本發(fā)明為飛機(jī)操縱系統(tǒng)的人感系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，涉及一種飛機(jī)操縱系統(tǒng)的多梯度人感裝置設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

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(jī)實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航。作為飛機(jī)的重要功能系統(tǒng)，直接影響飛機(jī)的飛行安全，飛行操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是至關(guān)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(jué)；兩套有交聯(lián)關(guān)系的系統(tǒng)中，人感裝置的功能是當(dāng)一套系統(tǒng)發(fā)生卡滯時(shí)，另一套正常的系統(tǒng)仍可操縱(此時(shí)只是增大部分操縱力)。

各種飛機(jī)人工操縱系統(tǒng)線系設(shè)計(jì)不一樣，人感裝置設(shè)計(jì)時(shí)較多情況下都是根據(jù)設(shè)計(jì)者的理念進(jìn)行，人感裝置的性能完全取決于設(shè)計(jì)者的個(gè)人知識(shí)水平。由于載荷機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)中存在復(fù)雜、周期長(zhǎng)、返工量大、狀態(tài)不易保證等缺點(diǎn)，給設(shè)計(jì)、生產(chǎn)造成很多困擾，現(xiàn)有的技術(shù)對(duì)飛機(jī)操縱系統(tǒng)缺乏有效、規(guī)范的方法。在運(yùn)八飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，人感裝置(載荷機(jī)構(gòu))設(shè)計(jì)方法較為簡(jiǎn)單，通過(guò)操縱力和操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以操縱系統(tǒng)傳動(dòng)比計(jì)算出載荷機(jī)構(gòu)的特性曲線，采用單梯度或雙梯度直線進(jìn)行擬合，設(shè)計(jì)過(guò)程中忽略摩擦阻力和運(yùn)動(dòng)時(shí)壓縮空氣的阻尼等因素影響，擬合的載荷機(jī)構(gòu)力反傳回駕駛員時(shí)的力與設(shè)計(jì)值有一定的誤差。本發(fā)明給出了較為完整、實(shí)施性強(qiáng)的人感裝置設(shè)計(jì)方法，充分考慮了摩擦阻力、運(yùn)動(dòng)時(shí)壓縮空氣的阻尼對(duì)人感裝置性能的影響，并對(duì)人感裝置進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，減小人感裝置提供的感覺(jué)力設(shè)計(jì)誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一).發(fā)明目的

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

另外，本發(fā)明還提供多種飛機(jī)操作系統(tǒng)中的人感裝置實(shí)例。

(二)技術(shù)方案：

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

多梯度人感裝置，其包括載荷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器11、第二預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器26、第三預(yù)應(yīng)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(guò)第一鋼珠7以滾動(dòng)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(tái)階上，大彈簧13左端套頂在第二套筒15右部的臺(tái)階上，第二套筒15的左端以滑動(dòng)摩擦方式安裝在第一套筒12右端面的安裝孔內(nèi)，同時(shí)通過(guò)第一預(yù)應(yīng)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(tái)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(dòng)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(tái)階，第六套筒25通過(guò)第二預(yù)應(yīng)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(dòng)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(dòng)摩擦形式安裝在第四套筒22的右部的內(nèi)圓周面上，同時(shí)還有限位臺(tái)階對(duì)第五套筒23的滑動(dòng)位置進(jìn)行限位，第五套筒23右端內(nèi)圓周面以滑動(dòng)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(tái)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(guò)第五鋼珠31以滾動(dòng)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(dòng)摩擦方式安裝第七套筒28右端外圓周面上，同時(shí)通過(guò)第三預(yù)應(yīng)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(guò)第二保持架9和第二鋼珠10以滾動(dòng)摩擦方式安裝15內(nèi)圓周面，通過(guò)第三保持架16和第三鋼珠17以滾動(dòng)摩擦方式安裝第二套筒15內(nèi)圓周面，以滑動(dòng)摩擦方式安裝第七套筒28的臺(tái)階內(nèi)圓周面，以滑動(dòng)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(yùn)動(dòng)零件封閉腔之間設(shè)置有通氣孔，減小運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shè)計(jì)方法，其步驟如下：

第一步：根據(jù)操縱品質(zhì)設(shè)計(jì)的操縱力和操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以操縱系統(tǒng)傳動(dòng)比計(jì)算出人感裝置的特性曲線，采用三段直線進(jìn)行擬合；

第二步：根據(jù)操縱系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)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(gè)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(yù)緊力、材料力學(xué)性能、計(jì)算出大彈簧13、中彈簧21、小彈簧24的最大壓縮量和長(zhǎng)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(yù)緊力調(diào)節(jié)器、套筒、保持架、作用桿等零件的設(shè)計(jì)。

第五步：根據(jù)完成的零件進(jìn)行強(qiáng)度、壽命計(jì)算分析，并對(duì)強(qiáng)度、壽命低的零件進(jìn)行完善。

第六步：對(duì)人感裝置的摩擦力計(jì)算，得出每一段彈簧運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，結(jié)合人感裝置的特性曲線，確定出每一段彈簧的預(yù)緊力。調(diào)整預(yù)緊力調(diào)節(jié)器第一預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器11、第二預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器26、第三預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器33可以對(duì)每一段彈簧預(yù)緊力進(jìn)行調(diào)整。

第七步：對(duì)人感裝置進(jìn)行分析，找出運(yùn)動(dòng)時(shí)壓縮空氣產(chǎn)生阻尼的主要零件并設(shè)計(jì)通風(fēng)孔，減小阻尼。

第八步：對(duì)人感裝置進(jìn)行振動(dòng)分析，得出人感裝置的固有頻率，確保不會(huì)與系統(tǒng)發(fā)生共振。動(dòng)力學(xué)仿真，得出人感裝置在不同運(yùn)動(dòng)速度下輸出的力，將此力與設(shè)計(jì)的操縱力對(duì)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(fù)雜、周期長(zhǎng)、返工量大、系統(tǒng)狀態(tài)不易保證、每架機(jī)系統(tǒng)調(diào)整狀態(tài)的一致性或相近性較差等缺點(diǎn)，不但使得人感裝置的每一段力值可分段調(diào)整，簡(jiǎn)化人感裝置的調(diào)整過(guò)程、減少反復(fù)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(shuō)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(jìn)行擬合示意圖。

圖3中，1.單耳螺紋套筒 2.止動(dòng)釘 3.螺母 4.止動(dòng)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器 27.止動(dòng)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(dòng)釘 33.第三預(yù)應(yīng)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(shí)施方式

本發(fā)明人感裝置設(shè)計(jì)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(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器11、第二預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器26、第三預(yù)應(yīng)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(yùn)動(dòng)零件封閉腔之間設(shè)置有通氣孔，減小運(yùn)動(dòng)時(shí)氣體的阻尼，而所述的鋼珠與保持架減小載荷機(jī)構(gòu)的摩擦力。在調(diào)整載荷機(jī)構(gòu)預(yù)緊力時(shí)，只需調(diào)整內(nèi)部的預(yù)緊力調(diào)節(jié)器。

根據(jù)操縱力特性曲線，對(duì)載荷機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)并不是采用很多段直線進(jìn)行擬合，這樣載荷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)非常復(fù)雜且難以安裝和調(diào)整。一般，載荷機(jī)構(gòu)采用一段直線、兩段直線或三段直線擬合。

載荷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(dòng)比后進(jìn)行設(shè)計(jì)。本實(shí)施方式中，以三梯度人感裝置設(shè)計(jì)為例(見(jiàn)圖3)，其設(shè)計(jì)方法如下：

第一步：根據(jù)操縱品質(zhì)設(shè)計(jì)的操縱力和操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以操縱系統(tǒng)傳動(dòng)比計(jì)算出人感裝置的特性曲線，采用三段直線進(jìn)行擬合，如附圖4所示。

第二步：根據(jù)操縱系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)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(yù)緊 力、材料力學(xué)性能、計(jì)算出大彈簧13、中彈簧21、小彈簧24的最大壓縮量和長(zhǎng)度，完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。

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(dòng)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(zhǎng)度、第一預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器11、第二預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器26、第三預(yù)應(yīng)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(shè)計(jì)。

第五步：零件進(jìn)行強(qiáng)度、壽命計(jì)算分析，并對(duì)強(qiáng)度、壽命低的零件進(jìn)行完善。

第六步：對(duì)人感裝置的摩擦力計(jì)算，得出每一段彈簧運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，結(jié)合人感裝置的特性曲線，確定出每一段彈簧的預(yù)緊力。調(diào)整第一預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器11、第二預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器26、第三預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)器33可以對(duì)每一段彈簧預(yù)緊力進(jìn)行調(diào)整。

第七步：對(duì)人感裝置進(jìn)行分析，找出運(yùn)動(dòng)時(shí)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(duì)端蓋5、第一套筒12、第二套筒15、第四套筒22設(shè)計(jì)通風(fēng)孔大小。

第八步：對(duì)人感裝置進(jìn)行振動(dòng)分析，得出人感裝置的固有頻率，確保不會(huì)與系統(tǒng)發(fā)生共振。動(dòng)力學(xué)仿真，得出人感裝置在不同運(yùn)動(dòng)速度下輸出的力，將此力與設(shè)計(jì)的操縱力對(duì)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(hào)飛機(jī)上驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)相關(guān)生產(chǎn)部門及用戶反應(yīng)，操縱力感覺(jué)優(yōu)良，狀態(tài)也易保證，反應(yīng)效果良好，有很好的使用前景。