具有驱动功能的振杆器的制作方法

本发明属于飞机失速告警保护系统的技术领域，具体涉及一种具有驱动功能的振杆器。

背景技术：

振杆器的功能是当飞机处于临界攻角飞行状态时，飞机失速告警系统向振杆器发出失速告警工作信号，振杆器工作带动驾驶杆抖动，向飞行员发出告警信号，提醒飞行员飞机处于较危险的飞行状态，应尽快改出失速飞行状态，使飞机回到安全正常的飞行状态。

国外生产的诸多型飞机中，为保证飞机的飞行安全均设计有失速告警保护系统。失速告警保护系统中的失速告警方式有触觉、听觉和视觉三种形式，听觉告警装置为语音告警、视觉告警装置为灯光告警，触觉告警装置为振杆器振杆告警。飞机失速告警系统发出的告警信号输入到飞机上的失速告警控制装置后，经过信号转换，将失速告警信号在输入至振杆器上带有偏心轮的电机转动，偏心轮转动使得安装在驾驶杆上的振杆器带动驾驶杆抖动，向飞行员发出触觉告警信号。国外现有的振杆器的基本结构见图1所示。

目前，国产飞机上只有语音和灯光两种告警装置。随着国产飞机失速告警保护系统技术的发展以及失速告警保护系统的失速告警控制信号驱动能力的需求，为进一步保证飞机的飞行安全，需在原听觉告警和视觉告警的基础上，增加触觉告警。使飞行员能直接感受到失速告警信号，保证飞机处于临界攻角飞行状态时，能及时准确的为飞机驾驶员提供判断依据，使飞机及时改出失速飞行状态，回到安全飞行的状态中。

因此，需发明一种能直接接收失速告警信号，不需经中间设备转换，能直接驱动、的具有触觉功能的告警装置—振杆器。这种告警装置失速告警信号能直接驱动、具有防雷、防辐射和抗干扰的功能，并能在一定的范围内针对不同的触觉要求，对振杆器输出的振杆力度和振动频率进行调整。

技术实现要素：

本发明提供了一种具有驱动功能的振杆器。

本发明采用如下的技术方案实现：

一种具有驱动功能的振杆器，其特征在于包括上壳体组件、下壳体组件、电机齿轮组件、摆轮组件、控制电路组件以及插座组件，电机齿轮组件包括电机和电机齿轮，电机为直流电动机M，摆轮组件包括摆轮和配重，所述的控制电路组件的信号输入端与失速告警系统的信号输出端连接，用于接收失速告警系统输出的失速告警信号，并根据该失速告警信号驱动直流电动机M转动。

所述控制电路组件包括第一信号输入接口XP1、第二信号输入接口XP2、电机监控输出接口XP3、滤波电路，场效应管V8，开关电路，和采样反馈电路，所述第一信号输入接口XP1用于输入机上的直流电压信号，所述第二信号输入接口XP2用于输入告警系统发出的告警信号，所述电机监控输出接口XP3用于输出电机工作信号，所述第一信号输入接口XP1的输出端经滤波电路后与所述直流电动机M的正电源端连接，所述直流电动机M的负电源端与所述场效应管V8的漏极连接，所述场效应管V8的源极通过采样反馈电路接地，采样反馈电路的信号输出端与所述电机监控输出接口XP3连接，所述第二信号输入接口XP2的输出正端经开关电路后与场效应管V8的栅极连接，所述开关电路用于在所述第二信号输入接口输入告警信号时，使所述场效应管V8导通。

所述开关电路为光电耦合器或者固态继电器，当所述开关电路为光电耦合器时，其信号输入正端与所述第二信号输入接口XP2的输出正端连接，其信号输入负端经电阻R1与所述第二信号输入接口XP2的输出负端连接，其信号输出端与所述场效应管V8的栅极连接；当所述开关电路为固态继电器时，其线圈连接在所述第二信号输入接口XP2的输出端与地之间，其常开触点连接在所述第一信号输入接口XP1的输出端与场效应管V8的栅极之间。

所述采样反馈电路包括：电阻R5、电阻R6、二极管V9、二极管V10、三极管V3和光电耦合器V1，所述场效应管V8的源极与二极管V9的正极连接，二极管V9的负极与二极管V10的正极连接，二极管V10的负极接地；光电耦合器V1的信号输入正端经电阻R5与第一信号输入接口XP1的输出端连接，光电耦合器V1的信号输入负端与三极管V3的集电极连接，三极管V3的发射极接地，三极管V3基极经电阻R6与所述场效应管V8的源极连接；光电耦合器V1的信号输出端与电机监控输出接口XP3连接。

所述控制电路组件还包括雷电保护电路、电源保护电路、消弧电路和过压保护电路；

所述开关电路包括光电耦合器V2，所述光电耦合器V2的正输入端与第二信号输入接口XP2输出电压的正极连接，所述光电耦合器V2的负输入端经电阻R1与第二信号输入接口XP2输出电压的负极连接，所述光电耦合器V2的信号输入端经电阻R2与场效应管V8的栅极连接，场效应管V8的栅极经电阻R7接地；

所述防雷保护电路包括：瞬态电压抑制二极管V14、瞬态电压抑制二极管V15和瞬态电压抑制二极管V16，第一信号输入接口XP1输出电压的正极经瞬态电压抑制二极管V14接地，第二信号输入接口XP2输出电压的正极经瞬态电压抑制二极管V15接地，第二信号输入接口XP2输出电压的负极经瞬态电压抑制二极管V16接地；

所述电源保护电路包括二极管V13，熔断器F，二极管V13的正极与第一信号输入接口XP1输出电压的正极连接，二极管V13的负极与熔断器F的一端连接，熔断器F的另一端与所述光电耦合器V2的电源输入端连接，熔断器F的另一端还经电阻R5光电耦合器V1的信号输入正端连接；

所述滤波电路包括：电容C1、电容C7、电感L1、电容C2、电容C8和电容C6，电容C1和电容C7的一端与熔断器F1的另一端连接，电容C1和电容C7的另一端接地，电感L1的一端与电容C1和电容C7的一端连接，电感L1的另一端与电容C2、电容C8和电容C6的一端连接，电容C6的一端与直流电动机M的正电源端连接，电容C2、电容C8和电容C6的另一端接地；

所述消弧电路包括二极管V5、电容C3、电容C5、电容C4和电阻R4，电容C3的一端与直流电动机M的正电源端连接，电容C3的另一端接地；电容C4的一端与直流电动机M的负电源端连接，电容C4的另一端接地；电容C5的一端与直流电动机M的正电源端连接，另一端经电阻R4后与直直流电动机M的负电源端连接；二极管V5的负极与直流电动机M的正电源端连接，二极管V5的正极与直流电动机M的负电源端连接；

所述过压保护电路包括电阻R3、稳压二极管V6、稳压二极管V12、稳压二极管V11、稳压二极管V7、三极管V4，熔断器F的另一端经电阻R3后与稳压二极管V6的负极连接，稳压二极管V6的正极与稳压二极管V12的负极连接，稳压二极管V12的正极与稳压二极管V11的负极连接，稳压二极管V11的正极与三极管V4的基极连接，三极管V4的集电极与场效应管V8的栅极连接，三极管V4的发射极接地。

所述的一种具有驱动功能的振杆器，以下壳体组件为安装平台，电机齿轮组件紧固在下壳体组件上，电机主体设置于下壳体组件的壳体之外、与电机连接的电机齿轮设置于下壳体组件之内，电机齿轮的轮齿与摆轮的轮齿全齿啮合，摆轮组件安装在支撑轴上，支撑轴压装在下壳体组件内，上壳体组件和下壳体组件紧固在一起，控制电路组件安装在下壳体组件的安装槽内，插座组件安装在下壳体组件安装槽的槽口上。摆轮包括用于传动的轮齿、安装轴承的轴承室和安装配重块的安装平台，轮齿是渐开线的圆柱齿，安装轴承的轴承室位于摆轮的两端，两轴承室通过阶梯孔相连通，配重块的安装平台是一扇形面，位于摆轮的中部。振杆器通过上、下壳体位于安装耳上的两个安装孔通过两个安装螺栓安装在驾驶杆上。

本发明具有能直接接收失速告警信号，不经中间设备转换，能直接驱动的具有触觉功能的告警装置。这种告警装置失速告警信号能直接驱动、具有防雷、防辐射和抗干扰的功能，并能在一定的范围内针对不同飞机的触觉要求，通过调整振杆器的驱动电机、在驾驶杆上的安装位置以及振杆器中配重块的重量，输出所需的性能。

本发明属飞机失速告警保护系统中的失速告警技术领域，是除灯光、语音外的另一种告警装置——触觉装置。振杆器安装在驾驶杆上，用于当飞机处于临界攻角飞行状态时，飞机失速告警系统向振杆器发出失速告警工作信号，振杆器工作带动驾驶杆抖动，向飞行员发出告警信号，提醒飞行员飞机处于较危险的飞行状态，应尽快改出失速飞行状态，使飞机回到安全正常的飞行状态。本发明实现了失速告警信号直接输入驱动振杆器工作，不需通过中间转换装置对失速告警信号进行中间转换。

本发明用于飞机失速告警保护系统中的失速告警，具有重量轻、体积小、使用方便可靠的特点。同时可有效的利用振杆器不同的振动力度，给不同机型的失速告警保护系统提供失速告警的触觉信号。本发明具有告警信号直接输入驱动，防雷电，防辐射和抗电磁干扰的能力，其结构简单，制造成本低，可根据不同机型的要求制造成系列产品，易于推广应用，具有较大实用价值，可广泛应用于飞机失速告警保护系统中的失速告警技术领域。

附图说明

图1为国外振杆器的结构示意图，

图2为本发明的结构示意图，

图3为摆轮结构示意图，

图4为控制电路的示意图，

图中：1-配重，2-紧固件Ⅰ，3-下壳体组件，4-控制电路组件，5-导电橡胶垫，6-紧固件Ⅱ，7-插座组件，8-电机，9-紧固件Ⅲ，10-电机齿轮，11-滚珠轴承，12-摆轮，13-支撑轴，14-螺钉，15-上壳体组件，16-偏心轮。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明所述的具有驱动功能的振杆器，是利用自身的控制电路接收失速告警信号后，驱动电机齿轮组件中的电机，通过与摆轮的啮合，带动具有偏心轮的摆轮旋转，使得振杆器抖动，实现失速告警信号直接驱动振杆器振动，发出告警信号。

如图2所示，振杆器包括上壳体组件15、下壳体组件3、永磁直流电动机 8和电机齿轮10组成的电机齿轮组件、摆轮12和配重1组成的摆轮组件、控制电路组件4、插座组件7。振杆器振杆器是以下壳体组件3为安装平台。支撑轴13压装在下壳体组件3支撑轴的安装孔内。电机齿轮组件的止口端安装在在下壳体组件3的电机安装孔上，电机齿轮组件8的电机主体位于下壳体组件3的壳体外，电机齿轮10位于下壳体组件3内，用四个紧固螺钉将电极齿轮组件紧固在下壳体组件3上。摆轮12与配重1通过紧固螺钉和螺母紧固在一起形成摆轮组件。两个滚珠轴承分别安装在摆轮的两个轴承室内后，将带有轴承的摆轮组件压装在支撑轴13上，使得摆轮的轮齿与电机齿轮组件的轮齿全齿啮合。上壳体组件15和下壳体组件3通过紧固螺栓和自锁螺母紧固在一起。控制电路组件通过支柱和紧固螺钉安装在下壳体组件3安装槽内，通过八个紧固螺钉将导电橡胶垫和插座组件7等安装在下壳体组件3的槽口上。

如图3所示，摆轮的结构主要是由用于传动的轮齿、安装轴承的轴承室和安装配重块的安装平台构成。摆轮的轮齿是渐开线的圆柱齿，安装轴承的轴承室位于摆轮的两面，两轴承室通过阶梯孔相连通，配重块的安装平台是一扇形面，位于摆轮的中部。

振杆器在机上的安装：将振杆器上插座组件中的电连接器与机上对应电缆相连接，实现振杆器与飞机电气信号的连接。再将振杆器上、下壳体的安装耳安安放在飞机驾驶杆的安装位置上，用2个M5专用螺栓，将振杆器固定在驾驶杆上，实现振杆器与驾驶杆的机械连接。

振杆器的振杆功能是通过振杆器内的摆轮组件实现的。摆轮组件是由摆轮和配重块通过紧固件连接在一起的。振杆器中的的摆轮见图3。振杆器的摆轮结构、基本参数、材料主要从振杆器寿命、齿轮传动的平稳性、齿轮强度、重量、材料等关键点出发进行选择。振杆器的配重结构主要是由配重材料（钨基高比重合金）和摆轮结构决定。配重块质量的大小，直接影响振杆器的输出性能。

当失速告警信号输入至振杆器的控制电路，控制电路驱动振杆器的永磁直流电动机转动，电机齿轮与摆轮组件啮合一起转动，由于摆轮组件的偏心旋转和摆轮组件上配重块的作用，形成了振杆器振杆功能。

振杆器振杆力度的大小，可通过调整振杆器上的电机转速、配重重量、驾驶杆重量以及振杆器在驾驶杆上的安装位置等多种形式进行调整，可满足不同机型驾驶杆的振杆力度要求。

由于失速告警系统输出的失速告警控制信号的功率小，无法直接驱动振杆器工作，因此，在振杆器中设计了控制电路，使失速告警系统输出的失速告警信号通过控制电路，驱动振杆器工作。

本发明的控制电路包含两路28V信号输入和一路28V信号输出。在两路28V输入信号端中，一路为失速告警信号控制端，另一路由机上28V电源输入给振杆器供电。失速告警控制信号端接收失速告警系统发出的告警信号，通过控制电路控制振杆器的机上28V电源输入。振杆器的一路28V信号输出，是向飞机监控系统（如飞行参数系统）提供监测振杆器工作与否的28V状态信号。在振杆器控制电路中，通过在输入、输出信号端设计滤波电路和雷电防护电路，保证振杆器在雷电和电磁环境条件下的飞机飞行安全。

控制电路的信号输入端与失速告警系统的信号输出端连接，用于接收失速告警系统输出的失速告警信号，并根据该失速告警信号驱动与振杆器连接的直流电动机M转动。

如图4所示，为本发明的控制电路的电路连接图，该控制电路包括第一信号输入接口XP1、第二信号输入接口XP2、电机监控输出接口XP3、滤波电路、场效应管V8、开关电路、和采样电路，所述第一信号输入接口XP1用于输入机上的直流电压信号，所述第二信号输入接口XP2用于输入告警系统发出的告警信号，所述电机监控输出接口XP3用于输出电机工作信号；所述第一信号输入接口XP1的输出端经滤波电路后与所述直流电动机M的正电源端连接，所述直流电动机M的负电源端与所述场效应管V8的漏极连接，所述场效应管V8的源极通过采样反馈电路接地，采样反馈电路的信号输出端与所述电机监控输出接口XP3连接，所述第二信号输入接口XP2的输出正端经开关电路后与场效应管V8的栅极连接，所述开关电路用于在所述第二信号输入接口输入告警信号时，使所述场效应管V8导通。

其中，所述第一信号输入接口XP1、第二信号输入接口XP2的输入信号电压可以为28V，所述电机监控输出接口XP3的输出电压可以为28V。

进一步地，如图4所示，所述开关电路可以为光电耦合器V2，其信号输入正端与所述第二信号输入接口XP2的输出端连接，其信号输入负端经电阻R1与所述第二信号输入接口XP2的输出负端连接，其信号输出端与所述场效应管V8的栅极连接；此外，所述开关电路也可以为固态继电器时，该固态继电器的线圈连接在所述第二信号输入接口XP2的输出端与地之间，该固态继电器的常开触点连接在所述第一信号输入接口XP1的输出端与场效应管V8的栅极之间。

该控制电路的工作原理为：当第二信号输入接口XP2输入高电平的失速告警时，开关电路被导通，输出高电平信号到场效应管V8的栅极，场效应管V8被导通，第一信号输入接口XP1输入的电压经直流电动机、场效应管、采样反馈电路后接地，也就是直流电动机M所在回路被导通，直流电动机M工作带动振动杆振动，此外，采样反馈电路也被导通，其信号输出端输出高电平给电机监控输出接口XP3，对电机的工作情况进行反馈。

进一步地，所述采样反馈电路包括：电阻R5、电阻R6、二极管V9、二极管V10、三极管V3和光电耦合器V1，所述场效应管V8的源极与二极管V9的正极连接，二极管V9的负极与二极管V10的正极连接，二极管V10的负极接地；光电耦合器V1的信号输入正端经电阻R5与第一信号输入接口XP1连接，光电耦合器V1的信号输入负端与三极管V3的集电极连接，三极管V3的发射极接地，三极管V3基极经电阻R6与所述场效应管V8的源极连接；光电耦合器V1的信号输出端与电机监控输出接口XP3连接。采样电路中，二极管V9和V10可以根据产品的运行情况将电压信号通过三极管V3送到光电耦合器V1的信号输入端，光电耦合器V1的信号输出端将该信号输出到电机监控输出接口XP3实现对电机运行的反馈监控作用。其中，所述光电耦合器V1也可以由固态继电器来代替。

进一步地，控制电路还可以包括防雷保护电路、电源保护电路、消弧电路和过压保护电路；

所述开关电路可以为光电耦合器V2，所述光电耦合器V2的正输入端与第二信号输入接口XP2输出电压的正极连接，所述光电耦合器V2的负输入端经电阻R1与第二信号输入接口XP2输出电压的负极连接，所述光电耦合器V2的信号输入端经电阻R2与场效应管V8的栅极连接，场效应管V8的栅极经电阻R7接地；

所述防雷保护电路包括：瞬态电压抑制二极管V14、瞬态电压抑制二极管V15和瞬态电压抑制二极管V16，第一信号输入接口XP1输出电压的正极经瞬态电压抑制二极管V14接地，第二信号输入接口XP2输出电压的正极经瞬态电压抑制二极管V15接地，第二信号输入接口XP2输出电压的负极经瞬态电压抑制二极管V16接地；

所述电源保护电路包括二极管V13，熔断器F，二极管V13的正极与第一信号输入接口XP1输出电压的正极连接，二极管V13的负极与熔断器F的一端连接，熔断器F的另一端与所述光电耦合器V2的电源输入端连接，熔断器F的另一端还经电阻R5光电耦合器V1的信号输入正端连接；

所述滤波电路包括：电容C1、电容C7、电感L1、电容C2、电容C8和电容C6，电容C1和电容C7的一端与熔断器F1的另一端连接，电容C1和电容C7的另一端接地，电感L1的一端与电容C1和电容C7的一端连接，电感L1的另一端与电容C2、电容C8和电容C6的一端连接，电容C6的一端与直流电动机M的正电源端连接，电容C2、电容C8和电容C6的另一端接地；

所述消弧电路包括二极管V5、电容C3、电容C5、电容C4和电阻R4，电容C3的一端与直流电动机M的正电源端连接，电容C3的另一端接地；电容C4的一端与直流电动机M的负电源端连接，电容C4的另一端接地；电容C5的一端与直流电动机M的正电源端连接，另一端经电阻R4后与直直流电动机M的负电源端连接；二极管V5的负极与直流电动机M的正电源端连接，二极管V5的正极与直流电动机M的负电源端连接；

所述过压保护电路包括电阻R3、稳压二极管V6、稳压二极管V12、稳压二极管V11、稳压二极管V7、三极管V4，熔断器F的另一端经电阻R3后与稳压二极管V6的负极连接，稳压二极管V6的正极与稳压二极管V12的负极连接，稳压二极管V12的正极与稳压二极管V11的负极连接，稳压二极管V11的正极与三极管V4的基极连接，三极管V4的集电极与场效应管V8的栅极连接，三极管V4的发射极接地。

其中，防雷电路对电路起雷电防护作用，保护电路中，二极管V13起防反作用，防止电源接反时烧毁器件；F为熔断器，对振杆器起保护作用，当电路发生短路或出现超过大电流时，起到熔断保护作用；滤波电路对电源进行滤波，同时可以抑制直流电动机内部形成的电磁辐射对外的干扰；直流电动机M是具有高转速、大扭矩的永磁直流电动机，是振杆器的核心部件，起驱动作用；消弧电路用于抑制永磁直流电动机内部形成的电弧，减小永磁直流电动机运行时产生的电火花以及对外产生的电磁干扰；由光电耦合器V1或固态继电器构成的开关电路作为控制电路的主要器件，可以实现小电流控制大功率永磁直流电动机工作的功能；场效应管V8，作为直流电动机M回路的开关器件，增大了控制电路的负载能力，当开关电路导通时，输出一个合适的电压信号给场效应管V8的栅极，从而控制电动机回路的通断；稳压电路中，稳压二极管V6、稳压二极管V12、稳压二极管V11，对电路起稳压作用，R3电阻和三极管V4构成过压保护电路，当浪涌电压到来时，过压保护电路工作，三极管V4将场效应管V8的栅极电压拉低，使场效应管V8断开直流电动机M的回路，当浪涌结束后，过压保护电路不工作，场效应管V8栅极电压正常，直流电动机正常工作，从而防止过压形成的冲击电流对器件造成损坏。