多梯度人感装置及其设计方法与流程

本发明为飞机操纵系统的人感系统设计技术，涉及一种飞机操纵系统的多梯度人感装置设计方法。

背景技术：

人工飞行飞行操纵系统包括副翼操纵系统、升降舵操纵系统和方向舵操纵系统，用于操纵飞机实现滚转、俯仰和偏航。作为飞机的重要功能系统，直接影响飞机的飞行安全，飞行操纵系统的设计是至关重要的。在不可逆操纵系统中，人感装置的功能是模拟铰链力矩的作用，为飞行员提供操纵力的感觉；两套有交联关系的系统中，人感装置的功能是当一套系统发生卡滞时，另一套正常的系统仍可操纵(此时只是增大部分操纵力)。

各种飞机人工操纵系统线系设计不一样，人感装置设计时较多情况下都是根据设计者的理念进行，人感装置的性能完全取决于设计者的个人知识水平。由于载荷机构在设计中存在复杂、周期长、返工量大、状态不易保证等缺点，给设计、生产造成很多困扰，现有的技术对飞机操纵系统缺乏有效、规范的方法。在运八飞机设计过程中，人感装置(载荷机构)设计方法较为简单，通过操纵力和操纵系统设计方案，以操纵系统传动比计算出载荷机构的特性曲线，采用单梯度或双梯度直线进行拟合，设计过程中忽略摩擦阻力和运动时压缩空气的阻尼等因素影响，拟合的载荷机构力反传回驾驶员时的力与设计值有一定的误差。本发明给出了较为完整、实施性强的人感装置设计方法，充分考虑了摩擦阻力、运动时压缩空气的阻尼对人感装置性能的影响，并对人感装置进行动力学仿真，减小人感装置提供的感觉力设计误差。

技术实现要素：

(一).发明目的

本发明的目的是：提供一种飞机操作系统的人感系统设计技术。大大减小了人感装置提供的感觉力设计误差，获得优良的操纵力感觉，并使人感系统的设计、安装调试周期大幅缩短。

另外，本发明还提供多种飞机操作系统中的人感装置实例。

(二)技术方案：

本发明的技术方案是：

多梯度人感装置，其包括载荷机构运动零件单耳螺纹套筒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、第一钢珠7、第二钢珠10、第三钢珠17、第四钢珠20、第五钢珠31、作用杆8、第一预应力调节器11、第二预应力调节器26、第三预应力调节器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、大弹簧13、外筒14、行程调节器19、中弹簧21、小弹簧24、第八套筒29、端盖34、耳形接头36，其中:

作用杆8左端与第一套筒12左端面固定连接，第一套筒12通过第一钢珠7以滚动摩擦方式套装在外筒14内。

大弹簧13左端套顶在第一套筒12右端面的台阶上，大弹簧13左端套顶在第二套筒15右部的台阶上，第二套筒15的左端以滑动摩擦方式安装在第一套筒12右端面的安装孔内，同时通过第一预应力调节器11调节第一套筒12的位置。

第三套筒18内圆周面固定安装在第二套筒15右部的台阶上，中弹簧21左端套顶在第三套筒18外圆周面左端，中弹簧21右端套顶在第六套筒25外圆周面，第四套筒22的左端以滑动摩擦方式安装在第三套筒18内，第三套筒18右端有防止第四套筒22的左端脱落的台阶，第六套筒25通过第二预应力调节器26固定安装在第四套筒22的右部，行程调节器19的外圆周面以滚动摩擦方式安装在第四套筒22的左端内圆周面上，行程调节器19的内圆周面固定安装在第二套筒15右端。

第五套筒23左端外圆周面以滑动摩擦形式安装在第四套筒22的右部的内圆周面上，同时还有限位台阶对第五套筒23的滑动位置进行限位，第五套筒23右端内圆周面以滑动摩擦形式安装在第七套筒28的左端的外圆周面上，第七套筒28的左端上有防止第五套筒23右端脱落的台阶，小弹簧24左端套顶在第五套筒23左端，小弹簧24右端套顶在第八套筒29上，第八套筒29外圆周面通过第五钢珠31以滚动摩擦方式安装第四套筒22右端内圆周面上，第八套筒29内圆周面以滑动摩擦方式安装第七套筒28右端外圆周面上，同时通过第三预应力调节器33调节第八套筒29的位置。

作用杆8从左到右依次通过第二保持架9和第二钢珠10以滚动摩擦方式安装15内圆周面，通过第三保持架16和第三钢珠17以滚动摩擦方式安装第二套筒15内圆周面，以滑动摩擦方式安装第七套筒28的台阶内圆周面，以滑动摩擦方式安装端盖34右端面安装孔内圆周面。

端盖34与外筒14和单耳螺纹套筒1固定连接。

其中，不同运动零件封闭腔之间设置有通气孔，减小运动时气体的阻尼。钢珠与保持架减小了摩擦力。

多梯度人感装置设计方法，其步骤如下：

第一步：根据操纵品质设计的操纵力和操纵系统设计方案，以操纵系统传动比计算出人感装置的特性曲线，采用三段直线进行拟合；

第二步：根据操纵系统运动和安装空间，确定人感装置的外形尺寸和行程；

第三步：根据拟合的特性曲线，确定人感装置中弹簧的外形尺寸，选定三个弹簧的材料、弹簧截面形式圆形或矩形。根据弹簧截面、行程、预紧力、材料力学性能、计算出大弹簧13、中弹簧21、小弹簧24的最大压缩量和长度。

第四步：根据大弹簧13、中弹簧21、小弹簧24尺寸与空间、行程，完成预紧力调节器、套筒、保持架、作用杆等零件的设计。

第五步：根据完成的零件进行强度、寿命计算分析，并对强度、寿命低的零件进行完善。

第六步：对人感装置的摩擦力计算，得出每一段弹簧运动时的摩擦力，结合人感装置的特性曲线，确定出每一段弹簧的预紧力。调整预紧力调节器第一预应力调节器11、第二预应力调节器26、第三预应力调节器33可以对每一段弹簧预紧力进行调整。

第七步：对人感装置进行分析，找出运动时压缩空气产生阻尼的主要零件并设计通风孔，减小阻尼。

第八步：对人感装置进行振动分析，得出人感装置的固有频率，确保不会与系统发生共振。动力学仿真，得出人感装置在不同运动速度下输出的力，将此力与设计的操纵力对比分析，确定是否满足使用要求。

(三)有益效果

本发明解决了人感系统调整复杂、周期长、返工量大、系统状态不易保证、每架机系统调整状态的一致性或相近性较差等缺点，不但使得人感装置的每一段力值可分段调整，简化人感装置的调整过程、减少反复工作、缩短系统调整周期，而且保证操纵系统线系良好的回中性和系统的调整状态。

附图说明

图1为单梯度人感装置；

图2为双梯度人感装置；

图3是三梯度人感装置；

图4为三段直线进行拟合示意图。

图3中，1.单耳螺纹套筒 2.止动钉 3.螺母 4.止动垫片5.端盖 6.第一保持架 7.第一钢珠 8.作用杆 9.第二保持架10.第二钢珠 11.第一预应力调节器 12.第一套筒 13.大弹簧14.外筒 15.第二套筒 16.第三保持架 17.第三钢珠18.第三套筒 19.行程调节器 20.第四钢珠 21.中弹簧22.第四套筒 23.第五套筒 24.小弹簧 25.第六套筒 26.第二预应力调节器 27.止动钉 28.第七套筒 29.第八套筒30.第四保持架 31.第五钢珠 32.止动钉 33.第三预应力调节器34.端盖 35.聚四氟乙烯防尘圈 36.耳形接头

具体实施方式

本发明人感装置设计方法，其包括人感装置零件单耳螺纹套筒单耳螺纹套筒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、第一钢珠7、第二钢珠10、第三钢珠17、第四钢珠20、第五钢珠31、作用杆8、第一预应力调节器11、第二预应力调节器26、第三预应力调节器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、大弹簧13、外筒14、行程调节器19、中弹簧21、小弹簧24、第八套筒29、端盖34、耳形接头36。

其中，不同运动零件封闭腔之间设置有通气孔，减小运动时气体的阻尼，而所述的钢珠与保持架减小载荷机构的摩擦力。在调整载荷机构预紧力时，只需调整内部的预紧力调节器。

根据操纵力特性曲线，对载荷机构的设计时并不是采用很多段直线进行拟合，这样载荷机构设计时会非常复杂且难以安装和调整。一般，载荷机构采用一段直线、两段直线或三段直线拟合。

载荷机构设计时，根据系统分析和统一协调下，在确定的操纵系统的操纵力与传动比后进行设计。本实施方式中，以三梯度人感装置设计为例(见图3)，其设计方法如下：

第一步：根据操纵品质设计的操纵力和操纵系统设计方案，以操纵系统传动比计算出人感装置的特性曲线，采用三段直线进行拟合，如附图4所示。

第二步：根据操纵系统运动和安装空间，确定人感装置的外形尺寸和行程；

第三步：根据拟合的特性曲线，确定人感装置中弹簧的外形尺寸，选定弹簧的材料、弹簧截面形式圆形。根据弹簧截面、行程、预紧 力、材料力学性能、计算出大弹簧13、中弹簧21、小弹簧24的最大压缩量和长度，完成图纸设计。

第四步：根据大弹簧13、中弹簧21、小弹簧24尺寸与空间、行程，完成单耳螺纹套筒1、止动垫片4、端盖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、第一钢珠7、第二钢珠10、第三钢珠17、第四钢珠20、第五钢珠31、作用杆8长度、第一预应力调节器11、第二预应力调节器26、第三预应力调节器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、行程调节器19、端盖34、防尘圈35、耳形接头36等零件的设计。

第五步：零件进行强度、寿命计算分析，并对强度、寿命低的零件进行完善。

第六步：对人感装置的摩擦力计算，得出每一段弹簧运动时的摩擦力，结合人感装置的特性曲线，确定出每一段弹簧的预紧力。调整第一预应力调节器11、第二预应力调节器26、第三预应力调节器33可以对每一段弹簧预紧力进行调整。

第七步：对人感装置进行分析，找出运动时压缩空气产生阻尼的主要零件端盖5、第一套筒12、第二套筒15、第四套筒22，对端盖5、第一套筒12、第二套筒15、第四套筒22设计通风孔大小。

第八步：对人感装置进行振动分析，得出人感装置的固有频率，确保不会与系统发生共振。动力学仿真，得出人感装置在不同运动速度下输出的力，将此力与设计的操纵力对比分析，确定是否满足使用要求。

本发明多梯度人感装置已经在某系列型号飞机上验证，经过相关生产部门及用户反应，操纵力感觉优良，状态也易保证，反应效果良好，有很好的使用前景。