一種用於飛機的方向舵腳蹬控制裝置和控制方法
2023-05-25 15:41:41 1
專利名稱：一種用於飛機的方向舵腳蹬控制裝置和控制方法
技術領域：
本發明涉及一種用於飛機的方向舵腳蹬控制裝置和控制方法。
背景技術：
目前，在役的民用飛機中，腳蹬同時集成有方向舵控制與剎車控制功能。剎車控制功能通常是通過腳踏板壓縮或拉伸剎車傳感器，產生指令信號而實現，但是當腳蹬踏板發生卡阻時，操作方向舵腳蹬意圖實現方向舵控制往往會導致剎車傳感器產生錯誤的指令信號，即非指令剎車。非指令剎車在很多民用飛機的安全性故障等級中處於較高級別。根據已掌握資料，目前的民用飛機中均是通過降低腳蹬踏板發生卡阻的概率進而降低非指令剎車的概率，從而滿足相關的安全性要求，但是這種方式會受限於比較穩定的工業界公認的軸承及襯套的卡阻概率。因此，在未來民用飛機中，隨著設備功能的日益複雜，這種依靠純機械方式來滿足系統級對非指令剎車的安全性要求將會受到越來越多的限制。如圖1所示，民用飛機方向舵剎車腳蹬控制裝置100通常可以簡化為四連杆機構，即，由腳蹬座102、設置在腳蹬座102上的方向舵腳蹬控制搖臂104和剎車腳蹬連杆106以及連接方向舵腳蹬控制搖臂104和剎車腳蹬連杆106的剎車腳蹬曲柄108形成。其中，方向舵腳蹬控制搖臂104繞腳蹬座102的A點旋轉，剎車腳蹬連杆106繞腳蹬座102的D點旋轉；方向舵腳蹬控制搖臂104和剎車腳蹬曲柄108彼此樞接於B點，剎車腳蹬連杆106和剎車腳蹬曲柄108彼此樞接於C點。該方向舵剎車腳蹬控制裝置100還包括與前述四連杆機構耦接的方向舵腳蹬110，用於飛行員操作。為了實現所集成的剎車控制功能，剎車腳蹬連杆106是可被壓縮的，其上設置有套筒，套筒內布置有保持一定的預壓縮量的彈簧以及響應彈簧彈性變形量的位移傳感器，在剎車腳蹬連杆106受壓變短時設置於其上的位移傳感器向控制器發出代表彈簧變形的電信號，控制器響應該電信號對飛機的剎車控制裝置發出剎車控制信號。反之，在剎車腳蹬連杆106並未變短時，設置於其上的`位移傳感器不向控制器發出代表彈簧連續變形的電信號，控制器不產生剎車控制信號。然而，在實際飛機飛行途中，即使當飛行員進行腳蹬方向舵控制時也可能由於B點處發生卡阻而導致腳蹬剎車控制，雖然這種概率較低。具體地，飛行員踩踏方向舵腳蹬110以使方向舵腳蹬控制搖臂104繞A點旋轉，如果B點處沒有發生卡阻，即，方向舵腳蹬控制搖臂104與剎車腳蹬曲柄108、腳蹬踏板110可自由轉動時，方向舵腳蹬控制搖臂104與剎車腳蹬曲柄108之間的夾角Θ可隨該四連杆機構的運動而自由調整，剎車腳蹬連杆106的長度恆定，彈簧不發生連續變形，傳感器不向控制器發出表示彈簧連續變形的電信號，控制器不產生剎車信號。然而，如果B點處發生卡阻，通過方向舵腳蹬控制搖臂104旋轉進行方向舵控制時，Θ角將保持恆定，因此剎車腳蹬連杆106將受壓，產生剎車傳感信號，引起非指令剎車。眾所周知，飛行員在進行方向舵控制時，不希望由於上述四連杆機構的故障而發生了剎車。
發明內容
考慮到非指令剎車的嚴重後果，為了對剎車控制功能加以保護，並滿足相關安全性和人機工效要求，本發明提出引入一種控制裝置和控制方法，判別方向舵腳蹬是否正常工作、是否發生卡阻，進而能夠有效預防發生非指令剎車。通過本發明所公開的技術方案可以有效地防止因方向舵腳蹬卡阻而導致非指令剎車的風險。本發明所公開的技術方案可以抑制非指令剎車這一安全性故障的發生。本發明的目的，在於克服傳統飛機中方向舵腳蹬可能卡阻所導致非指令剎車的故障，提高飛機的安全性水平。本發明易於實施，可以有效地識別方向舵腳蹬的工作狀態，避免非指令剎車的發生。本發明通過獨特的方式監測方向舵腳蹬的工作狀態，通過判斷飛機速度大於預定的決斷速度Vl時是否發生卡阻，對剎車傳感器的信號進行有條件的篩選、過濾。一旦飛機速度大於決斷速度Vl且方向舵腳蹬發生卡阻，剎車傳感器自身的信號將不再直接引起剎車動作，從而避免非指令剎車的發生。根據本發明的一個目的，公開了一種用於飛機的方向舵腳蹬控制裝置，其包括由腳蹬座、設置在腳蹬座上的方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬連杆以及連接所述方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬連杆的剎車腳蹬曲柄形成的四連杆機構以及與四連杆機構連接的方向舵腳蹬。其中，剎車腳蹬連杆是可壓縮的且布置有第一傳感器，當剎車腳蹬曲柄相對方向舵腳蹬控制搖臂沒有相對轉動從而使剎車腳蹬連杆被壓縮時，第一傳感器產生剎車傳感信號。方向舵腳蹬控制裝置還包括第二傳感器，其用於感應剎車腳蹬曲柄相對方向舵腳蹬控制搖臂之間的轉動；速度比較器，其用於將飛機的當前速度和預定速度進行比較；控制器，其電連接第一傳感器、第二傳感器和速度比較器，並且，當第二傳感器感應到剎車腳蹬曲柄相對方向舵腳蹬控制搖臂沒有相對轉動並且速度比較器所比較的當前速度大於預定速度時，控制器屏蔽第一傳感器產生的剎車傳感信號。具體地，第二傳感器為彈簧套筒傳感器。更具體地，彈簧套筒傳感器至少包括套筒和設置在套筒內的彈簧。更具體地，方向舵腳蹬控制裝置還包括中間連杆，中間連杆穿過套筒並且其使得彈簧雙向可壓縮地耦接在中間連杆上，中間連杆的一端樞接到方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬連杆的其中之一上，中間連杆的另一端可轉動並可伸縮地搭接到方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄的另一個的某處。選擇性地，第二傳感器為角位移傳感器。具體地，角位移傳感器設置在方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄之間的樞轉軸上。根據本發明的另一個目的，還公開了一種用於飛機的方向舵腳蹬控制方法，其包括判斷剎車腳蹬連杆是否被壓縮以使得被壓縮時產生第一傳感信號；確定方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄之間是否存在相對轉動並比較飛機的當前速度和預定速度，以使得當不存在相對轉動並且飛機的當前速度大於預定速度時產生第二傳感信號；以及第二傳感信號屏蔽剎車傳感信號。具體地，確定方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄之間是否存在相對轉動是通過設置在方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄之間的彈簧套筒傳感器來實現的。具體地，確定方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄之間是否存在相對轉動是通過設置在方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄之間的樞轉軸上的角位移傳感器實現的。本發明的技術效果如下在本發明中，非指令剎車由單點故障導致變為由兩次故障導致，其發生的條件為「方向舵腳蹬發生卡阻」與「第二傳感器發出錯誤信號」兩個獨立事件同時發生。因此，非指令剎車的發生概率為上述兩事件的概率乘積。參考相關民用飛機方向舵剎車腳蹬的故障概率(I X e_°7)，及第二傳感器的常見故障概率(lXe_°6)後，可計算出發生非指令剎車故障的概率為(lXe_°7)*(lXe_°6) = lXe_°13，滿足了典型民用飛機對非指令剎車的lXe_°9的失效概率要求。因此，採用本發明的技術方案後，方向舵剎車腳蹬單點卡阻直接導致非指令剎車的故障將可避免。為了滿足特定飛行階段剎車功能的可用性與完整性，可根據飛機剎車系統構架而對第二傳感器採用餘度配置，併合理使用信號，優化控制方法。
為了解釋本發明，將在下文中參考附圖描述其示例性實施方式，附圖中圖1是現有技術的方向舵腳蹬控制裝置的簡化機構圖；圖2是本發明的方向舵腳蹬控制裝置的第一種實施方式當方向舵腳蹬處於中立位置時的簡化機構圖；圖3是本發明的方向舵腳蹬控制裝置的第一種實施方式當方向舵腳蹬處於向前操作時的簡化機構圖；圖4是本發明的方向舵腳蹬控制裝置的第一種實施方式當方向舵腳蹬處於向後操作時的簡化機構圖；圖5是本發明的方向舵腳蹬控制裝置的第二種實施方式當方向舵腳蹬處於中立位置時的簡化機構圖；圖6是本發明的方向舵腳蹬控制裝置的第二種實施方式當方向舵腳蹬處於向前操作時的簡化機構圖；圖7是本發明的方向舵腳蹬控制裝置的第二種實施方式當方向舵腳蹬處於向後操作時的簡化機構圖；圖8是本發明的方向舵腳蹬控制方法的流程圖。不同圖中的相似特徵由相似的附圖標記指示。
具體實施例方式如圖2-圖4所示，公開了本發明的第一種實施方式。在方向舵剎車控制裝置200中，由腳蹬座202、設置在腳蹬座202上的方向舵腳蹬控制搖臂204和剎車腳蹬連杆206以及連接方向舵腳蹬控制搖臂204和剎車腳蹬連杆206的剎車腳蹬曲柄208形成為四連杆機構。其中，方向舵腳蹬控制搖臂204繞腳蹬座202的A點旋轉，剎車腳蹬連杆206繞腳蹬座202的D點旋轉；方向舵腳蹬控制搖臂204和剎車腳蹬曲柄208彼此樞接於B點，剎車腳蹬連杆206和剎車腳蹬曲柄208彼此樞接於C點。該方向舵剎車腳蹬控制裝置200還包括與前述四連杆機構耦接的方向舵腳蹬210，用於飛行
員操作。另外，該方向舵剎車腳蹬控制裝置200還包括中間連杆212，該中間連杆212的一端樞接到C點另一端搭接到方向舵腳蹬控制搖臂204上的某處(如點E)，所謂「搭接」指的是該中間連杆212既可以相對方向舵腳蹬控制搖臂204轉動也可以平移，此處的伸縮指的是三角形BCE的底邊CE的邊長是可變化的。該方向舵剎車腳蹬控制裝置200還包括第二傳感器214，具體地該第二傳感器214為彈簧套筒傳感器，該彈簧套筒傳感器至少包括套筒214a和設置在套筒214a內彈簧214b。前述的中間連杆212穿過套筒214a並且使得彈簧214b雙向可壓縮地耦接在該中間連杆212 上。結合圖8，在具體操作中，例如從圖2的狀態到圖3的狀態，或者從圖2的狀態到圖4的狀態，飛行員踩踏方向舵腳蹬210以使方向舵腳蹬控制搖臂204繞A點旋轉，如果B點處沒有發生卡阻，即，方向舵腳蹬控制搖臂204與剎車腳蹬曲柄208、腳蹬踏板210可自由轉動時，方向舵腳蹬控制搖臂204與剎車腳蹬曲柄208之間的夾角可隨該四連杆機構的運動而自由調整，剎車腳蹬連杆206的長度恆定，彈簧的變形量恆定(即，仍為預置壓縮量)，剎車腳蹬連杆206上設置的第一傳感器(未示出)不向控制器發出表示彈簧連續變形的電信號，控制器不產生剎車信號。如果B點處發生卡阻，通過方向舵腳蹬控制搖臂204旋轉進行方向舵控制時，方向舵腳蹬控制搖臂204和剎車腳蹬曲柄208之間的角度將保持恆定，因此剎車腳蹬連杆206將受壓，第一傳感器將產生第一傳感信號(即，剎車傳感信號)並傳輸給控制器。同時，由於剎車腳蹬曲柄208相對方向舵腳蹬控制搖臂204之間沒有發生轉動，故第二傳感器214的彈簧變形量保持恆定，作為結果，該第二傳感器214感應到卡阻，並將該信號傳遞至控制器。當飛機的當前速度大於預定的決斷速度Vl時，該第二傳感器214產生第二傳感信號，控制器接受到該第二傳感信號後屏蔽第一傳感器發出的剎車傳感信號。這樣，避免了非指令剎車。如圖5-圖7所示，公開了本發明的第二種實施方式。在方向舵剎車控制裝置300中，由腳蹬座302、設置在腳蹬座302上的方向舵腳蹬控制搖臂304和剎車腳蹬連杆306以及連接方向舵腳蹬控制搖臂304和剎車腳蹬連杆306的剎車腳蹬曲柄308形成為四連杆機構。其中，方向舵腳蹬控制搖臂304繞腳蹬座302的A點旋轉，剎車腳蹬連杆306繞腳蹬座302的D點旋轉；方向舵腳蹬控制搖臂304和剎車腳蹬曲柄308彼此樞接於B點，剎車腳蹬連杆306和剎車腳蹬曲柄308彼此樞接於C點。該方向舵剎車腳蹬控制裝置300還包括與前述四連杆機構耦接的方向舵腳蹬310，用於飛行員操作。該方向舵剎車腳蹬控制裝置300還包括第二傳感器312，具體地該第二傳感器312為角位移傳感器，該角位移傳感器設置在樞接點B上，即，方向舵腳蹬控制搖臂304和剎車腳蹬曲柄308之間的轉動軸或樞接座上，用於感應兩者之間轉動的相對角度。結合圖8，在具體操作中，例如從圖5的狀態到圖6的狀態，或者從圖5的狀態到圖7的狀態，飛行員踩踏方向舵腳蹬310以使方向舵腳蹬控制搖臂304繞A點旋轉，如果B點處沒有發生卡阻，即，方向舵腳蹬控制搖臂304與剎車腳蹬曲柄308、腳蹬踏板310可自由轉動時，方向舵腳蹬控制搖臂304與剎車腳蹬曲柄308之間的夾角可隨該四連杆機構的運動而自由調整，剎車腳蹬連杆306的長度恆定，彈簧的變形量恆定(即，仍為預置壓縮量)，剎車腳蹬連杆306上設置的第一傳感器(未示出)不向控制器發出表示彈簧連續變形的電信號，控制器不產生剎車信號。如果B點處發生卡阻，通過方向舵腳蹬控制搖臂304旋轉進行方向舵控制時，方向舵腳蹬控制搖臂304和剎車腳蹬曲柄308之間的角度將保持恆定，因此剎車腳蹬連杆306將受壓，第一傳感器將產生第一傳感信號(即，剎車傳感信號)並傳輸給控制器。同時，由於剎車腳蹬曲柄308相對方向舵腳蹬控制搖臂304之間沒有發生相對轉動，故第二傳感器314感應的角位移量沒有變化，作為結果，該第二傳感器314感應到卡阻，並將該信號傳遞至控制器。當飛機的當前速度大於預定的決斷速度Vl時，該第二傳感器314向控制器發出第二傳感信號，控制器接受該第二傳感信號後屏蔽第一傳感器發出的剎車傳感信號。這樣，避免了非指令剎車。本發明不以任何方式限制於在說明書和附圖中呈現的示例性實施方式。示出以及描述的實施方式(的部分)的所有組合明確地理解為併入該說明書之內並且明確地理解為落入本發明的範圍內。而且，在如權利要求書概括的本發明的範圍內，很多變形是可能的。此外，不應該將權利要求書中的任何參考標記構造為限制本發明的範圍。
權利要求
1.一種用於飛機的方向舵腳蹬控制裝置，其包括由腳蹬座、設置在所述腳蹬座上的方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬連杆以及連接所述方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬連杆的剎車腳蹬曲柄形成的四連杆機構以及與所述四連杆機構連接的方向舵腳蹬，所述剎車腳蹬連杆是可壓縮的且布置有第一傳感器，當所述剎車腳蹬曲柄相對所述方向舵腳蹬控制搖臂沒有相對轉動從而使所述剎車腳蹬連杆被壓縮時，所述第一傳感器產生剎車傳感信號；其特徵在於，所述方向舵腳蹬控制裝置還包括第二傳感器，其用於感應所述剎車腳蹬曲柄相對所述方向舵腳蹬控制搖臂之間的轉動；速度比較器，其用於將飛機的當前速度和預定速度進行比較；控制器，其電連接所述第一傳感器、所述第二傳感器和所述速度比較器，並且，當所述第二傳感器感應到所述剎車腳蹬曲柄相對所述方向舵腳蹬控制搖臂沒有相對轉動並且所述速度比較器所比較的當前速度大於預定速度時，所述控制器屏蔽所述第一傳感器產生的剎車傳感信號。
2.根據權利要求1所述的方向舵腳蹬控制裝置，其特徵在於，所述第二傳感器為彈簧套筒傳感器。
3.根據權利要求2所述的方向舵腳蹬控制裝置，其特徵在於，所述彈簧套筒傳感器至少包括套筒、設置在套筒內的彈簧和位移傳感器，所述位移傳感器用於感應所述彈簧的線性位移。
4.根據權利要求3所述的方向舵腳蹬控制裝置，其特徵在於，方向舵腳蹬控制裝置還包括中間連杆，所述中間連杆穿過所述套筒並且其使得所述彈簧雙向可壓縮地耦接在所述中間連杆上，所述中間連杆的一端樞接到所述方向舵腳蹬控制搖臂和所述剎車腳蹬連杆的其中之一上，所述中間連杆的另一端可轉動並可伸縮地搭接到所述方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄的另一個的某處。
5.根據權利要求1所述的方向舵腳蹬控制裝置，其特徵在於，所述第二傳感器為角位移傳感器。
6.根據權利要求5所述的方向舵腳蹬控制裝置，其特徵在於，所述角位移傳感器設置在所述方向舵腳蹬控制搖臂和所述剎車腳蹬曲柄之間的樞轉軸上。
7.一種用於飛機的方向舵腳蹬控制方法，其包括判斷剎車腳蹬連杆是否被壓縮以使得被壓縮時產生第一傳感信號；確定方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄之間是否存在相對轉動並比較飛機的當前速度和預定速度，以使得當不存在相對轉動並且飛機的當前速度大於預定速度時產生第二傳感信號；以及所述第二傳感信號傳遞至控制器以屏蔽所述第一傳感信號。
8.根據權利要求7所述的方向舵腳蹬控制方法，其特徵在於，確定方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄之間是否存在相對轉動是通過設置在方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄之間的彈簧套筒傳感器來實現的。
9.根據權利要求7所述的方向舵腳蹬控制方法，其特徵在於，確定方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄之間是否存在相對轉動是通過設置在方向舵腳蹬控制搖臂和剎車腳蹬曲柄之間的樞轉軸上的角位移傳感器實現的。
全文摘要
一種用於飛機的方向舵腳蹬控制裝置，其剎車腳蹬連杆是可壓短的且布置有第一傳感器，當剎車腳蹬曲柄相對方向舵腳蹬控制搖臂沒有相對轉動從而使剎車腳蹬連杆被壓縮時，第一傳感器產生剎車傳感信號；方向舵腳蹬控制裝置包括第二傳感器，其用於感應剎車腳蹬曲柄相對方向舵腳蹬控制搖臂之間的相對轉動；速度比較器，其用於將飛機的當前速度和預定速度進行比較；控制器，其電連接第一傳感器、第二傳感器和速度比較器，並且，當第二傳感器感應到剎車腳蹬曲柄相對方向舵腳蹬控制搖臂沒有相對轉動並且速度比較器所比較的當前速度大於預定速度時，控制器屏蔽第一傳感器產生的剎車傳感信號。
文檔編號B64C13/04GK103057697SQ20131000526
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月7日 優先權日2013年1月7日
發明者豐立東, 田金強, 王興波, 劉彩志, 陳帥, 李劍 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計研究院