專利名稱：一種具有安全保護(hù)功能的直升機(jī)旋翼自動離合控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種具有安全保護(hù)功能的直升機(jī)旋翼自動離合控制系統(tǒng)，涉及自動控制 領(lǐng)域，特別涉及直升機(jī)旋翼的自動控制。尤其涉及到直升機(jī)旋翼的自動接合、脫開。
背景技術(shù)：
在直升機(jī)中，發(fā)動機(jī)向旋翼系統(tǒng)傳遞功率的一種方式是帶傳動，通過離合器拉動 惰輪將傳動皮帶拉緊，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)與旋翼系統(tǒng)的功率傳遞。在直升機(jī)傳動系統(tǒng)中安裝兩個離合器，即起動離合器和自轉(zhuǎn)離合器。起動離合器 保證發(fā)動機(jī)的空載起動，以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定到怠速范圍之后實(shí)現(xiàn)旋翼接合、脫開。自轉(zhuǎn)離 合器保證在發(fā)動機(jī)停車時，旋翼系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)脫開，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的自轉(zhuǎn)降落。自轉(zhuǎn)離合器通 常采取單向軸承，即發(fā)動機(jī)可以向旋翼系統(tǒng)傳遞功率，而旋翼系統(tǒng)不會向發(fā)動機(jī)傳遞功率。 起動離合器通常采用一個可以正反轉(zhuǎn)的電機(jī)，通過電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)傳動皮帶的拉 緊與放松，進(jìn)而控制發(fā)動機(jī)與旋翼系統(tǒng)的接合或者脫開?？刂菩硐到y(tǒng)接合時，在傳動皮帶剛開始拉緊的瞬間，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降很大，此時 如果繼續(xù)拉緊傳動皮帶，則發(fā)動機(jī)由于無法提供足夠的功率而熄火。在旋翼系統(tǒng)處于未完全接合的狀態(tài)下，如果發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速長時間超出怠速范圍，易 損壞發(fā)動機(jī)的傳動軸。主要表現(xiàn)在1.在傳動皮帶放松過程中，由于突然卸載，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速會突然增加，若油門未提前 收縮至合適位置，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速將會超出怠速范圍。2.在發(fā)動機(jī)起動完成后，若油門收縮不及時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速將會超出怠速范圍。本發(fā) 明的目的即解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有安全保護(hù)功能的直升機(jī)旋翼自動離合控制系統(tǒng)，實(shí) 時采集直升機(jī)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及旋翼轉(zhuǎn)速，控制直升機(jī)旋翼自動接合、脫開，防止發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 變化過大；實(shí)現(xiàn)在旋翼接合的情況下，直升機(jī)的地面起動保護(hù)及空中正常起動；實(shí)現(xiàn)空中 直升機(jī)旋翼脫開保護(hù)。一種具有安全保護(hù)功能的直升機(jī)旋翼自動離合控制系統(tǒng)，包括四個第一固態(tài)繼電器，組成H橋電路，控制起動離合器內(nèi)部電機(jī)正反轉(zhuǎn)。一個第二固態(tài)繼電器，與所述第一固態(tài)繼電器相連，控制第一電磁繼電器接通或 斷開。一個第一電磁繼電器，與第二固態(tài)繼電器及起動機(jī)相連，控制起動機(jī)起動。一個大功率二極管，連接第一固態(tài)繼電器與第二固態(tài)繼電器，在旋翼脫開的狀態(tài) 下接通第二固態(tài)繼電器的供電電路。一個滑油壓力開關(guān)，連接設(shè)備供電電源與第二固態(tài)繼電器，在空中飛行時接通第 二固態(tài)繼電器的供電電路。
一個瞬態(tài)抑制二極管，連接在起動離合器兩端，為起動離合器內(nèi)部電機(jī)產(chǎn)生的瞬 態(tài)電動勢提供導(dǎo)流回路。一個著陸開關(guān)，安裝至直升機(jī)起落架附近，感受直升機(jī)著陸狀態(tài)。一個著陸信號處理電路，與所述著陸開關(guān)相連，將著陸信號處理后發(fā)送至單片機(jī)。
一個互鎖放大電路，連接至第一固態(tài)繼電器，將單片機(jī)輸出指令放大，防止H橋電 路出現(xiàn)直通現(xiàn)象；采集著陸信號，防止飛行過程中旋翼意外脫開。兩個霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，安裝至發(fā)動機(jī)及旋翼傳動軸處，實(shí)時采集當(dāng)前發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 與旋翼轉(zhuǎn)速。兩個第二電磁繼電器，分別連接至左、右磁電機(jī)，控制磁電機(jī)接地。一個單片機(jī)，與互鎖放大電路、第二固態(tài)繼電器、第二電磁繼電器相連，接收控制 命令，采集轉(zhuǎn)速及起動離合器告警信號，輸出控制指令。綜上所述，一個大功率二極管與H橋電路一起，構(gòu)成了地面狀態(tài)下為第二固態(tài)繼 電器供電的電路。一個滑油壓力開關(guān)，構(gòu)成了飛行狀態(tài)下為第二固態(tài)繼電器供電的電路。當(dāng) 直升機(jī)處于地面時，只有H橋電路保證旋翼處于脫開狀態(tài)，才可起動發(fā)動機(jī)。防止發(fā)動機(jī)帶 載起動，有效的保護(hù)了發(fā)動機(jī)。當(dāng)直升機(jī)處于空中飛行時，滑油壓力開關(guān)可以為第二固態(tài)繼 電器應(yīng)急供電，保證了發(fā)動機(jī)空中停車時快速起動。發(fā)動機(jī)起動瞬時需要增大油門，起動完成后，若飛行員或飛控計(jì)算機(jī)不能及時收 縮油門，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速將會超出怠速范圍。當(dāng)單片機(jī)監(jiān)測到轉(zhuǎn)速在旋翼未完全接合的狀態(tài)下 超出怠速范圍后，即控制第二電磁繼電器導(dǎo)通，將磁電機(jī)接地，使發(fā)動機(jī)不工作，直至發(fā)動 機(jī)轉(zhuǎn)速下降至怠速范圍內(nèi)，再控制第二電磁繼電器斷開，使發(fā)動機(jī)工作。磁電機(jī)反復(fù)接地， 直至飛行員或飛控計(jì)算機(jī)收縮油門。發(fā)動機(jī)起動完成后，將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定至怠速范圍內(nèi)，待發(fā)動機(jī)暖機(jī)完成后，即接 合旋翼。單片機(jī)接收到旋翼自動接合命令后，對相應(yīng)I/O 口置位，控制互鎖、放大電路相應(yīng) 回路導(dǎo)通，進(jìn)而控制H橋電路，接通起動離合器。此時，傳動皮帶慢慢拉緊，旋翼開始接合。 當(dāng)監(jiān)測到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降超出怠速范圍時，單片機(jī)發(fā)出保持指令，斷開H橋電路，此時起動 離合器處于保持狀態(tài)(維持當(dāng)前位置不動)。傳動皮帶停止拉緊，維持當(dāng)前旋翼接合狀態(tài)。 當(dāng)監(jiān)測到旋翼轉(zhuǎn)速增加到預(yù)期轉(zhuǎn)速時，再次接通起動離合器，傳動皮帶繼續(xù)拉緊，旋翼繼續(xù) 接合，直至起動離合器運(yùn)動至機(jī)械限位處，此時傳動皮帶完全拉緊，旋翼完全接合。在整個接合過程中，單片機(jī)對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降過大時，即 停止起動離合器的接通。此時傳動皮帶停止拉緊，發(fā)動機(jī)輸出軸上不再繼續(xù)增加負(fù)載，發(fā)動 機(jī)轉(zhuǎn)速有足夠時間恢復(fù)至怠速范圍內(nèi)。防止了繼續(xù)加載導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)短時間內(nèi)輸出功率不 足而熄火。直升機(jī)著陸后，將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定至怠速范圍內(nèi)，待發(fā)動機(jī)氣缸溫度下降至額定 值后，即脫開旋翼。單片機(jī)接收到旋翼自動脫開命令后，對相應(yīng)I/O 口置位，控制互鎖、放大 電路相應(yīng)回路導(dǎo)通，進(jìn)而控制H橋電路，接通起動離合器。此時，傳動皮帶慢慢放松，旋翼開 始脫開。在旋翼脫開過程中，由于突然卸載，發(fā)動機(jī)在當(dāng)前油門下轉(zhuǎn)速會突然增加。當(dāng)監(jiān) 測到轉(zhuǎn)速在旋翼未完全接合的狀態(tài)下超出怠速范圍后，即控制第二電磁繼電器導(dǎo)通，將磁 電機(jī)接地，使發(fā)動機(jī)不工作，直至發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降至怠速范圍內(nèi)，再控制第二電磁繼電器斷 開，使發(fā)動機(jī)工作。磁電機(jī)反復(fù)接地，直至飛行員或飛控計(jì)算機(jī)收縮油門。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是第一，通過轉(zhuǎn)速的反饋?zhàn)詣涌刂菩斫雍稀⒚撻_過程，穩(wěn)定性、可靠性高，有利于保 護(hù)發(fā)動機(jī)及傳動系統(tǒng)。第二，具有較高的安全性。具有防止H橋電路直通的互鎖保護(hù)功能；具有防止旋 翼空中脫開的保護(hù)功能；具有發(fā)動機(jī)空中停車重新起動功能；具有發(fā)動機(jī)地面起動保護(hù)功 能。第三，易于實(shí)現(xiàn)。具有通用的接口，控制電路簡單。


圖1是控制起動離合器動作 的控制電路；圖2 (a) (b)是單片機(jī)控制指令的互鎖、放大電路；圖3是著陸信號處理電路；圖4是左、右磁電機(jī)控制電路；圖5是單片機(jī)控制電路；圖6是旋翼自動接合操作流程；圖7 (a)旋翼自動脫開操作流程圖；圖7 (b)是旋翼始終脫開操作流程圖；圖8是轉(zhuǎn)速保護(hù)流程。圖中具體標(biāo)號如下101 104第一固態(tài)繼電器105瞬態(tài)抑制二極管.106起動離合器107大功率二極管108滑油壓力開關(guān)109第二固態(tài)繼電器 110第一電磁繼電器111起動機(jī)112設(shè)備電源Vcc113設(shè)備電源Gnd 114信號電源GndO115信號電源Vd120或門121 122或非門123 124電阻125 126三極管 127 128電容129 130 二極管131 132電阻 133 134電容135或門136 137或非門 138 139電阻140 141三極管142 143電容 144 145 二極管146 147 二極管148 149電容 150電阻151光耦152電阻153著陸開關(guān)154 155第二電磁繼電器160單片機(jī)161 163三極管201 216供電線 301 314信號線 330 332信號線
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例中設(shè)備電源Vcc 112為直升機(jī)機(jī)載設(shè)備供電電源正，本直升機(jī)采用低壓 直流供電，即28V。設(shè)備電源Gnd 113為直升機(jī)機(jī)載設(shè)備供電電源負(fù)，同時接直升機(jī)外殼(稱 為直升機(jī)地)。信號電源Vd 115為經(jīng)過DC/DC變換后的低壓電源，此處為5V，單片機(jī)等供 電即采用此電源。信號電源GndO 114與直升機(jī)地不通，以防止外界干擾對信號的影響。
在發(fā)動機(jī)傳動軸和旋翼傳動軸處各對稱安裝6個磁鋼，并各安裝一個霍爾轉(zhuǎn)速傳 感器與磁鋼對準(zhǔn)(圖中未畫出)。當(dāng)發(fā)動機(jī)及旋翼轉(zhuǎn)動時，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器采集到轉(zhuǎn)速脈沖 信號，經(jīng)過信號線送至單片機(jī)160。本實(shí)施方案采用的單片機(jī)型號為C8051F410。在單片機(jī)內(nèi)部，通過對每讀到6個脈沖的時間進(jìn)行計(jì)時，計(jì)算當(dāng)前發(fā)動機(jī)及旋翼 轉(zhuǎn)速。計(jì)算公式如下，其中時間T的單位為ms，轉(zhuǎn)速N的單位為r/min。
1M = - * 60 * 1000
T圖1所示為起動離合器106實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的控制電路。由四個第一固態(tài)繼電器101 104搭建的H橋回路，當(dāng)?shù)谝还虘B(tài)繼電器101、103接 通時，起動離合器106的電機(jī)反轉(zhuǎn)，傳動皮帶慢慢放松，此時實(shí)現(xiàn)的是旋翼脫開功能。在旋 翼脫開過程中，起動離合器106通過信號線308發(fā)出高電平。當(dāng)起動離合器106的電機(jī)反 轉(zhuǎn)至機(jī)械限位后，即旋翼脫開完成后，通過信號線308發(fā)出低電平。此時，供電電源Vcc通 過供電線201、第一固態(tài)繼電器101、供電線205、213、大功率二極管107、供電線214到達(dá)第 二固態(tài)繼電器109。此時，若發(fā)出起動指令，將控制第二固態(tài)繼電器109接通，進(jìn)而控制第一 電磁繼電器110接通，電源Vcc通過第一電磁繼電器110、供電線211供電至起動機(jī)111，此 時起動機(jī)111轉(zhuǎn)動，起動發(fā)動機(jī)。當(dāng)?shù)谝还虘B(tài)繼電器102、104接通時，起動離合器106的電機(jī)正轉(zhuǎn)，傳動皮帶慢慢拉 緊，此時實(shí)現(xiàn)的是旋翼接合功能。在旋翼接合過程中，起動離合器106通過信號線309發(fā)出 高電平。當(dāng)起動離合器106的電機(jī)正轉(zhuǎn)至機(jī)械限位后，即旋翼接合完成后，通過信號線309 發(fā)出低電平。此時由供電電源Vcc至大功率二極管107的電路被切斷，即此時無法實(shí)現(xiàn)起 動。防止在旋翼接合的情況下發(fā)動機(jī)誤起動，有效的保護(hù)了發(fā)動機(jī)。當(dāng)?shù)谝还虘B(tài)繼電器101 104全部斷開時，起動離合器106的電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，傳動 皮帶維持當(dāng)前位置，此時實(shí)現(xiàn)的是旋翼保持功能。當(dāng)直升機(jī)在空中飛行時，旋翼處于接合狀態(tài)。一旦發(fā)動機(jī)突然停車，需要盡快起動 發(fā)動機(jī)，而且此時旋翼處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，故發(fā)動機(jī)重新起動時負(fù)載遠(yuǎn)小于地面起動時的 負(fù)載。故增加滑油壓力開關(guān)108，它測量的是旋翼傳動系統(tǒng)中的滑油壓力。只有當(dāng)旋翼旋轉(zhuǎn)， 并達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時，滑油壓力開關(guān)108才閉合。此時供電電源Vcc通過滑油壓力開關(guān)108 供電至第二固態(tài)繼電器109，此時只要發(fā)出起動命令，即可起動發(fā)動機(jī)。在供電電源Vcc通 過第一固態(tài)繼電器101供電至第二固態(tài)繼電器109的電路上，放置大功率二極管107，是防 止當(dāng)滑油壓力開關(guān)108接合時，供電電源Vcc經(jīng)供電線214回流至H橋回路，造成起動離合 器106誤動作。當(dāng)H橋電路由導(dǎo)通至斷開時，起動離合器106的電機(jī)由正轉(zhuǎn)到停止(或者由反轉(zhuǎn) 到停止)，起動離合器106內(nèi)部將會產(chǎn)生一個瞬態(tài)電動勢。由于此時H橋電路已經(jīng)斷開，導(dǎo) 致起動離合器106內(nèi)部產(chǎn)生的電動勢無法釋放，故在起動離合器106兩端并聯(lián)一個瞬態(tài)抑 制二極管105，為起動離合器106產(chǎn)生的瞬態(tài)電動勢提供導(dǎo)流回路。圖2所示為單片機(jī)160控制指令的互鎖、放大電路。其中圖a部分控制第一固態(tài) 繼電器101、104，圖b部分控制第一固態(tài)繼電器102、103。當(dāng)某一時刻單片機(jī)160 (見圖5)發(fā)出旋翼脫開指令時，到達(dá)信號線311、313的控 制指令為低電平，到達(dá)信號線312、314的控制指令為高電平。則或非門122、136輸出低電平，三極管126、140不通，輸出控制信號至304、302亦為低電平，則第一固態(tài)繼電器104、 102(見圖1)不通。此時或非門121、137的輸入端b為低電平。若此時直升機(jī)處于著陸狀態(tài)，則或門120(135)輸出低電平，即此時或非門 121(137)的輸入端a為低電平，則或非門121(137)輸出高電平。高電平信號經(jīng)過限流電阻 123(139)至三極管125(141)的基極b。此時三極管125(141)導(dǎo)通，輸出控制信號至信號 線301 (303)亦為高電平，則第一固態(tài)繼電器101(103)(見圖1)導(dǎo)通。由此防止了第一固態(tài)繼電器101、104或者102、103同時導(dǎo)通，避免H橋電路出現(xiàn) 直通現(xiàn)象而短路。當(dāng)某一時刻單片機(jī)160發(fā)出旋翼接合指令時，到達(dá)信號電路311、313的控制指令 為高電平，到達(dá)信號線312、314的控制指令為低電平。各元器件開關(guān)狀態(tài)正好相反，三極 管125、141不通，三極管126、140導(dǎo)通。則第一固態(tài)繼電器101、103不通，第一固態(tài)繼電器 102,104 導(dǎo)通。
在或非門121、137輸入端增加了對著陸信號(見圖3)的采集，主要目的是防止在 直升機(jī)飛行時單片機(jī)160發(fā)出錯誤命令，而導(dǎo)致起動離合器106內(nèi)部電機(jī)反轉(zhuǎn)，旋翼脫開， 發(fā)生危險。只有在直升機(jī)著陸后，互鎖、放大電路才可最終發(fā)出旋翼脫開指令。在或非門121(137)輸出端c與或非門122(136)輸入端a之間放置了二極管 129(145)、限流電阻131(147)及電容127(143)。當(dāng)著陸后發(fā)出旋翼脫開指令時，或非門 121 (137)輸出端c為高電平，第一固態(tài)繼電器101 (103)導(dǎo)通，起動離合器106的電機(jī)反轉(zhuǎn)， 旋翼脫開。該高電平經(jīng)過二極管129(145)迅速為電容127(143)充電，保證或非門122(136) 輸入端a迅速達(dá)到高電平。此時或非門122(136)的輸出立即被鉗制在低電平，防止了第一 固態(tài)繼電器104(102)同時導(dǎo)通，有效的避免了由于單片機(jī)160錯誤指令而導(dǎo)致的H橋直通 現(xiàn)象。之后，當(dāng)發(fā)出旋翼接合指令時，或非門121(137)輸出端c降為低電平，第一固態(tài) 繼電器101(103)不通，起動離合器106的電機(jī)停止。此時電容127(143)通過限流電阻 131(147)緩慢放電，或非門122(136)輸入端a將保持一段時間的高電平。這段時間內(nèi)，或 非門122(136)輸出為低電平，即此時H橋電路全都不通。只有在或非門122(136)輸入端 a降至低電平后，或非門122(136)輸出才為高電平，第一固態(tài)繼電器104(102)導(dǎo)通，起動離 合器106的電機(jī)正轉(zhuǎn)，旋翼接合。保證了在起動離合器106的電機(jī)由反轉(zhuǎn)至正轉(zhuǎn)之間有一 定的時間間隔，避免了起動離合器106的電機(jī)突然由反轉(zhuǎn)至正轉(zhuǎn)時內(nèi)部產(chǎn)生大電流而被燒 毀。同樣的道理，可避免起動離合器106的電機(jī)突然從正轉(zhuǎn)至反轉(zhuǎn)時產(chǎn)生大電流而被
梓臼咎 hm^Xo圖3所示為著陸信號處理電路。當(dāng)直升機(jī)著陸后，著陸開關(guān)153接通，此時光耦151控制端導(dǎo)通，光耦輸出端亦隨 之導(dǎo)通。則著陸信號此時為低電平，通過信號線310輸出。當(dāng)直升機(jī)起飛后，著陸開關(guān)153 斷開，此時光耦不通，則著陸信號為高電平。通過此處理電路，將直升機(jī)地與信號電源地隔 離，以防止外界干擾對信號的影響。該著陸信號通過信號線310傳輸至或門120、135輸入 端(見圖2)。圖4所示為左、右磁電機(jī)的控制電路，左、右磁電機(jī)未畫出。
在旋翼未完全接合的狀態(tài)下，如果單片機(jī)160監(jiān)測到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超出1800r/min， 則發(fā)出左右磁電機(jī)接地命令。即通過信號線306、307輸出高電平至第二電磁繼電器154、 155，使第二電磁繼電器154、155接通，則左、右磁電機(jī)的勵磁電路與直升機(jī)地短接，勵磁電 路不再打火，發(fā)動機(jī)不工作。由于發(fā)動機(jī)瞬時不工作，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至1700r/ min以下后，發(fā)出左右磁電機(jī)工作命令。即通過信號線306、307輸出低電平至第二電磁繼電 器154、155，使第二電磁繼電器154、155斷開，則左、右磁電機(jī)的勵磁電路與直升機(jī)地?cái)嚅_， 左、右磁電機(jī)正常工作。左、右磁電機(jī)反復(fù)接地，直至飛行員或飛控計(jì)算機(jī)將油門收小，保證在旋翼未完全 接合的狀態(tài)下，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在怠速范圍以內(nèi)。
圖5所示為單片機(jī)160的控制電路。單片機(jī)160通過信號線331、332實(shí)時采集發(fā)動機(jī)、旋翼轉(zhuǎn)速。通過信號線330實(shí) 時與外界設(shè)備進(jìn)行RS422通信，接收旋翼自動接合、脫開及始終脫開指令，并將當(dāng)前發(fā)動機(jī) 轉(zhuǎn)速、旋翼轉(zhuǎn)速發(fā)送至外界設(shè)備。通過信號線305 307、311 314發(fā)出控制指令。通過 信號線308、309監(jiān)測旋翼是否完全脫開、接合。單片機(jī)160內(nèi)部程序運(yùn)行周期為20ms，即轉(zhuǎn)速計(jì)算、控制指令發(fā)送、串口通信每 20ms執(zhí)行一次。圖6為旋翼自動接合操作流程。發(fā)動機(jī)起動完成后，將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在怠速范圍內(nèi)，待發(fā)動機(jī)氣缸溫度超過 200° F后，飛行員或飛控計(jì)算機(jī)即發(fā)送旋翼自動接合命令。當(dāng)單片機(jī)160接收到旋翼自動接合命令后即開始如下自動接合流程。圖中Ntl為 發(fā)出旋翼接合指令時發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，NEngiM為當(dāng)前周期內(nèi)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，NK。t 為當(dāng)前周期 內(nèi)旋翼轉(zhuǎn)速。單片機(jī)160首先發(fā)出旋翼保持指令，10個運(yùn)行周期后，再發(fā)出旋翼接合指令，此舉 是為了從軟件上避免出現(xiàn)起動離合器106從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)到情況。在起動離合器106接通之 前，先控制其斷開10個周期，即0. 2s。記錄下這10個周期內(nèi)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NEngine，計(jì)算出發(fā) 動機(jī)轉(zhuǎn)速平均值Ntl。發(fā)出旋翼接合指令后，起動離合器106接通，傳動皮帶慢慢拉緊。當(dāng)監(jiān)測到當(dāng)前周 期內(nèi)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NEngiM與開始接合時的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速Ntl相差超過120r/min時，即發(fā)出旋翼保持 指令。H橋電路斷開，起動離合器106停止動作，傳動皮帶停止拉緊。之后，單片機(jī)160開始監(jiān)測旋翼轉(zhuǎn)速NK。t 是否上升至120r/min。當(dāng)旋翼轉(zhuǎn)速NK。t 大于120r/min后，即發(fā)出旋翼接合指令。起動離合器106接通，傳動皮帶繼續(xù)拉緊。當(dāng)監(jiān) 測到信號線309傳送信號為低電平時，表示起動離合器106已運(yùn)行至機(jī)械限位，傳動皮帶完 全拉緊，旋翼完全接合。發(fā)送旋翼保持指令，斷開H橋電路，使起動離合器106保持在當(dāng)前 位置，自動接合流程完成。此時旋翼與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速比為0. 147。圖7 (a)是旋翼自動脫開操作流程。直升機(jī)著陸后，將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定至怠速范圍內(nèi)，待發(fā)動機(jī)氣缸溫度低于240° F 后，飛行員或飛控計(jì)算機(jī)即發(fā)送旋翼自動脫開命令。當(dāng)接收到旋翼自動脫開命令后即開始如下自動脫開流程。單片機(jī)160發(fā)出首先發(fā)出旋翼保持指令，10個運(yùn)行周期后，再發(fā)出旋翼脫開指令。此舉是為了從軟件上避免出現(xiàn)起動離合器106從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)到情況。在起動離合器106接 通之前，先控制其斷開10個周期，即0. 2s。旋翼脫開指令后，起動離合器106接通，傳動皮帶慢慢放松。當(dāng)監(jiān)測到信號線308 傳送信號為低電平時，表示起動離合器106已運(yùn)行至機(jī)械限位，傳動皮帶完全放松，旋翼完 全脫開。發(fā)出旋翼保持指令，斷開H橋電路，使起動離合器106保持在當(dāng)前位置，自動脫開 流程完成。斷開H橋電路，可防止飛行員或飛控計(jì)算機(jī)誤發(fā)出的起動指令被執(zhí)行。圖7 (b)是旋翼始終脫開操作流程。直升機(jī)起飛前需要起動發(fā)動機(jī)，此時飛行員或飛控計(jì)算機(jī)發(fā)送旋翼始終脫開命 令。當(dāng)接收到始終脫開命令后，即開始如下始終脫開流程。單片機(jī)160將發(fā)出旋翼脫開指令，H橋電路導(dǎo)通。H橋電路通過大功率二極管107 為第二固態(tài)繼電器109供電，保證起動可以被執(zhí)行。起動完畢后，飛行員或飛控計(jì)算機(jī)發(fā)送 旋翼保持命令，單片機(jī)160將發(fā)出旋翼保持指令，H橋電路斷開。防止飛行員或飛控計(jì)算機(jī) 在發(fā)動機(jī)已起動的情況下再次誤起動發(fā)動機(jī)。圖8是轉(zhuǎn)速保護(hù)流程。在旋翼處于未完全接合的狀態(tài)時，保護(hù)流程啟動。每個運(yùn) 行周期內(nèi)都會執(zhí)行一次，直至旋翼完全接合完畢后，該保護(hù)流程關(guān)閉，自動退出。NEngiM為當(dāng) 前周期內(nèi)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，NEotor為當(dāng)前周期內(nèi)旋翼轉(zhuǎn)速。在旋翼未完全接合的狀態(tài)下(即旋翼轉(zhuǎn)速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的比值小于額定轉(zhuǎn)速比 0.147)，如果單片機(jī)160監(jiān)測到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NEngine超出1800r/min，則發(fā)出左、右磁電機(jī)接地 命令。此時左、右磁電機(jī)的勵磁電路與直升機(jī)地短接，勵磁電路不再打火，發(fā)動機(jī)不工作，轉(zhuǎn) 速下降。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NEngiM下降至1700r/min以下時，即發(fā)出左右磁電機(jī)工作命令。此時 左、右磁電機(jī)的勵磁電路與直升機(jī)地?cái)嚅_，發(fā)動機(jī)正常工作。左、右磁電機(jī)反復(fù)接地，直至飛行員或飛控計(jì)算機(jī)將油門收小，保證在旋翼未完全 接合的狀態(tài)下，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在怠速范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有安全保護(hù)功能的直升機(jī)旋翼自動離合控制系統(tǒng)，其特征在于該控制系統(tǒng)包括四個第一固態(tài)繼電器，組成H橋電路，控制起動離合器內(nèi)部電機(jī)正反轉(zhuǎn)；一個第二固態(tài)繼電器，與所述第一固態(tài)繼電器相連，控制第一電磁繼電器接通或斷開；一個第一電磁繼電器，與第二固態(tài)繼電器及起動機(jī)相連，控制起動機(jī)起動；一個大功率二極管，連接第一固態(tài)繼電器與第二固態(tài)繼電器，在旋翼脫開的狀態(tài)下接通第二固態(tài)繼電器的供電電路；一個滑油壓力開關(guān)，連接設(shè)備供電電源與第二固態(tài)繼電器，在空中飛行時接通第二固態(tài)繼電器的供電電路；一個瞬態(tài)抑制二極管，連接在起動離合器兩端，為起動離合器內(nèi)部電機(jī)產(chǎn)生的瞬態(tài)電動勢提供導(dǎo)流回路；一個著陸開關(guān)，安裝至直升機(jī)起落架附近，感受直升機(jī)著陸狀態(tài)；一個著陸信號處理電路，與所述著陸開關(guān)相連，將著陸信號處理后發(fā)送至單片機(jī)；一個互鎖放大電路，連接至第一固態(tài)繼電器，將單片機(jī)輸出指令放大，防止H橋電路出現(xiàn)直通現(xiàn)象；采集著陸信號，防止飛行過程中旋翼意外脫開；兩個霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，安裝至發(fā)動機(jī)及旋翼傳動軸處，實(shí)時采集當(dāng)前發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與旋翼轉(zhuǎn)速；兩個第二電磁繼電器，分別連接至左、右磁電機(jī)，控制磁電機(jī)接地；一個單片機(jī)，與互鎖放大電路、第二固態(tài)繼電器、第二電磁繼電器相連，接收控制命令，采集轉(zhuǎn)速及起動離合器告警信號，輸出控制指令。
全文摘要
一種具有安全保護(hù)功能的直升機(jī)旋翼自動離合控制系統(tǒng)，包括四個第一固態(tài)繼電器，組成H橋電路。一個第二固態(tài)繼電器，與第一固態(tài)繼電器相連。一個第一電磁繼電器，與第二固態(tài)繼電器及起動機(jī)相連。一個大功率二極管，連接第一固態(tài)繼電器與第二固態(tài)繼電器。一個滑油壓力開關(guān)，連接設(shè)備供電電源與第二固態(tài)繼電器。一個瞬態(tài)抑制二極管，連接在起動離合器兩端。一個著陸開關(guān)，安裝至直升機(jī)起落架附近。一個著陸信號處理電路，與著陸開關(guān)相連。一個互鎖放大電路，連接至第一固態(tài)繼電器。兩個霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，安裝至發(fā)動機(jī)及旋翼傳動軸處。兩個第二電磁繼電器，分別連接左、右磁電機(jī)。一個單片機(jī)，與互鎖放大電路、第二固態(tài)繼電器、第二電磁繼電器相連。
文檔編號B64C13/16GK101879942SQ201010219300
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者周堯明, 武哲, 祝明, 竇小明 申請人:北京航空航天大學(xué)