方式機(jī)械連接的，雖然第二管狀部分是被設(shè)在第一管狀部分內(nèi) 的。拿這兩個(gè)管狀部分相比，開(kāi)槽的相對(duì)的縱向延伸的壁之間的圓周 間距可以相同，也可以不同，這要取決于所需要的特殊的作用力 -位 移特性。此外，經(jīng)改良的彈簧的一個(gè)獨(dú)特特征在于它不是單純的扭簧。 相反地，它可以用作扭簧，也可以在平面(諸如紙張平面)上彎曲。
在圖5中示出的各種扭簧可以選擇性地被設(shè)計(jì)成提供所需要的特定的 作用力-位移特性，以有助于裝置的總體凈功能。復(fù)合彈簧的另一獨(dú)特 特征在于通過(guò)在外管上具有位置顛倒的內(nèi)管，使彈簧軸向緊湊。這 提供了很多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗沟媚軌驅(qū)⒖刂茥U設(shè)在小型包裝或殼體內(nèi)， 正如圖10示出的那樣。
因此，本發(fā)明提供了經(jīng)改良的控制桿、用于其中的經(jīng)改良的連桿、 和經(jīng)改良的復(fù)合彈簧。
改進(jìn)
本發(fā)明預(yù)期可以進(jìn)行多種改變和改進(jìn)。例如，雖然一種形式利用 了具有各種構(gòu)件的三平衡環(huán)機(jī)械連桿，但是可以替換使用其它類(lèi)型的 連接件。實(shí)際上，該連接件可以簡(jiǎn)化成一種球窩接頭、萬(wàn)向接頭、或 一些其它接頭。實(shí)際上，雖然這些形式的主要優(yōu)點(diǎn)在于這種接頭和連 接件允許把柄關(guān)于相互垂直的軸線(xiàn)作復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但是在替換構(gòu)造 中可以使用其它類(lèi)型的連桿。在一些情況下，連桿可能受到這些聯(lián)接 的幾何結(jié)構(gòu)的影響。
柱簧被認(rèn)為在從連桿中消除大致所有后沖上特別有效。實(shí)際上， 它持續(xù)偏壓連桿以消除后沖感。然而，雖然希望具有這種柱簧，但它
并不是絕對(duì)關(guān)鍵的。
在圖6中示出的不同類(lèi)型的彈簧、傳感器和阻尼器可以與連桿的 不同部件相關(guān)聯(lián)。雖然主彈簧33與上部構(gòu)件相關(guān)聯(lián)并且第二彈簧與中 間構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，但是這種構(gòu)造并不是不可變化的，而是可以改變的。 渦流阻尼器的位置也可以被改變。類(lèi)似地，分離制動(dòng)器35的位置也可 以根據(jù)需要改變和改進(jìn)。復(fù)合扭簧也被認(rèn)為是獨(dú)一無(wú)二的。該彈簧被認(rèn)為是這樣一種復(fù)合 彈簧，其可操作地被設(shè)置成既抵抗關(guān)于其軸線(xiàn)X-X的扭轉(zhuǎn)、又抵抗在 特定平面上的彎曲，其中特定平面諸如(但不限于)是紙張平面。在 其最簡(jiǎn)單的形式中，扭簧只具有一個(gè)管狀部分，其中該管狀部分設(shè)有 至少一個(gè)、但優(yōu)選多個(gè)沿圓周隔開(kāi)的縱向延伸的開(kāi)槽。這些開(kāi)槽的功 能是使彈簧將在第二端相對(duì)于第一端旋轉(zhuǎn)時(shí)并且在開(kāi)槽壁相互接觸之 前具有一種作用力-位移特性，而在開(kāi)槽壁相互接觸之后具有不同的 第二作用力—位移特性。通過(guò)使開(kāi)槽關(guān)于第一管狀部分沿圓周間隔開(kāi)，
彈簧更為對(duì)稱(chēng)，并且在任何特定方向上都具有相似的抵抗彎曲的特性。 該彈簧還可以在第一部分內(nèi)具有顛倒的第二部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員將
易于認(rèn)識(shí)到在第二端上共同連接的第一和第二部分以串聯(lián)的方式彼 此機(jī)械連接。然而，相顛倒的內(nèi)部或第二部分允許一種緊湊的構(gòu)造， 并且這被認(rèn)為在殼體尺寸受限的情況下(諸如在飛機(jī)中)特別有用。
因此，雖然已經(jīng)示出并且描述了本發(fā)明的幾種簡(jiǎn)化并且逐漸詳細(xì) 的實(shí)施例，并且已經(jīng)討論了它們的幾種改進(jìn)和改變，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員將易于認(rèn)識(shí)到可以進(jìn)行各種另外的改變和改進(jìn)，而不脫離由以下 權(quán)利要求定義和區(qū)分的本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1.一種安裝在支撐件上并且適于控制物體運(yùn)動(dòng)的控制桿，其包括支撐件；連桿，其用于將把柄安裝在所述支撐件上以繞著兩個(gè)相互垂直的軸線(xiàn)選擇性地作復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而向所述控制桿提供輸入，所述連桿包括安裝在所述支撐件上的第一平衡環(huán)；安裝在所述第一平衡環(huán)上的上部構(gòu)件，所述上部構(gòu)件具有設(shè)置在所述第一平衡環(huán)上方的把柄和具有設(shè)置在所述第一平衡環(huán)下方的下部；中間構(gòu)件；連接所述上部構(gòu)件和中間構(gòu)件的第二平衡環(huán)；以及下部構(gòu)件，所述中間構(gòu)件和下部構(gòu)件之一以可移動(dòng)的方式安裝在所述中間構(gòu)件和下部構(gòu)件中的另一個(gè)上以在所述把柄相對(duì)于所述支撐件移動(dòng)時(shí)允許所述中間構(gòu)件和下部構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；使所述下部構(gòu)件與所述支撐件相連的第三平衡環(huán)；和彈性構(gòu)件，其被設(shè)置成在所述中間構(gòu)件和下部構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向上偏壓；從而所述把柄能夠被抓緊和選擇性地相對(duì)于所述支撐件移動(dòng)以向所述連桿提供輸入。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制桿，其特征在于，所述彈性構(gòu)件被設(shè) 置成施加大致從所述連桿中消除所有后沖的作用力。
3. 如權(quán)利要求l所述的控制桿，其特征在于，所述彈性構(gòu)件推動(dòng) 所述把柄以相對(duì)于所述支撐件朝向零位運(yùn)動(dòng)。
4. 如權(quán)利要求1所述的控制桿，其還包括 待移動(dòng)的物體；和至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器，其安裝在所述支撐件上以感測(cè)所述連桿的一部 分的位置并且產(chǎn)生與所感測(cè)到的位置成正比的電信號(hào)；以及其中所述把柄適于相對(duì)于所述支撐件移動(dòng)以使所述轉(zhuǎn)換器提供用 于使所述物體移動(dòng)的指令信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求1所述的控制桿，其還包括在所述支撐件和所述連桿之間作用的多個(gè)彈簧。
6. 如權(quán)利要求5所述的控制桿，其特征在于，各種彈簧具有不同 的作用力-偏移特性。
7. 如權(quán)利要求6所述的控制桿，其特征在于，所述各種彈簧中的 至少一個(gè)是復(fù)合彈簧。
8. 如權(quán)利要求1所述的控制桿，其特征在于，當(dāng)所述把柄移動(dòng)離 開(kāi)零位時(shí)，所述中間構(gòu)件和下部構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)范圍是在所述把柄處 于其零位時(shí)(a)第一和第二平衡環(huán)的軸線(xiàn)之間的距離與(b)第二和 第三平衡環(huán)的軸線(xiàn)之間的距離的比值的函數(shù)。
9. 如權(quán)利要求1所述的控制桿，其特征在于，在(i)連接第一 和第二平衡環(huán)的軸線(xiàn)的虛擬線(xiàn)與(ii)連接第二和第三平衡環(huán)的軸線(xiàn)的虛擬線(xiàn)之間的偏角基本上等于(a )上部構(gòu)件相對(duì)于連接第一和第三 平衡環(huán)的軸線(xiàn)的虛擬線(xiàn)的偏角和(b)下部構(gòu)件相對(duì)于連接第一和第 三平衡環(huán)的軸線(xiàn)的虛擬線(xiàn)的偏角之和。
10. 如權(quán)利要求1所述的控制桿，其還包括一磁性制動(dòng)器，其作 用于所述支撐件和所述連桿之間，因?yàn)橐笤谒霭驯鲜┘幼饔昧?來(lái)使所述把柄移動(dòng)離開(kāi)零位。
11. 如權(quán)利要求1所述的控制桿，其還包括一阻尼器，其作用于 所述支撐件和所述連桿之間以阻尼所述把柄的速度。
12. 如權(quán)利要求11所述的控制桿，其特征在于，所述阻尼器是渦 流阻尼器。
13. 如權(quán)利要求1所述的控制桿，其還包括一馬達(dá)，其作用于所 述支撐件和連桿之間以使所述連桿作為供給所述馬達(dá)的信號(hào)的函數(shù)而 運(yùn)動(dòng)。
14. 如權(quán)利要求13所述的控制桿，其特征在于，所述控制桿安裝 在具有電傳控制系統(tǒng)的飛機(jī)上，其中所述控制桿安裝在駕駛員位和副 駕駛員位上，并且駕駛員和副駕駛員的控制桿交叉耦聯(lián)以一同移動(dòng)。
15. 如權(quán)利要求14所述的控制桿，其特征在于，所述飛機(jī)具有自 動(dòng)駕駛儀，并且所述駕駛員和副駕駛員的控制桿響應(yīng)于所述自動(dòng)駕駛儀提供的信號(hào)而一同移動(dòng)。
16. —種適于控制物體運(yùn)動(dòng)的控制桿，其包括 支撐件；以可樞轉(zhuǎn)的方式安裝在所述支撐件上的上部構(gòu)件，所述上部構(gòu)件 具有設(shè)置在其與所述支撐件的樞轉(zhuǎn)連接部下方的下部；中間構(gòu)件，其具有與所述上部構(gòu)件的下部樞轉(zhuǎn)連接的上部，并且 具有下部；和下部構(gòu)件，其具有以可樞轉(zhuǎn)的方式安裝在所述支撐件上的下部， 并且具有上部；其中所述中間構(gòu)件的下部以能夠移動(dòng)的方式安裝在所述下部構(gòu)件 的上部上，使得所述上部構(gòu)件的上部相對(duì)于所述支撐件的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將 產(chǎn)生所述中間構(gòu)件和下部構(gòu)件相對(duì)于所述支撐件的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；和彈性構(gòu)件，其被設(shè)置成在所述中間構(gòu)件和下部構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)方向上偏壓。
17. 如權(quán)利要求16所述的控制桿，其特征在于，(a)所述上部構(gòu) 件安裝在所述支撐件上以繞著處于所述上部構(gòu)件的長(zhǎng)度中間的軸線(xiàn)作 樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，(b)所述上部構(gòu)件具有設(shè)置在所述軸線(xiàn)上方并且被設(shè)置用 作把柄的上部，以及(c)所述把柄能夠被抓緊和選擇性地操縱以向所 述連桿提供輸入。
18. 如權(quán)利要求16所述的控制桿，其特征在于，所述上部構(gòu)件安 裝成相對(duì)于所述支撐件繞著兩個(gè)相互垂直的軸線(xiàn)作復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
19. 如權(quán)利要求16所述的控制桿，其特征在于，由所述彈性構(gòu)件 施加的作用力推動(dòng)所述上部構(gòu)件以相對(duì)于所述支撐件朝向零位移動(dòng)。
20. 如權(quán)利要求16所述的控制桿，其特征在于，所述彈性構(gòu)件被 設(shè)置成施加基本上從所述連桿中消除所有后沖的作用力。
21. 如權(quán)利要求16所述的控制桿，其特征在于，由所述彈性構(gòu)件 施加的作用力是可調(diào)的。
22. 如權(quán)利要求16所述的控制桿，其特征在于，當(dāng)所述上部構(gòu)件 移離零位時(shí)，所述中間構(gòu)件和下部構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)范圍是上部構(gòu)件處于其零位時(shí)(a )所述上部構(gòu)件和所述支撐件之間的樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與所述中 間構(gòu)件和所述支撐件之間的樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)之間的距離與(b)所述中間構(gòu) 件和所述支撐件之間的樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與所述下部構(gòu)件和所述支撐件之間的 樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)之間的距離的比值的函數(shù)。
23. 如權(quán)利要求16所述的控制桿，其特征在于，(a)介于(i) 連接第一和第二平衡環(huán)的軸線(xiàn)的虛擬線(xiàn)與(ii)連接第二和第三平衡 環(huán)的軸線(xiàn)的虛擬線(xiàn)之間的偏角基本上等于(b)上部構(gòu)件相對(duì)于連接 上部構(gòu)件和支撐件之間的樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與下部構(gòu)件與支撐件之間的樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的虛擬線(xiàn)的偏角和(c )下部構(gòu)件相對(duì)于連接上部構(gòu)件和支撐件之間 的樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與下部構(gòu)件與支撐件之間的樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的所述虛擬線(xiàn)的偏角 之和。
24. 如權(quán)利要求16所述的控制桿，其特征在于，所述上部構(gòu)件和 所述支撐件通過(guò)萬(wàn)向接頭連接。
25. 如權(quán)利要求24所述的控制桿，其特征在于，所述萬(wàn)向接頭是 平衡環(huán);f幾構(gòu)。
26. 如權(quán)利要求16所述的控制桿，其特征在于，所述中間構(gòu)件安 裝成相對(duì)于所述支撐件繞著兩個(gè)垂直軸線(xiàn)作復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
27. 如權(quán)利要求26所述的控制桿，其特征在于，所述上部構(gòu)件和 中間構(gòu)件通過(guò)萬(wàn)向接頭連接。
28. 如權(quán)利要求27所述的控制桿，其特征在于，所述萬(wàn)向接頭是 平衡環(huán)纟幾構(gòu)。
29. 如權(quán)利要求16所述的控制桿，其特征在于，所述下部構(gòu)件安 裝成相對(duì)于所述支撐件繞著兩個(gè)相互垂直的軸線(xiàn)作復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
30. 如權(quán)利要求29所述的控制桿，其特征在于，所述下部構(gòu)件和 所述支撐件通過(guò)萬(wàn)向接頭連接。
31. 如權(quán)利要求30所述的控制桿，其特征在于，所述萬(wàn)向接頭是 平衡環(huán);f幾構(gòu)。
32. 如權(quán)利要求16所述的控制桿，其特征在于，所述中間構(gòu)件的 下部以可滑動(dòng)的方式容納于所述下部構(gòu)件的上部中。
33. 如權(quán)利要求17所述的控制桿，其特征在于，所述彈性構(gòu)件有 助于所述把柄部分的作用力-感覺(jué)梯度。
34. 如權(quán)利要求18所述的控制桿，其還包括至少一個(gè)第一位置傳 感器，其安裝在所述支撐件上并且接合所述上部構(gòu)件的下部，以提供 作為所述上部構(gòu)件的下部繞著所述軸線(xiàn)之一的位置的函數(shù)的第一輸出 信號(hào)。
35. 如權(quán)利要求34所述的控制桿，其還包括至少一個(gè)第二位移傳 感器，其安裝在所述支撐件上并且接合所述上部構(gòu)件的下部，以提供 作為所述上部構(gòu)件的下部繞著所述軸線(xiàn)中的另一個(gè)的位置的函數(shù)的第 二輸出信號(hào)。
36. 如權(quán)利要求18所述的控制桿，其還包括一第一上部彈簧，其 作用于所述上部構(gòu)件和支撐件之間，以影響使所述把柄繞著所述軸線(xiàn) 之一運(yùn)動(dòng)所需要的作用力。
37. 如權(quán)利要求36所述的控制桿，其特征在于，所述第一上部彈 簧是復(fù)合彈簧。
38. 如權(quán)利要求36所述的控制桿，其還包括一第二上部彈簧，其 作用于所述上部構(gòu)件和支撐件之間，以影響使所述把柄繞著所述軸線(xiàn) 中的另一個(gè)運(yùn)動(dòng)所需要的作用力。
39. 如權(quán)利要求38所述的控制桿，其特征在于，所述第二上部彈 簧是復(fù)合彈簧。
40. 如權(quán)利要求17所述的控制桿，其還包括一第一中間彈簧，其 作用于所述中間構(gòu)件和支撐件之間，以影響使所述把柄繞著所述軸線(xiàn) 之一運(yùn)動(dòng)所需要的作用力。
41. 如權(quán)利要求40所述的控制桿，其特征在于，所述第一中間彈 簧是復(fù)合彈簧。
42. 如權(quán)利要求17所述的控制桿，其還包括一第二中間彈簧，其 作用于所述中間構(gòu)件和支撐件之間，以影響使所述把柄繞著所述軸線(xiàn) 中的另一個(gè)運(yùn)動(dòng)所需要的作用力。
43. 如權(quán)利要求42所述的控制桿，其特征在于，所述第二中間彈簧是復(fù)合彈簧。
44. 如權(quán)利要求40所述的控制桿，其特征在于，所述第一中間彈 簧提供作用力-感覺(jué)梯度上的明顯變化以警告操作人員在所述把柄位 移上的變化。
45. 如權(quán)利要求17所述的控制桿，其還包括用于在所述中間構(gòu)件 上施加小作用力的阻礙裝置，其中所述小作用力是操作人員抓緊所述 把柄使其脫離零位所要克服的力。
46. 如權(quán)利要求45所述的控制桿，其特征在于，所述阻礙裝置包 括安裝在所述支撐件和中間構(gòu)件上的多個(gè)磁體。
47. 如權(quán)利要求17所述的控制桿，其還包括一阻尼器，其作用于 所述下部構(gòu)件上以阻尼所述把柄的速度。
48. 如權(quán)利要求47所述的控制桿，其特征在于，所述阻尼器是渦 流阻尼器。
49. 一種控制桿，其包括 支撐件；連桿，其具有把柄并且安裝在所述支撐件上；和 多個(gè)位置傳感器，其安裝在所述支撐件上并且在所述連桿的不同 位置上接合所述連桿，所述位置傳感器中的每一個(gè)都適于產(chǎn)生作為所 述連桿位置相對(duì)于所述支撐件的位置的函數(shù)的輸出信號(hào)；多個(gè)彈簧，其作用于所述支撐件和連桿之間以影響所述連桿的作用力-感覺(jué)特性；磁性制動(dòng)器，其作用于所述支撐件和連桿之間以要求操作人員向所述把柄施加作用力來(lái)將所述把柄移離零位；和阻尼器，其作用于所述支撐件和連桿之間以阻尼所述把柄的速度。
50. 如權(quán)利要求49所述的控制桿，其特征在于，所述彈簧中的每 一個(gè)具有其獨(dú)自的作用力-偏移特性，并且其中所述連桿的作用力-感覺(jué)特性是所述彈簧的各種各自的作用力-偏移特性的函數(shù)。
51. 如權(quán)利要求50所述的控制桿，其特征在于，所述連桿的作用 力 - 感覺(jué)特性是所述彈簧的各種各自的作用力-偏移特性和所述連桿的幾何結(jié)構(gòu)的總和的函數(shù)。
52. 如權(quán)利要求49所述的控制桿，其特征在于，所述彈簧推動(dòng)所 述把柄相對(duì)于所述支撐件朝向零位移動(dòng)。
53. 如權(quán)利要求49所述的控制桿，其特征在于，所述彈簧之一被 布置成施加從所述連桿上基本上消除所有后沖的作用力。
54. —種復(fù)合彈簧，其包括第一管狀部分，其具有在第一端和第二端之間延伸的第一壁； 至少一個(gè)第一開(kāi)槽，其貫穿所述第一壁并且限定于相對(duì)的開(kāi)槽壁之間，以便在所述第一和第二端相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述彈簧將在所述開(kāi)槽壁彼此隔開(kāi)時(shí)具有一個(gè)作用力-位移特性，而在所述開(kāi)槽壁彼此接觸時(shí)具有另一個(gè)作用力-位移特性；和在所述第一端和第二端在公共平面中相對(duì)于彼此彎曲時(shí)的第三作用力-位移特性。
55. 如權(quán)利要求54所述的復(fù)合彈簧，其特征在于，所述第一開(kāi)槽 沿著與所述第一管狀部分的縱軸線(xiàn)平行的方向伸長(zhǎng)。
56. 如權(quán)利要求54所述的復(fù)合彈簧，其還包括多個(gè)所述第一開(kāi)槽， 所述第一開(kāi)槽繞著所述第一管狀部分沿圓周彼此間隔開(kāi)。
57. 如權(quán)利要求54所述的復(fù)合彈簧，其還包括第二管狀部分，其 設(shè)置在所述第一管狀部分內(nèi)，并且具有在所述第二端和第三端之間延 伸的第二壁。
58. 如權(quán)利要求57所述的復(fù)合彈簧，其特征在于，所述第二管狀 部分具有至少一個(gè)第二開(kāi)槽，該第二開(kāi)槽貫穿所述第二壁并且限定于 相對(duì)的開(kāi)槽壁之間。
59. 如權(quán)利要求58所述的復(fù)合彈簧，其特征在于，所述第二開(kāi)槽 沿著與所述第二管狀部分的縱軸線(xiàn)平行的方向伸長(zhǎng)。
60. 如權(quán)利要求59所述的復(fù)合彈簧，還包括多個(gè)所述第二開(kāi)槽， 所述第二開(kāi)槽繞著所述第二管狀部分沿圓周彼此間隔開(kāi)。
61. 如權(quán)利要求57所述的復(fù)合彈簧，其特征在于，所述第三端被 設(shè)置在所述第一端附近。
全文摘要
本發(fā)明提供適于控制物體(例如機(jī)翼表面)運(yùn)動(dòng)的控制桿(例如操縱桿、側(cè)桿等)(20)的控制桿。該改良件包括支撐件(21)；安裝在支撐件上的在中間進(jìn)行樞轉(zhuǎn)的上部構(gòu)件(23)，該上部構(gòu)件具有上部(24)和下部(25)；中間構(gòu)件(26)，其具有以可樞轉(zhuǎn)的方式連接上部構(gòu)件的下部的上部，并且具有下部；和下部構(gòu)件(29)，其具有以可樞轉(zhuǎn)的方式安裝在支撐件上的下部，并且具有上部；其中，中間構(gòu)件的下部可移動(dòng)地安裝在下部構(gòu)件的上部上，以便上部構(gòu)件的上部相對(duì)于支撐件的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將形成中間構(gòu)件和下部構(gòu)件相對(duì)于支撐件的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；和彈性構(gòu)件(31)，其被設(shè)置成偏置中間構(gòu)件和下部構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。各種樞轉(zhuǎn)連接件可以通過(guò)平衡環(huán)來(lái)提供，以便各種構(gòu)件被安裝成關(guān)于兩個(gè)相互垂直的軸線(xiàn)作復(fù)合樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)B64C13/00GK101528539SQ200780039192
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2007年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月8日
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