具有可在弯曲支撑框架上移动的单件式主模块的方向舵控制单元的制作方法

本发明涉及一种用于飞行器、特别是用于运输机的方向舵控制单元，以及一种包括此方向舵控制单元的飞行器。

在飞行器上，方向舵控制单元是允许飞行员和副飞行员命令方向舵和轮制动器的机械设备。

方向舵控制单元包括踏板以及若干移动零件的组件，该移动零件根据由一个或多个飞行员施加到踏板的移动的类型来命令飞行器的方向舵或制动器。

背景技术：

用于飞行器上（主要是客机上）的方向舵控制单元是集成到驾驶舱的底板中的方向舵控制单元。据说方向舵控制单元被平放，因为其搁置在驾驶舱的底板上。

固定方向舵控制单元并且将方向舵控制单元的命令传输到方向舵和/或制动器在驾驶舱的底板下方发生。此架构是在方向舵控制单元机械连接到待命令元件（特别是方向舵）的情况下选择通过底板下方的区域（通过连杆、旋转区段和缆线联接）通信的结果，这较容易在飞行器上实现。

对于其操作，方向舵控制单元必须包括大量零件（铰链、连杆、枢轴等等）。此常规方向舵控制单元特别地由于此类大量零件而是复杂的并且特别在空间要求、质量和成本方面不是最佳的。

为至少部分克服这些缺点，申请人的专利fr–3045006公开一种用于方向舵控制单元的致动组件，其包括：

-至少一个框架，其设置有两个轨道，所述轨道中的每一者具有凹入弯曲形状；以及

-移动托架，其与轨道中的每一者相关联，移动托架中的每一者承载踏板中的一者，所述移动托架中的每一者被构造成使得其可以针对方向命令在由飞行员的至少一个脚对所述踏板中的至少一者施加的动作下在相关联轨道上移动。

因此，设置有承载踏板的移动托架可以在其上移动的弯曲（或曲线）轨道的此框架提供具有减少数量的零件的更简化架构。

然而，可以设想甚至进一步简化方向舵控制单元。

技术实现要素：

本发明提供一种特别使得可以进一步简化方向舵控制单元的方向舵控制单元新架构。本发明涉及一种用于飞行器的方向舵控制单元，所述方向舵控制单元包括旨在安装在飞行器的底板中的至少一个支撑框架、踏板以及功能组。

在本发明的上下文中，“功能组”意指方向舵控制单元的所有固有功能。

根据本发明，所述方向舵控制单元包括主模块，其至少包括所述踏板和所述功能组，所述主模块由单个零件构成并且被构造成使得其可以使用移动独特单元在支撑框架上移动和定位。

在本发明的上下文中，“单件式模块”意指由单个零件制成或者是整体式的（即，其对应于单个物体）的模块。

因此，由于本发明、并且特别是由于包括踏板和相关联功能的单件式主模块，获得具有减少数量的零件的简化架构，如下文详细说明。

此架构特别在空间要求、质量和成本方面提供优点。

在优选实施例中，支撑框架设置有向内弯曲的上部面，从而产生凹入弯曲形状，主模块可以在该上部面上移动。

此外，有利地，移动单元包括两个配合导轨的独特组件。有利地，所述导轨中的每一者被成形为具有大于2米的直径的圆弧。

此外，有利地，移动单元包括可旋转地安装在主模块下方的辊轮。有利地，移动单元包括至少四个辊轮，其大体定位在主模块的四个拐角处并且被构造成能够沿两个导轨成对地移动。

优选地，辊轮被布置成使得其旋转轴线始终沿着所述圆弧的半径在对应位置处取向，而不管其在移动期间的位置如何。

此外，在具体实施例中，移动单元还包括调节系统，其可以被命令和被构造成允许调节主模块在支撑框架上的位置。

有利地，调节系统包括可以被命令的齿轮传动马达以及被构造成命令齿轮传动马达的命令单元。优选地，齿轮传动马达安装在主模块上并且可以在其被命令时借助于机械齿轮的组件移动，从而与固定在支撑框架上的机械元件配合，所述主模块在所述支撑框架上。

此外，在具体实施例中，支撑框架设置有视觉标记，并且主模块被构造成能够在这些视觉标记上方移动。

有利地，主模块包括布置在后部面上的反射镜，所述反射镜被定位和取向成以便允许从飞行员位置读取位于主模块的所述后部面周围的区域中的视觉标记。

此外，在具体实施例中，支撑框架包括设置有封闭隔室的结构。

本发明还涉及一种飞行器、特别是运输机，其设置有如上文所述的方向舵控制单元。

在优选实施例中，对于设置有提供有底板的驾驶舱的飞行器，驾驶舱的底板包括凸起部分，该凸起部分旨在用于接纳方向舵控制单元的所述支撑框架并且充当飞行员的搁脚板。

附图说明

附图清楚地解释可以如何执行本发明。在这些附图中，相同参考标记指代类似元件。更具体来说：

-图1显示地面上的飞机的侧视图，其包括根据本发明的实施例的方向舵控制单元；

-图2是方向舵控制单元从后方看的透视图；

-图3是方向舵控制单元从后方看的透视图，其主模块与支撑框架分开；

-图4、图5和图7从不同透视图显示支撑框架；

-图6是支撑框架的示意性侧视图；

-图8是调节系统的示意图；

-图9和图10是用于显示引导系统的辊轮的布置的示意图；

-图11是类似于图2的图，其显示布置在支撑框架上的视觉标记；并且

-图12是用于显示反射镜相对于视觉标记的定位的示意图。

具体实施方式

图1显示飞行器ac，在此情况下为运输机，其包括驾驶舱2，根据本发明的方向舵控制单元1布置在驾驶舱2中（如图1中以极其简单的方式显示）。飞行器ac还包括方向舵3和位于飞行器ac的主起落装置的轮5处的制动器4。

图2和图3显示根据本发明的优选实施例的方向舵控制单元1，其通过被集成到驾驶舱2的底板p中而布置在飞行器ac的驾驶舱2（非常部分地显示）中。

在本发明的上下文中，方向“后方”和“前方”是相对于飞行器ac的纵向方向定义的，即图2中由箭头e1示出的“前方”沿飞行器ac的飞行（或移动）方向朝向飞行器ac的前方（沿图1中箭头e2的方向），并且图2中由箭头e3示出的“后方”朝向飞行器ac的后方。

此外，在本发明的上下文中，术语“下部”、“上部”、“低”和“高”是在正交于由底板p限定的飞行器的水平面的垂直方向z上定义（图2）。

此外，为帮助描述，图2显示参考系r(xyz)，其具有：

-沿飞行器的纵向轴线的纵向方向x；

-垂直方向z，垂直方向z与水平方向x形成平面xz，平面xz平行于飞行器的垂直对称平面；以及

-正交于所述方向x和z的侧向方向y，侧向方向y与方向x形成平面xy，平面xy平行于驾驶舱2的底板p（图2）。

按常规方式，飞行器ac的方向舵控制单元1是引航构件，其允许飞行员控制方向舵3（图1）以便在飞行期间对飞行器的偏航轴线起作用，并且还当飞行器ac在地面上移动时制动飞行器ac。

旨在用于常规运输机的方向舵控制单元1包括图2中所示的致动组件6，其可以由飞行员（例如飞行器的高级飞行员或副飞行员）致动。为此目的，方向舵控制单元1包括一对踏板7。此对踏板7包括旨在分别由飞行员的左右两个脚致动的两个踏板8a和8b。

对于由两个飞行员引航的飞行器，方向舵控制单元1包括例如如图2那样的两个致动组件6，其按常规方式被构造成使得旨在用于其中一个飞行员（例如副飞行员）的踏板始终处于与旨在用于另一飞行员（例如高级飞行员）的那些踏板相同的位置。

方向舵控制单元1包括旨在安装在飞行器的底板p中的至少一个支撑框架9。

根据本发明，所述方向舵控制单元1包括主模块10，主模块10至少包括所述踏板8a和8b以及旨在用于操作方向舵控制单元1的功能组。主模块10由单个零件构成并且被构造成可使用下文描述的移动独特单元11在支撑框架9上移动（如由图2中的双头箭头f示出）和定位。

除移动和定位以外，移动单元11（图6至图10）还使得可以在主模块10和支撑框架9之间形成可移除的联接。此可移除的联接使得可以沿由箭头h示出的方向向后使主模块10与支撑框架9分开，如图3中所示。

在优选实施例中，支撑框架9设置有向内弯曲的上部面12（如图5和图6中所绘示），从而产生凹入弯曲形状，主模块10在上部面12上移动。优选地，支撑框架9还包括扁平底部13。

在优选实施例中，驾驶舱的底板p包括凸起部分14。在图4中特别绘示的此凸起部分14旨在用于接纳方向舵控制单元1的所述支撑框架9并且还分别充当飞行员的右脚和左脚（向前看）的搁脚板（位于支撑框架9的右侧和左侧），如由箭头15a和15b所绘示。

因此，特别是由于承载踏板8a和8b的主模块10可以在其上移动的此弯曲（或曲线）类型的支撑框架9，获得具有减少数量的零件的方向舵控制单元1简化架构。此架构特别在空间要求、质量和成本方面提供优点。

因此，支撑框架9总体上是细长的并且具有凹曲线大致形状。

为此目的，支撑框架9通过具有沿着x的大致方向而固定在平面xz中，同时在平面xz中按凹入方式弯曲（或向内弯曲）成使得支撑框架9的后端16b变得沿方向z垂直向上远离底板p，如特别在图4和图5中所绘示。

此曲率具有如下优点：能够根据飞行员的身高尽可能符合人体工程学地定位设置有踏板8a和8b的主模块10。实际上，在驾驶舱2中，相对于窗户的框架设计（外部可见度）并且相对于仪表板（内部可见角度）来限定飞行员的位置。因此，高的飞行员具有较低的就坐位置以及被进一步推入的踏板位置，并且从人体工程学观点来看，这些踏板需要比针对矮的飞行员的情况更垂直地定位，以便在腿和脚之间提供自然角度。相反地，矮的飞行员在座椅上被更高地定位，并且踏板需要更水平地定位。在常规的铰接机械方向舵控制单元中，这些各种位置通常通过复杂的运动学获得，以便通过根据飞行员的人体工程学（主要是身高）精确地重置踏板的可变形平行四边体来定位踏板。在方向舵控制单元1中非常简单地实现此通常复杂的功能。实际上，支撑框架9、并且因此方向舵控制单元1的简单的凹入曲率使得可以适当地相对于用户符合人体工程学地定位承载踏板8a和8b的主模块10。

如图5中所示，支撑框架9包括：

-用于展开前部缆线的空隙17（未显示），其接近于前端16a；

-防侵入刷18（特别是旨在用于防止灰尘的侵入）；

-区域19，其由主模块10的前端位置覆盖；

-侧向导轨20，其旨在用于辊轮的滚动，如下文所述；

-用于将支撑框架9固定到底板p的凸起部分14的前部元件21；以及

-用于将支撑框架9固定到底板p的凸起部分14的后部界面（未显示）。

在优选实施例中，支撑框架9被生产为单件式组件。其可以使用用于3d打印的方法例如用钛制造。

其还可以使用脱蜡铸造方法由铝生产。在此情况下，下文描述的导轨（由硬金属制成的标准轴）被添加到支撑框架（紧密配合或通过粘贴）。

这产生刚性、轻质、简单并且具有减少的质量和成本的支撑框架9。

如图5至图7中所示，移动单元11在支撑框架9上包括引导系统22，引导系统22包括由两个相对且配合导轨20形成的轨道（独特）组件。这两个导轨20朝向支撑框架9的上部面12布置在支撑框架9的侧向壁（沿着轴线x布置）的相对的内部面23和24上，如图5和图10中所示。

所述导轨20中的每一者被成形为直径大于例如2米的圆弧。

此外，移动单元11包括可旋转地安装在主模块10下方的辊轮25。在优选实施例中，如图3和图9中特别所示，主模块10包括中央模块26，中央模块26设置有下部基部模块27和上部辅助模块28（图3）。主模块10还包括两个踏板模块29a和29b，其沿方向y布置在所述主模块10的两侧上，并且其各自承载踏板8a和8b中的一者。

辊轮25安装在主模块10的基部模块27下方。在所示实施例中，移动单元11包括四个辊轮25，四个辊轮25大体定位在基部模块27的下部壁的四个拐角处并且被构造成能够沿两个相对的侧向导轨20成对地移动。

如图6和图7中所示，引导辊轮25集成在基部模块27的前部面30和后部面31中，即两个辊轮25在前部面30上，并且两个辊轮25在后部面31上，以便能够在固定在支撑框架9上的导轨20中滚动。

基部模块27的前部面30和后部面31（图6）在人体工程学调节期间相对于对应于由主模块10描述的路线的圆径向放置以便适应飞行员的身高，如下文所述。

辊轮25固定在加强塞32中，加强塞32刚性连接到面30和31的机械加强的低区域33a和33b，如图6和图7中所示。

这些加强区域33a和33b将来自辊轮25的力直接传递到主模块10的前部面30和后部面31（具有直接力路径）。

因此，辊轮25布置在支撑框架9和主模块10的基部模块27之间的界面处。此布置主要导致：

-集成辊轮25，使得其旋转轴线相对于支撑（和引导）框架9的曲线径向布置，如下文所述；

-在支撑框架9处形成特定界面以便考虑辊轮25的反作用力，如下文所述；以及

-形成移动主模块10的基部模块27的盒几何形状，支撑主模块10的前部面30和后部面31的辊轮25相对于支撑框架9的曲线也是径向的。

引导（和滚动）轨道20中的每一者被例如生产为由硬金属（钢、钛等等）制成的轴，其沿着具有大直径（例如大约2.4米）的圆弧具有弯曲形状。此外，每一导轨20例如夹紧到优选地由轻合金制成的支撑框架9上。

此外，辊轮25被布置成使得其旋转轴线34（图6）始终沿着对应于所描述路线的圆、并且更精确地对应于导轨20的曲率的圆的半径取向，而不管其在沿着导轨20的移动期间的位置如何。

辊轮25和导轨20之间的接触是沿着具有圆形截面的发生器的接触或局部接触（如果存在减小的空隙）。每一辊轮25设置有适于配合导轨20的凹部35，如图10中所示。由于引导圆的曲率非常大，因此当辊轮25在导轨20上方滚动时，在导轨20和辊轮25的元件之间存在干扰的风险。

在飞行员对踏板8a和8b中的一者的动作期间，踏板在脚后跟处（即在低位置处）被按压，因此相对靠近于辊轮25（根据方向z）。在此情况下：

-在平面xz中，由于大反作用力杠杆臂而减小辊轮25上的反作用力以便抵消所产生的力矩；

-以上同样适用于平面xy中；并且

-在平面yz中，踏板的初始力在此平面中的投射非常小，并且对负载平衡几乎没有影响。

在图10中所示的优选实施例中，支撑框架9的横截面37垂直于导轨20和辊轮之间的界面被加强（与平面yz平行），如由箭头36示出：

-以便在导轨20和支撑框架9之间提供稳健夹紧；并且

-以便吸收导轨20和辊轮25之间的反作用力的所产生的侧向力矩。

在具体实施例中，支撑框架9包括设置有至少一个封闭隔室的结构。

因此，支撑框架9的横截面37优选地由沿方向z堆叠的两个封闭隔室38和39构成，其目的是使横截面刚性化，同时优化其质量。

如上文所述，通过径向辊轮25和弯曲导轨20的引导动作提供许多优点。特定来说：

-具有导轨20和辊轮25的引导系统22以少量相关部件实现精确且稳健的引导，并且这是简单的；以及

-引导系统22在主模块10的下部（隐藏）部分处的集成提供：

·紧凑性，通过保留在移动主模块10和支撑框架9的原始外壳中；

·刚度，由于支撑框架9的横截面37的特定设计（特定加强件36、封闭隔室38和39）以及力尽可能直接地到适于抵抗后者的元件中的传递；

·和谐组装，因为引导系统22不可见；以及

·保护免受外部因素（灰尘等等）的影响，因为存在于主模块10和支撑框架9之间的界面处的减小的空隙。此外，此空隙可以通过特定接头、并且特别是通过刷18紧固（图5）。

此外，如图7中所示，在辊轮25和基部模块27之间的界面区域中，辊轮25在辊轮周边在加强区域33a和33b的塞32处在这些界面区域中引入反作用力和力矩。理想地，这些负载被引入主模块10的前部面30和后部面31的平面中以便特别地获得可能最直接力路径。

此外，在具体实施例中，移动单元11包括调节系统40，其适于被命令和构造成允许调节主模块10在支撑框架9上的位置。

如图8中以极其简单的方式所示，调节系统40包括适于被命令的齿轮传动马达41以及被构造成允许操作员（特别是飞行员）命令齿轮传动马达41的命令单元42，如通过用点划线表示的联接件43以极其简单的方式示出。

齿轮传动马达41安装在主模块10上，并且其可以在其通过命令单元42被命令时借助于机械齿轮的组件移动，从而与固定在支撑框架9上的机械元件配合，所述主模块10在所述支撑框架9上。

更精确地，如图8中所示，调节系统40包括：

-角传动装置44，其在由齿轮传动马达41产生的旋转期间由齿轮传动马达41致动；

-蜗杆45，其联接到角传动装置44；

-轮46，其由蜗杆45驱动；以及

-弯曲齿条47，轮46在其上作用。

弯曲齿条47是设置在支撑框架9上的具有极大半径的齿形区段。

因此，由调节系统40实现的位置调节通过运动链经由激活齿轮传动马达41的电动命令来执行，该运动链在所述命令之后依次包括角传动装置44、蜗杆45和轮46以及弯曲齿条47。

此调节系统40被构造成允许操作员（特别是飞行器的飞行员）借助通过引导系统22实现的移动修改主模块10（并且因此踏板8a和8b）在支撑框架9上的位置，如由图2中的箭头f示出。

因此，调节系统40使得可以使主模块10（并且因此踏板8a和8b）更靠近或远离飞行员的座椅，以便使这些部件的位置适于将使用其的飞行员的身高。

不同于特别是使用枢轴、球形接头和轴承的铰接的常规运动学，为了在承担飞行任务时改变踏板相对于用户的位置（主要是相对于身高的人体工程学变化），可在固定支撑框架9上移动的主模块10的由移动单元11实现的线性引导运动学使用辊轮25和导轨20。此技术是导致简单和稳健解决方案的经证明技术。

此外，在具体实施例中，支撑框架9设置有多个视觉标记48，其沿着支撑框架9的上部面12相互紧邻布置。优选地，视觉标记48按两个行49a和49b布置在刷18的旁边，如图11中所示。主模块10可以在这些视觉标记48上方移动。

这些视觉标记48使得可以沿着支撑框架9定位基部模块27的后部面51（图12）并且因此主模块10的位置，这使得可以针对每一飞行员执行个人调节。

在图11和图12中所示的具体实施例中，主模块10包括布置在基部模块27的后部面51（向下倾斜）上的反射镜50。反射镜50被定位和取向成允许从飞行员位置读取位于基部模块27的所述后部面51周围的区域中的视觉标记48。

由于飞行员的视线太偏斜而无法实现位置的精确直接指示，因此放置在移动基部模块27的下端处并且被取向成使得飞行员的读数正交于如由箭头52示出的指示的反射镜50使得可以精确地读取视觉标记48。视觉标记48可以简单地制成（使用可见涂料，例如磷光性的）或者是发光的。反射镜50还可以受益于来自驾驶舱环境的无源或有源光源。

如上所述，方向舵控制单元1特别具有以下特征：

-移动基部模块10借助于引导系统22在用作引导件的固定支撑框架9上移动；

-一旦位于由飞行员通过调节系统40选择的位置处，基部模块10便不再在支撑框架9上移动，支撑框架9主要具有支撑和引导结构功能；

-支撑（和引导）框架9在视觉上与结构环境和驾驶舱2的布局融合；并且

-无需在存在于主模块10中的方向舵控制单元1的任何主动功能失效之后为了可维护性而移除支撑框架9。

因此：

-所有移动运动设备和系统都几乎完全在主模块10中和主模块10上分组在一起；并且

-一旦已经执行人体工程学调节，支撑（和引导）框架9便仅具有主要结构作用（保持对主模块10的固定支撑）。

如上所述，方向舵控制单元1架构提供许多优点。特定来说：

-其具有简化构造，并且其具有减少数量的零件。其导致质量节省和大体简化；

-其还提供方向舵控制单元1和相关联元件的有利集成；

-其提供降低的空间要求和降低的成本；并且

-其提供电动调节（用于将主模块10定位在支撑框架9上）的简化使用。