本發(fā)明為飛機操縱系統(tǒng)的人感系統(tǒng)設計技術，涉及一種飛機操縱系統(tǒng)的多梯度人感裝置設計方法。

背景技術：

人工飛行飛行操縱系統(tǒng)包括副翼操縱系統(tǒng)、升降舵操縱系統(tǒng)和方向舵操縱系統(tǒng)，用于操縱飛機實現(xiàn)滾轉、俯仰和偏航。作為飛機的重要功能系統(tǒng)，直接影響飛機的飛行安全，飛行操縱系統(tǒng)的設計是至關重要的。在不可逆操縱系統(tǒng)中，人感裝置的功能是模擬鉸鏈力矩的作用，為飛行員提供操縱力的感覺；兩套有交聯(lián)關系的系統(tǒng)中，人感裝置的功能是當一套系統(tǒng)發(fā)生卡滯時，另一套正常的系統(tǒng)仍可操縱(此時只是增大部分操縱力)。

各種飛機人工操縱系統(tǒng)線系設計不一樣，人感裝置設計時較多情況下都是根據(jù)設計者的理念進行，人感裝置的性能完全取決于設計者的個人知識水平。由于載荷機構在設計中存在復雜、周期長、返工量大、狀態(tài)不易保證等缺點，給設計、生產(chǎn)造成很多困擾，現(xiàn)有的技術對飛機操縱系統(tǒng)缺乏有效、規(guī)范的方法。在運八飛機設計過程中，人感裝置(載荷機構)設計方法較為簡單，通過操縱力和操縱系統(tǒng)設計方案，以操縱系統(tǒng)傳動比計算出載荷機構的特性曲線，采用單梯度或雙梯度直線進行擬合，設計過程中忽略摩擦阻力和運動時壓縮空氣的阻尼等因素影響，擬合的載荷機構力反傳回駕駛員時的力與設計值有一定的誤差。本發(fā)明給出了較為完整、實施性強的人感裝置設計方法，充分考慮了摩擦阻力、運動時壓縮空氣的阻尼對人感裝置性能的影響，并對人感裝置進行動力學仿真，減小人感裝置提供的感覺力設計誤差。

技術實現(xiàn)要素：

(一).發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是：提供一種飛機操作系統(tǒng)的人感系統(tǒng)設計技術。大大減小了人感裝置提供的感覺力設計誤差，獲得優(yōu)良的操縱力感覺，并使人感系統(tǒng)的設計、安裝調(diào)試周期大幅縮短。

另外，本發(fā)明還提供多種飛機操作系統(tǒng)中的人感裝置實例。

(二)技術方案：

本發(fā)明的技術方案是：

多梯度人感裝置，其包括載荷機構運動零件單耳螺紋套筒1、第一保持架6、第二保持架9、第三保持架16、第四保持架30、第一鋼珠7、第二鋼珠10、第三鋼珠17、第四鋼珠20、第五鋼珠31、作用桿8、第一預應力調(diào)節(jié)器11、第二預應力調(diào)節(jié)器26、第三預應力調(diào)節(jié)器33、第一套筒12、第二套筒15、第三套筒18、第四套筒22、第五套筒23、第六套筒25、第七套筒28、大彈簧13、外筒14、行程調(diào)節(jié)器19、中彈簧21、小彈簧24、第八套筒29、端蓋34、耳形接頭36，其中:

作用桿8左端與第一套筒12左端面固定連接，第一套筒12通過第一鋼珠7以滾動摩擦方式套裝在外筒14內(nèi)。

大彈簧13左端套頂在第一套筒12右端面的臺階上，大彈簧13左端套頂在第二套筒15右部的臺階上，第二套筒15的左端以滑動摩擦方式安裝在第一套筒12右端面的安裝孔內(nèi)，同時通過第一預應力調(diào)節(jié)器11調(diào)節(jié)第一套筒12的位置。

第三套筒18內(nèi)圓周面固定安裝在第二套筒15右部的臺階上，中彈簧21左端套頂在第三套筒18外圓周面左端，中彈簧21右端套頂在第六套筒25外圓周面，第四套筒22的左端以滑動摩擦方式安裝在第三套筒18內(nèi)，第三套筒18右端有防止第四套筒22的左端脫落的臺階，第六套筒25通過第二預應力調(diào)節(jié)器26固定安裝在第四套筒22的右部，行程調(diào)節(jié)器19的外圓周面以滾動摩擦方式安裝在第四套筒22的左端內(nèi)圓周面上，行程調(diào)節(jié)器19的內(nèi)圓周面固定安裝在第二套筒15右端。

第五套筒23左端外圓周面以滑動摩擦形式安裝在第四套筒22的右部的內(nèi)圓周面上，同時還有限位臺階對第五套筒23的滑動位置進行限位，第五套筒23右端內(nèi)圓周面以滑動摩擦形式安裝在第七套筒28的左端的外圓周面上，第七套筒28的左端上有防止第五套筒23右端脫落的臺階，小彈簧24左端套頂在第五套筒23左端，小彈簧24右端套頂在第八套筒29上，第八套筒29外圓周面通過第五鋼珠31以滾動摩擦方式安裝第四套筒22右端內(nèi)圓周面上，第八套筒29內(nèi)圓周面以滑動摩擦方式安裝第七套筒28右端外圓周面上，同時通過第三預應力調(diào)節(jié)器33調(diào)節(jié)第八套筒29的位置。

作用桿8從左到右依次通過第二保持架9和第二鋼珠10以滾動摩擦方式安裝15內(nèi)圓周面，通過第三保持架16和第三鋼珠17以滾動摩擦方式安裝第二套筒15內(nèi)圓周面，以滑動摩擦方式安裝第七套筒28的臺階內(nèi)圓周面，以滑動摩擦方式安裝端蓋34右端面安裝孔內(nèi)圓周面。

端蓋34與外筒14和單耳螺紋套筒1固定連接。

其中，不同運動零件封閉腔之間設置有通氣孔，減小運動時氣體的阻尼。鋼珠與保持架減小了摩擦力。

多梯度人感裝置設計方法，其步驟如下：

第一步：根據(jù)操縱品質(zhì)設計的操縱力和操縱系統(tǒng)設計方案，以操縱系統(tǒng)傳動比計算出人感裝置的特性曲線，采用三段直線進行擬合；

第二步：根據(jù)操縱系統(tǒng)運動和安裝空間，確定人感裝置的外形尺寸和行程；

第三步：根據(jù)擬合的特性曲線，確定人感裝置中彈簧的外形尺寸，選定三個彈簧的材料、彈簧截面形式圓形或矩形。根據(jù)彈簧截面、行程、預緊力、材料力學性能、計算出大彈簧13、中彈簧21、小彈簧24的最大壓縮量和長度。

第四步：根據(jù)大彈簧13、中彈簧21、小彈簧24尺寸與空間、行程，完成預緊力調(diào)節(jié)器、套筒、保持架、作用桿等零件的設計。

第五步：根據(jù)完成的零件進行強度、壽命計算分析，并對強度、壽命低的零件進行完善。

第六步：對人感裝置的摩擦力計算，得出每一段彈簧運動時的摩擦力，結合人感裝置的特性曲線，確定出每一段彈簧的預緊力。調(diào)整預緊力調(diào)節(jié)器第一預應力調(diào)節(jié)器11、第二預應力調(diào)節(jié)器26、第三預應力調(diào)節(jié)器33可以對每一段彈簧預緊力進行調(diào)整。

第七步：對人感裝置進行分析，找出運動時壓縮空氣產(chǎn)生阻尼的主要零件并設計通風孔，減小阻尼。

第八步：對人感裝置進行振動分析，得出人感裝置的固有頻率，確保不會與系統(tǒng)發(fā)生共振。動力學仿真，得出人感裝置在不同運動速度下輸出的力，將此力與設計的操縱力對比分析，確定是否滿足使用要求。

(三)有益效果

本發(fā)明解決了人感系統(tǒng)調(diào)整復雜、周期長、返工量大、系統(tǒng)狀態(tài)不易保證、每架機系統(tǒng)調(diào)整狀態(tài)的一致性或相近性較差等缺點，不但使得人感裝置的每一段力值可分段調(diào)整，簡化人感裝置的調(diào)整過程、減少反復工作、縮短系統(tǒng)調(diào)整周期，而且保證操縱系統(tǒng)線系良好的回中性和系統(tǒng)的調(diào)整狀態(tài)。

附圖說明

圖1為單梯度人感裝置；

圖2為雙梯度人感裝置；

圖3是三梯度人感裝置；

圖4為三段直線進行擬合示意圖。

圖3中，1.單耳螺紋套筒 2.止動釘 3.螺母 4.止動墊片5.端蓋 6.第一保持架 7.第一鋼珠 8.作用桿 9.第二保持架10.第二鋼珠 11.第一預應力調(diào)節(jié)器 12.第一套筒 13.大彈簧14.外筒 15.第二套筒 16.第三保持架 17.第三鋼珠18.第三套筒 19.行程調(diào)節(jié)器 20.第四鋼珠 21.中彈簧22.第四套筒 23.第五套筒 24.小彈簧 25.第六套筒 26.第二預應力調(diào)節(jié)器 27.止動釘 28.第七套筒 29.第八套筒30.第四保持架 31.第五鋼珠 32.止動釘 33.第三預應力調(diào)節(jié)器34.端蓋 35.聚四氟乙烯防塵圈 36.耳形接頭

具體實施方式

本發(fā)明人感裝置設計方法，其包括人感裝置零件單耳螺紋套筒單耳螺紋套筒1、第一保持架6、第二保持架9、第三保持架16、第四保持架30、第一鋼珠7、第二鋼珠10、第三鋼珠17、第四鋼珠20、第五鋼珠31、作用桿8、第一預應力調(diào)節(jié)器11、第二預應力調(diào)節(jié)器26、第三預應力調(diào)節(jié)器33、第一套筒12、第二套筒15、第三套筒18、第四套筒22、第五套筒23、第六套筒25、第七套筒28、大彈簧13、外筒14、行程調(diào)節(jié)器19、中彈簧21、小彈簧24、第八套筒29、端蓋34、耳形接頭36。

其中，不同運動零件封閉腔之間設置有通氣孔，減小運動時氣體的阻尼，而所述的鋼珠與保持架減小載荷機構的摩擦力。在調(diào)整載荷機構預緊力時，只需調(diào)整內(nèi)部的預緊力調(diào)節(jié)器。

根據(jù)操縱力特性曲線，對載荷機構的設計時并不是采用很多段直線進行擬合，這樣載荷機構設計時會非常復雜且難以安裝和調(diào)整。一般，載荷機構采用一段直線、兩段直線或三段直線擬合。

載荷機構設計時，根據(jù)系統(tǒng)分析和統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，在確定的操縱系統(tǒng)的操縱力與傳動比后進行設計。本實施方式中，以三梯度人感裝置設計為例(見圖3)，其設計方法如下：

第一步：根據(jù)操縱品質(zhì)設計的操縱力和操縱系統(tǒng)設計方案，以操縱系統(tǒng)傳動比計算出人感裝置的特性曲線，采用三段直線進行擬合，如附圖4所示。

第二步：根據(jù)操縱系統(tǒng)運動和安裝空間，確定人感裝置的外形尺寸和行程；

第三步：根據(jù)擬合的特性曲線，確定人感裝置中彈簧的外形尺寸，選定彈簧的材料、彈簧截面形式圓形。根據(jù)彈簧截面、行程、預緊 力、材料力學性能、計算出大彈簧13、中彈簧21、小彈簧24的最大壓縮量和長度，完成圖紙設計。

第四步：根據(jù)大彈簧13、中彈簧21、小彈簧24尺寸與空間、行程，完成單耳螺紋套筒1、止動墊片4、端蓋5、第一保持架6、第二保持架9、第三保持架16、第四保持架30、第一鋼珠7、第二鋼珠10、第三鋼珠17、第四鋼珠20、第五鋼珠31、作用桿8長度、第一預應力調(diào)節(jié)器11、第二預應力調(diào)節(jié)器26、第三預應力調(diào)節(jié)器33、第一套筒12、第二套筒15、第三套筒18、第四套筒22、第五套筒23、第六套筒25、第七套筒28、第八套筒29、外筒14、行程調(diào)節(jié)器19、端蓋34、防塵圈35、耳形接頭36等零件的設計。

第五步：零件進行強度、壽命計算分析，并對強度、壽命低的零件進行完善。

第六步：對人感裝置的摩擦力計算，得出每一段彈簧運動時的摩擦力，結合人感裝置的特性曲線，確定出每一段彈簧的預緊力。調(diào)整第一預應力調(diào)節(jié)器11、第二預應力調(diào)節(jié)器26、第三預應力調(diào)節(jié)器33可以對每一段彈簧預緊力進行調(diào)整。

第七步：對人感裝置進行分析，找出運動時壓縮空氣產(chǎn)生阻尼的主要零件端蓋5、第一套筒12、第二套筒15、第四套筒22，對端蓋5、第一套筒12、第二套筒15、第四套筒22設計通風孔大小。

第八步：對人感裝置進行振動分析，得出人感裝置的固有頻率，確保不會與系統(tǒng)發(fā)生共振。動力學仿真，得出人感裝置在不同運動速度下輸出的力，將此力與設計的操縱力對比分析，確定是否滿足使用要求。

本發(fā)明多梯度人感裝置已經(jīng)在某系列型號飛機上驗證，經(jīng)過相關生產(chǎn)部門及用戶反應，操縱力感覺優(yōu)良，狀態(tài)也易保證，反應效果良好，有很好的使用前景。