飞行器增稳的直接驱动控制的制作方法
【专利摘要】本发明涉及飞行器增稳的直接驱动控制。根据一个实施方式，增稳系统包括主联动装置、增稳马达、以及三个联动装置。第一联动装置联接至主联动装置并且可操作以从飞行员命令系统接收代表飞行员命令的运动。第二联动装置联接在增稳马达与主联动装置之间并且可操作以从增稳马达接收代表增进命令的运动。第三联动装置联接至主联动装置并且可操作以响应于代表飞行员命令的运动和代表增进命令的运动而将代表桨叶位置命令的运动传输至桨叶控制系统。
【专利说明】飞行器增稳的直接驱动控制
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及飞行器稳定性和控制增进系统，并且更具体地，涉及飞行器增稳的直接驱动控制。
【背景技术】
[0002]飞行器可以包括一个或者更多个旋翼系统。旋翼飞行器旋翼系统的一个示例是主旋翼系统。主旋翼系统可以产生气动升力以支撑飞行中的旋翼飞行器的重量、和产生推力以抵消气动拖拽并且使旋翼飞行器以向前飞行方式移动。旋翼飞行器旋翼系统的另一示例是尾部旋翼系统。尾部旋翼系统可以在与主旋翼系统的旋转相同的方向上产生推力以抵抗由主旋翼系统产生的扭矩作用。旋翼系统可以包括一个或者更多个装置以旋转、偏斜、和/或调整旋翼桨叶。
【发明内容】
[0003]本公开的特定实施方式可以提供一个或者更多个技术优势。一个实施方式的技术优势可以包括在飞行器中提供增稳的能力。一个实施方式的技术优势也可以包括减小在增稳系统中的阻塞型失效模式的能力。一个实施方式的技术优势还可以包括减少增稳系统的重量和尺寸的能力。一个实施方式的技术优势还可以包括从增稳系统除去齿轮箱的能力。
[0004]本公开的某些实施方式可以包括上述优势中的一些或者全部或者不包括上述优势。从文中所包括的附图、说明书以及权利要求中，本领域技术人员能够容易地理解一个或者更多个其它技术优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]为了提供本发明和本发明的特征和优势的更完整的理解，参考结合了附图的下列描述，在附图中:
[0006]图1示出了根据一个示例性构型的旋翼飞行器；
[0007]图2示出了根据一个示例性构型的图1的旋翼系统和桨叶；
[0008]图3示出了根据一个示例性实施方式的增稳系统；以及
[0009]图4示出了控制和监测根据一个示例性实施方式的图3的马达的方法。
【具体实施方式】
[0010]图1示出了根据一个示例性构型的旋翼飞行器100。旋翼飞行器100的特征在于旋翼系统110、桨叶120、机身130、起落架140、以及尾翼150。旋翼系统110可以使桨叶120旋转。旋翼系统110可以包括控制系统，其用于选择性地控制每个桨叶120的俯仰从而选择性地控制旋翼飞行器100的方向、推力、以及升力。机身130代表旋翼飞行器100的本体并且可以联接至旋翼系统110使得旋翼系统110和桨叶120可以通过空气使机身130移动。当旋翼飞行器100降落时和/或当旋翼飞行器100在地面上静止时，起落架140支撑旋翼飞行器100。尾翼150代表飞行器的尾部并且特征在于旋翼系统110和桨叶120’的部件。桨叶120’可以在与桨叶120的旋转相同的方向上提供推力从而抵抗由旋翼系统110和桨叶120产生的扭矩作用。关于文中描述的旋翼系统的某些实施方式的教导可以应用于旋翼系统110和/或其它旋翼系统，例如其它倾斜旋翼和直升机旋翼系统。还应当理解，来自旋翼飞行器100的教导可以应用于除旋翼飞行器以外的其它飞行器，例如飞机和无人机，以列举一些示例。
[0011]图2示出了根据一个示例性构型的图1的旋翼系统110和桨叶120。在图2的示例性构型中，旋翼系统Iio的特征在于传动系112、毂114、斜盘116、以及变距/俯仰连杆(pitch links)118。在一些示例中，旋翼系统110可以包括更多或更少的部件。例如，图2未示出诸如齿轮箱、斜盘、传动连杆、传动杆的部件和可以结合的其它部件。
[0012]传动系112的特征在于动力源112a和传动轴112b。动力源112a、传动轴112b、以及毂114是用于传输扭矩和/或旋转的机械部件。传动系112可以包括多个部件，多种不同部件包括发动机、传动装置/变速器、以及差动器。在操作中，传动轴112b从动力源112a接收扭矩或者旋转能并且使毂114旋转。旋翼毂114的旋转使桨叶120绕传动轴112b旋转。
[0013]斜盘116将旋翼飞行器飞行控制输入转化成桨叶120的运动。因为当旋翼飞行器飞行时桨叶120通常旋转/自旋，斜盘116可以将从非旋转机身输入的飞行控制传输至毂114、桨叶120、和/或将毂114联接至桨叶120的部件(例如夹具和变距/俯仰臂)。在此说明中提到变距连杆与毂之间的联接还可以包括但不限于变距连杆与桨叶或将毂联接至桨叶的部件之间的联接。
[0014]在一些示例中，斜盘116可以包括非旋转斜盘环116a和旋转斜盘环116b。非旋转斜盘环116a不与传动轴112b —起旋转,而旋转斜盘环116b与传动轴112b —起旋转。在图2的示例中，变距连杆118将旋转斜盘环116b连接至桨叶120。
[0015]在操作中，根据一个示例性实施方式，沿传动轴112b的轴线平移非旋转斜盘环116a使变距连杆118上下移动。这同样地改变所有桨叶120的俯仰角，这增大或者减小了旋翼的推力并且使飞行器上升或下降。倾斜非旋转斜盘环116a使旋转斜盘环116b倾斜，这使变距连杆118在它们与传动轴一起旋转时周期性地/循环地上下移动。这倾斜了旋翼的推力矢量，从而使旋翼飞行器100按照斜盘倾斜的方向水平地平移。
[0016]在一些示例中，增稳系统可以设置成稳定诸如斜盘116的飞行控制装置的移动。通常，许多现代飞行器飞行控制系统的固有稳定性和响应行为可以趋向低缓冲/阻尼或者甚至不稳定。增稳系统可以将缓冲添加至飞行控制系统从而增加稳定性。
[0017]图3示出了根据一个示例性实施方式的增稳系统200。系统200的特征在于主联动装置210 ;联动装置212、214以及216 ;增稳马达220 ;控制阀230 ;以及液压致动器240。某些实施方式的教导还认识到系统200可以包括更多或更少或不同的部件。作为一个示例，图3未示出可以将图2的斜盘116机械地和/或液压地联结至图3的液压致动器240的部件。
[0018]主联动装置210和联动装置212、214以及216可以由任何适当材料构造。在一些实施方式中，主联动装置210和联动装置212、214以及216可以认为是刚性的，并且联动装置之间的连接可以认为是接头/接合。[0019]在图3的示例中，在主联动装置210与联动装置214之间的接头可以作为可调整的支点来操作/运行。以此方式，控制输入205可以使在主联动装置210与联动装置212之间的接头绕在主联动装置210与联动装置212之间的接头旋转。在主联动装置210与联动装置216之间的接头可以响应于此旋转而移动，这使联动装置216移动。在主联动装置210与联动装置214之间的接头的位置可由马达220调整。例如，马达220可以重新定位联动装置214使得在主联动装置210与联动装置214之间的接头移动至不同位置。
[0020]增稳马达220使联动装置214移动。在一些实施方式中，增稳马达220可以是扭矩马达。在一些实施方式中，增稳马达220可以提供在有限范围上的基本上恒定的扭矩。在图3的示例中，马达220示出为旋转马达，但是系统200的实施方式还可以包括线性马达。在一些实施方式中，系统200可以包括两个或者更多个增稳马达220。例如，在主联动装置210与联动装置214之间的接头附近，第四联动装置可以将第二马达联接至主联动装置210。在此示例和其它示例中，由两个或者更多个马达提供的扭矩可以机械地在主联动装置210处集聚。
[0021]控制阀230和液压致动器240结合起来可以将联动装置216的移动转换成控制输出245。在图3的示例中，控制阀230包括阀芯/杆轴235，阀芯235联接至联动装置216。移动阀芯235可以打开并且关闭控制阀230内的通道，这进而可以改变液压致动器240内的液压压力。借助液压致动器240的在液压输出压力上的变化可以代表控制输出245的一个示例。控制输出245可以使飞行器控制装置(例如斜盘116)移动。例如，控制输出245可以代表借助液压致动器240的在液压压力上的变化，该变化可以使斜盘116改变位置。
[0022]在操作中，根据一个示例性实施方式，增稳马达220重新定位联动装置214从而向系统200提供增稳。例如，与控制输出245相关联的飞行器控制装置可以趋向低缓冲或者甚至不稳定。在此示例中，低缓冲或者不稳定可以使液压致动器240振荡或者振动，这也会导致阀芯235和联动装置216振荡或者振动。在没有马达220和联动装置214的情况下，联动装置216中的振荡和振动可使联动装置212振荡并且振动。在机械飞行控制系统中，联动装置212中的振荡和振动可使飞行/导航控制杆振荡并且振动。但是，马达220可以通过移动联动装置214以抵消联动装置216中的振荡和振动来减小或者甚至消除飞行控制杆的振荡和振动。例如，如果联动装置216移动主联动装置210，那么马达220可移动联动装置214使得将主联动装置210与联动装置212之间的接头保持在大致相同的位置。因此，在此示例中，马达220和联动装置214可以通过抵消在联动装置216中的振荡和振动向系统200提供增稳。
[0023]某些实施方式的教导认识到，主联动装置210可以通过将来自联动装置212和联动装置214的输入机械地求和并且将求和的机械输出提供至联动装置216而用作“求和”联动装置。例如，联动装置212可以通过主联动装置210将机械输入提供至联动装置216，但是，联动装置214可以被移动从而添加至此机械输入或者从此机械输入减去。例如，如果来自联动装置212的机械输入会导致联动装置216在某方向上移动一定距离，则使联动装置214移动可以改变联动装置216移动的距离和/或改变联动装置216移动的方向。
[0024]在一些情况下，联动装置216可以在高频下振荡或者振动。在此示例中，某些实施方式的教导认识到，马达220可以以足够高的频率使联动装置214振荡从而抵消联动装置216的振荡。某些实施方式的教导认识到，有限角度扭矩马达可以提供具有足够控制、精度以及带宽的扭矩从而抵消联动装置216的振荡。某些实施方式的教导认识到，马达220可以在不使用齿轮箱和设计成倍增/增大扭矩输出的其它装置的情况下提供足够的扭矩。此齿轮箱可以增加复杂性和重量并且可以限制马达220控制联动装置214的位置的能力。
[0025]某些实施方式的教导认识到，即使马达220失效，系统200可以连续操作。特别地，即使马达220失效，飞行员可以继续控制飞行器。例如，如果马达220停止操作，联动装置214可以由马达220固定，同时仍允许主联动装置210和联动装置212和216移动。在此示例中，飞行控制杆可能会振荡并且振动，但是，飞行员将仍有能力控制飞行器控制装置。
[0026]在图1至3的示例中，与液压致动器240连通的飞行器控制装置是旋翼飞行控制装置，例如斜盘116。但是，某些实施方式的教导认识到，系统200可以与多种不同飞行器上的多种不同飞行控制装置一起操作。作为一个非限制性示例，系统200可以为飞机上的副翼、襟翼、和/或舵控制提供增稳。
[0027]在一些实施方式中，马达220可以由飞行控制计算机进行控制和/或监测。例如，飞行控制计算机可以指令马达220如何移动联动装置214从而抵消联动装置216的振荡。
[0028]图4示出了根据一个示例性实施方式控制和监测马达220的方法300。在步骤310处，接收命令输入。在一个示例中，此命令输入可以由飞行控制计算机提供。命令输入可以指定例如马达220的输出位置，马达220的输出位置机械地涉及到联动装置214的位置。在步骤320处，测量马达220的当前位置。在步骤330处，对马达220的当前位置与命令输入位置进行比较。在步骤340处，指令马达220将其输出位置移动至命令位置。
[0029]在操作过程中，马达220可能会遭受各种振动和其它运动。因此，某些实施方式的教导认识到，能够周期性地重新测量马达220的输出位置并且如果输出位置不匹配命令位置则调整输出位置。因此 ，在步骤340之后，方法300可以返回至步骤320，即使没有接收到新命令输入。如果接收到指定新命令位置的新命令输入，那么方法300可以返回至步骤310。
[0030]可以在不脱离本发明的范围的情况下，对文中描述的系统和设备进行改型、增加或者省略。系统和设备的部件可以结合或者分开。另外，系统和设备的操作可以由更多或更少或者其它部件执行。方法可以包括更多或更少或者其它步骤。另外，步骤可以以任何适当的顺序执行。
[0031]虽然已经详细地示出并且描述了若干实施方式，但是应认识到，在不偏离如由随附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行置换和变换。
[0032]为了有助于专利局和基于本申请所授予的任何专利的任何读者对随附的权利要求的理解， 申请人:希望注意到，其无意于使任何随附权利要求援引paragraph6of35U.S.C.§112——如其在本文提交日所存在，除非词语“用于......的装置(means)”或者“用
于......的步骤(step)”明确地用于特定权利要求中。
【权利要求】
1.一种旋翼飞行器，包括: 本体； 传动系，所述传动系联接至所述本体并且包括动力源和联接至所述动力源的传动轴； 毂，所述毂联接至所述传动轴； 旋翼桨叶，所述旋翼桨叶联接至所述毂； 桨叶控制系统，所述桨叶控制系统能够操作而改变所述旋翼桨叶的位置；以及增稳系统，所述增稳系统联接在所述桨叶控制系统与飞行员命令系统之间，控制增进系统包括: 主联动装置； 第一联动装置，所述第一联动装置联接在所述主联动装置与所述飞行员命令系统之间并且能够操作而从所述飞行员命令系统接收代表飞行员命令的运动； 增稳马达； 第二联动装置，所述第二联动装置联接在所述增稳马达与所述主联动装置之间并且能够操作而从所述增稳马达接收代表增进命令的运动；以及 第三联动装置，所述第三联动装置联接在所述桨叶控制系统与所述主联动装置之间并且能够操作而响应于代表飞行员命令的运动和代表增进命令的运动而将代表桨叶位置命令的运动传输至所述桨叶控制系统。
2.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述第二联动装置在所述第一联动装置与所述第三联动装置之间联接至所述主联动装置。`
3.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述第三联动装置能够操作而将作为代表飞行员命令的运动和代表增进命令的运动的机械总和的、代表桨叶位置命令的运动传输至所述桨叶控制系统。
4.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述增稳马达为旋转马达。
5.根据权利要求4所述的旋翼飞行器，其中，所述增稳马达为旋转扭矩马达，所述旋转扭矩马达能够操作而在有限运动范围上提供恒定扭矩。
6.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述增稳马达为线性马达。
7.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述第二联动装置在第一端处联接至所述增稳马达并且在与所述第一端相反的第二端处联接至所述主联动装置。
8.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述第二联动装置能够操作而在不增大从所述增稳马达接收的扭矩的情况下将来自所述增稳马达的扭矩传输至所述主联动装置。
9.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，其中，所述桨叶控制系统包括液压控制阀，所述第三联动装置联接至与所述液压控制阀相关联的阀芯。
10.根据权利要求9所述的旋翼飞行器，其中，所述桨叶控制系统还包括与所述控制阀流体连通的液压致动器，所述阀芯的通过所述第三联动装置而引起的运动能够起作用而改变所述液压致动器内的液压压力。
11.根据权利要求1所述的旋翼飞行器，还包括: 第二增稳马达；以及 第四联动装置，所述第四联动装置联接在所述第二增稳马达与所述主联动装置之间并且能够操作而从所述第二增稳马达接收增进命令。
12.根据权利要求11所述的旋翼飞行器，其中，所述第二联动装置和所述第四联动装置在大致共同的位置处联接至所述主联动装置。
13.一种在飞行器中提供增稳的方法，包括: 接收代表飞行员命令的机械运动； 接收代表增稳命令的机械运动； 将代表飞行员命令的机械运动和代表增稳命令的机械运动机械地求和，以得出代表位置命令的机械运动；以及 将代表位置命令的机械运动传输至控制系统。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述位置命令是桨叶位置命令，并且所述控制系统是桨叶控制系统，所述桨叶控制系统能够操作而改变旋翼桨叶的位置。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述位置命令是飞行控制面命令，并且所述控制系统能够操作而改变飞行控制面的位置。
16.—种增稳系统,包括: 主联动装置； 第一联动装置，所述第一联动装置联接至所述主联动装置并且能够操作而接收代表飞行员命令的运 动； 增稳马达； 第二联动装置，所述第二联动装置联接在所述增稳马达与所述主联动装置之间并且能够操作而从所述增稳马达接收代表增进命令的运动；以及 第三联动装置，所述第三联动装置联接至所述主联动装置并且能够操作而响应于代表飞行员命令的运动和代表增进命令的运动而将代表桨叶位置命令的运动传输至桨叶控制系统。
17.根据权利要求16所述的增稳系统，其中，所述第二联动装置在所述第一联动装置与所述第三联动装置之间联接至所述主联动装置。
18.根据权利要求16所述的增稳系统，其中，所述第三联动装置能够操作而将作为代表飞行员命令的运动和代表增进命令的运动的机械总和的、代表桨叶位置命令的运动传输至所述桨叶控制系统。
19.根据权利要求16所述的增稳系统，其中，所述第二联动装置能够操作而在不增加从所述增稳马达接收的扭矩的情况下将来自所述增稳马达的扭矩传输至所述主联动装置。
20.根据权利要求16所述的增稳系统，还包括: 第二增稳马达；以及 第四联动装置，所述第四联动装置联接在所述第二增稳马达与所述主联动装置之间并且能够操作而从所述第二增稳马达接收增进命令。
【文档编号】B64C27/605GK103770941SQ201310495665
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2012年10月19日
【发明者】查尔斯·E·科温顿, 卡洛斯·A·费尼, 布拉迪·G·阿特金斯 申请人:贝尔直升机德事隆公司