专利名称：一种应用于余度作动系统的力综合臂的制作方法
技术领域：
本发明涉及飞机舵面作动系统技术领域，具体涉及到一种应用于余度作动系统的
力综合臂。
背景技术：
飞机作动系统是指可以在机上实现某些有相当功率输出的、机械动作的、相对独 立的一整套系统。它包括从二次动力源(液压源和电机等)开始至机械动作执行机构的全 套功率传输转换设备，以及与其相应的检测设备和控制系统。其操纵对象包括各气动力面 (操纵面)、机轮转向机构、起落架收放机构以及其它辅助动力驱动系统。通常意义下的作 动系统主要指操纵面作动系统。这些被控操纵面(舵面、翼面)，如升降舵、方向舵、副翼、襟 翼和全动平尾等均可直接改变飞机的气动力受力状况，以控制飞机飞行姿态和飞行轨迹。
飞机的关键操纵面上的作动系统(也称为舵机)通常是多余度的，主要来保证舵 面操纵及飞机整体性能的安全可靠性。机载余度作动系统的所有通道均是热备份状态，即 每个通道均同时工作。当飞控计算机检测到舵机中的某个工作通道发生结构或控制故障 时，可以马上将故障通道隔离，同时剩余的正常通道的作动器将继续工作。在飞机一些关键 操纵面上，四余度机械式力综合舵机是飞机上常用的一种液压作动系统，其特点是四个通 道的作动筒并列安装，并且它们的输出端分别通过活塞轴连接到力综合臂上，再由力综合 臂转换为单一输出。但是机械式力综合舵机结构的缺点是，当各个通道的输入或结构参数 有差异时，会导致通道间的力纷争现象。力纷争会降低力综合臂的寿命甚至破坏其结构。从 减轻重量，以及提高可靠性、效率和维修性等方面考虑，目前最先进的多电飞机(如A380， Boeing787)在关键控制面上均采用的是功率电传作动系统，包括电液作动器(EHA)和机电 作动器(EMA)两种类型。由于在驱动电机端可以设计二到四套电气余度，因此在机械执行 机构部分(EHA中的作动筒，EMA中的滚珠丝杠)通常只需布置两个通道即可满足功率电传 作动系统整体的可靠性要求。因此，减小甚至完全消除力综合臂上的力纷争现象是提高飞 机可靠性和降低维护费用的重要手段。 国内外的研究表明，舵机常见的余度结构主要有以下几种形式
(1)位移综合式 如图1所示，位移综合式是把每个通道的作动筒的活塞杆用位移综合臂联接起 来，三余度以上的舵机101需特殊的"摇摆"机构102来实现位移综合。综合后的输出是各 个通道作动筒103输出位移的平均值。但这种综合方式结构较复杂，不易实现大位移综合， 且发生故障后性能要降级(无补偿措施)。
(2)电磁综合式 也称为磁通综合式，主要利用大功率的、可直接驱动动力控制阀的稀土钴永磁马 达，来代替一般液压伺服系统中的电磁式力矩马达、前置液压放大器、功率液压放大器和辅 助作动器等环节。因此，只需在力马达的控制线圈中设置余度，就能实现作动器的多余度控 制，而不需要配置几套完全相同的作动器。
例如，四余度飞控电子通道，马达设置四个控制线圈，每个线圈对应一个余度。如 果液压作动筒是两余度，力马达输出轴驱动两个动力控制阀，或设置两个力马达，组成一个 四余度电子线路和两余度液压作动系统。显然，这种方案能简化余度舵机的结构。 [OOW] (3)气动力综合式 气动力综合式就是把每一种控制翼面按所需的系统余度数量分割成几块，每一块
由一个无余度的作动器和助力器来驱动，即控制力不在作动器的输出端综合，而是在控制
面上按气动力来综合。这种结构的优点是采用完全分开的单套舵机代替整体或多余度舵
机，实现助力器的余度化，简化了舵机的结构，提高了系统可靠性。但是大型客机上通常不
采用这种方式。
(4)力综合式 力综合式余度舵机又可以分为机械力综合式和液压力综合式两种。 机械力综合式结构的原理图，如图2所示，包括舵机201、舵机202、舵机203、输出
轴204、轴205、轴206和力综合臂207。机械力综合式舵机又可分为机械力综合式余度舵机
与液压力综合式余度舵机两种。 机械力综合式结构的特点是各舵机并列，分别通过输出轴204、轴205、轴206连接 到力综合臂207上，再由力综合臂207转换为单一输出。其优点是力综合臂207具有表决 性质且可防止故障瞬态传至控制面的能力。如图3(a)、图3(b)所示，图3(b)比图3(a)的 结构复杂，但从消除偏磨现象，改善力纷争等全面考虑，图3(b)的结构更为合理。我国采用 这种形式的余度舵机较多。 液压力综合式余度舵机是把各通道的作动筒301串联起来，各个活塞上的液压力 相叠加，由一根活塞杆302输出，如图4所示。其优点是没有力纷争。由于它是串联相加， 在发生故障时，故障瞬态容易传到控制面上，且余度数大于2时，余度舵机较长，因此限制 了应用。
发明内容
针对应用于多电飞机关键操纵面上的余度功率电传作动器EHA的特点，本发明设 计了一种新型的力综合臂结构，主要用来消除EHA末端采用两余度的机械执行机构时力综 合臂上的力纷争现象。该设计将其中一个作动器通道的作动筒输出端通过球铰固接在力综 合臂的一端，而另外一个作动器通道的输出端则通过球铰固定在一个滑块上，该滑块可在 力综合臂的特定滑槽中进行滑动。当两个通道的作动器输出存在不一致时，通过滑块的滑 动，能够有效地消除同步位移误差所导致的力纷争现象对力综合臂的影响，大大提高了综 合臂的结构可靠性，从而减少了作动系统的定期维护费用。 本发明一种应用于余度作动系统的力综合臂，余度系统在余度作动系统中，包括 力综合臂、舵面、舵机A、舵机B ; 力综合臂包括滑块、滑槽、通道A、通道B、综合杆、主臂。 力综合臂的主臂正面左端有一个球铰凹槽A，右端开有一个滑槽， 一滑块嵌入力综 合臂滑槽中，滑块可在滑槽中滑动。所述滑块上有一个球铰凹槽B ;所述滑槽的长度是根据 实际中通道A与通道B输出端可能产生的不同步位移的最大差值来确定的。
所述通道A与通道B的末端为球铰结构，分别与球铰凹槽A与球铰凹槽B球铰连接。在力综合臂背面中部有一球铰凹槽C，一末端为球铰结构的综合杆与力综合臂背面的球 铰凹槽C球铰连接。 力综合臂上的通道A与通道B分别与舵机A与舵机B的输出端固定连接，它可以
保证经力综合臂综合后的力输出杆始终垂直作用于舵面，而根据两通道间同步位移间的差
异，力输出杆与综合臂之间的角度是可变的。 本发明的优点在于 1、该力综合臂结构简单、加工方便； 2、而且能够完全消除力纷争，增加了舵机系统的可靠性，縮短了维护周期和费用。
图1是位移综合式余度舵机结构图；
图2是机械力综合式余度舵机原理图； 图3a是机械力综合式余度舵机力综合臂第一种结构示意图； 图3b是机械力综合式余度舵机力综合臂第二种结构示意图； 图4是液压力综合式余度舵机原理图； 图5是本发明应用在余度舵机系统中的结构图； 图6是本发明的力综合臂正面结构图。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。 本发明是一种应用于余度舵机系统的力综合臂，如图5所示，余度舵机系统包括 舵机A1 、舵机B2 、舵面3 、力综合臂4 ; 如图6所示，力综合臂4包括滑块401 、滑槽402 、通道A403 、通道B404、综合杆405 、 主臂406。 力综合臂4的主臂406正面一端有一个球铰凹槽A407，另一端开有一个滑槽402， 一滑块401嵌入力综合臂4滑槽402中，使滑块401可在滑槽402中滑动。所述滑块401 上有一个球铰凹槽B408 ;所述滑槽402的长度是根据实际中通道A403与通道B404输出端 可能产生的不同步位移的最大差值来确定的。 所述最大差值的大小与舵机控制系统的性能有关，同步位移的控制误差小，滑槽 402就设计得小；反之，滑槽402就设计得大。因此，滑槽402的长度需要通过对一定数量 的飞行测量数据进行分析后才能确定。 所述通道A403与通道B404的末端为球铰结构，分别与球铰凹槽A407与球铰凹槽 B408连接。在力综合臂4背面中部有一球铰凹槽C409， 一末端为球铰结构的综合杆405与 力综合臂4背面的球铰凹槽C409连接。 力综合臂4上的通道A403与通道B404分别与舵机Al与舵机B2的输出端固定连 接，如图5所示，它可以保证经力综合臂4综合后的力输出杆综合杆405始终垂直作用于舵 面3，而根据两通道间同步位移间的差异，综合杆405与力综合臂4之间的角度是可变的。
杆A6的两端分别与舵面3的左右两侧内壁固定连接。杆B7的一端固定连接在舵 机A1与舵机B2外壁面上，另一端与杆A6活动连接且相互之间可进行转动。杆B7主要为
5舵面3的转动提供了一个固定支点。当综合杆405输出位移时，通过杆C8和杆A6可以带 动舵面3转动。杆C8固定连接在杆A6的中部，其与杆B7之间转动连接。力综合臂4背面 的综合杆405的前端与杆C8活动连接且相互之间可进行转动。当舵机A1与舵机B2中的 输出端输出一定位移时，综合杆405向前运动，通过杆B7和C8之间的相互作用可带动舵面 3转动期望的角度。 由于两个通道A403与通道B404是热备份工作方式，即两个通道各输出50%的负 载力。当两个通道的作动器输出不同步时，通过滑块401的滑动能够调整两通道输出端在 力综合臂4上的连接点之间的长度，即力综合臂4能够根据两个作动筒输出端位移的大小 进行姿态调整，这样就能够完全消除由于同步位移误差所导致的力纷争现象对力综合臂4 的影响。
权利要求
一种应用于余度作动系统的力综合臂，其特征在于包括滑块、滑槽、通道A、通道B、综合杆、主臂；力综合臂的主臂正面左端有一个凹槽A，右端开有一个滑槽，一滑块嵌入力综合臂滑槽中，使滑块可在滑槽中滑动，滑块上有一个凹槽B；所述通道A末端与凹槽A球铰连接，通道B的末端与凹槽B球铰连接；在力综合臂背面中部有一凹槽C，一末端为球铰结构的综合杆与力综合臂背面的凹槽C球铰连接。
2. 如权利要求1所述一种应用于余度作动系统的力综合臂，其特征在于所述凹槽A、 凹槽B、凹槽C为球铰凹槽。
3. 如权利要求1所述一种应用于余度作动系统的力综合臂，其特征在于所述通道A 与通道B的末端、综合杆的末端为球铰结构。
4. 如权利要求1所述一种应用于余度作动系统的力综合臂，其特征在于所述滑槽的 长度是根据实际中通道A与通道B输出端产生的不同步位移的最大差值来确定的。
全文摘要
本发明公开了一种应用于余度作动系统的力综合臂。针对应用于多电飞机关键操纵面上的余度功率电传作动器EHA的特点，本发明设计了一种新型的力综合臂结构，主要用来消除EHA末端采用两余度的机械执行机构时力综合臂上的力纷争现象。该设计将其中一个作动器通道的作动筒输出端通过球铰固接在力综合臂的一端，而另外一个作动器通道的输出端则通过球铰固定在一个滑块上，该滑块可在力综合臂的特定滑槽中进行滑动。当两个通道的作动器输出存在不一致时，通过滑块的滑动，能够有效地消除同步位移误差所导致的力纷争现象对力综合臂的影响，大大提高了综合臂的结构可靠性，从而减少了作动系统的定期维护费用。
文档编号B64C13/00GK101695958SQ20091018064
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者刘沛清, 李运华, 辛鹏宇, 郎燕, 齐海涛 申请人:北京航空航天大学;