本发明涉及飞机脚蹬的技术领域，尤其涉及飞机脚蹬的测试装置及方法。
背景技术：
在驾驶舱内，脚蹬可用于控制方向舵的偏航和降落时的刹车及转弯的动作，脚蹬的性能对于飞机的性能及安全飞行至关重要。并且脚蹬的力感及脚蹬运动的幅度也影响驾驶员的操控及舒适感。因此，测量脚蹬的位移(包括角位移及线位移)以及脚蹬的力感是飞机测试的一项重要工作。
传统的脚蹬测试方法是通过人来推动或踩动脚蹬进行力和位移的测试，这种方式的缺陷在于人工提供脚蹬的动力容易使得脚蹬运动时的速度不均匀，容易对测量的精确性产生不利影响。并且，这种测试中力传感器所得到数据不仅有脚蹬自身的反力，还混有惯性力，从而不能准确测得脚蹬的受力情况。不仅如此，传统的方法是在脚蹬处安装角位移传感器来测量脚蹬的转动角度，而驾驶员踩动脚蹬的动作主要是产生线位移。目前传统的方法，由于人工提供作用于脚蹬的外力存在可控性、精确性方面的缺陷，因而无法满足较高的测试要求。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的脚蹬测试方法存在可控性、精确性不足，难以满足较高的测试精度要求的缺陷，提出一种飞机脚蹬的测试装置及方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种飞机脚蹬的测试装置，其特点在于，其包括底座，所述底座上设置有电机、连杆和丝杆，所述丝杆包括滑动丝杆副，所述电机用于驱动所述滑动丝杆副沿第一方向移动，所述滑动丝杆副经由紧固件固定连接至所述连杆的一端，以锁定所述滑动丝杆副与所述连杆的夹角，所述连杆的另一端连接至脚蹬夹具，所述脚蹬夹具用于夹持飞机脚蹬的脚蹬摇臂并使其随着所述滑动丝杆副的移动而绕自身的转动中心转动，所述底座上还设置有用于测量所述滑动丝杆副沿第一方向的位移的位移传感器。
较佳地，所述脚蹬夹具设有力传感器，所述力传感器用于测量所述脚蹬夹具对脚蹬摇臂相对于所述转动中心的切向作用力。
较佳地，所述位移传感器的固定部分固定设置于所述底座上，所述位移传感器的移动部分则固定设置于所述滑动丝杆副上。
较佳地，所述电机经由传动齿轮驱动所述丝杆的滑动丝杆副移动。
较佳地，所述测试装置还包括用于同步采集所述位移传感器和所述力传感器的传感数据的传感器信号采集电路。
本发明还提供了一种飞机脚蹬的测试方法，其特点在于，采用如上所述的飞机脚蹬的测试装置，所述测试方法包括以下步骤：
用所述脚蹬夹具夹持飞机脚蹬的脚蹬摇臂，使其可随着所述滑动丝杆副的移动绕自身的转动中心转动；
在所述脚蹬夹具中设置力传感器以使其测量脚蹬摇臂所受到的相对于所述转动中心的切向作用力；
向所述电机发出控制信号，以使得所述电机驱动所述丝杆的滑动丝杆副沿第一方向移动；
同步采集所述位移传感器所测得的滑动丝杆副的位移和所述力传感器所测得的切向作用力。
较佳地，将所述脚蹬夹具夹持于靠近连接飞机脚蹬的脚蹬摇臂和脚蹬踏板的铰链处。
较佳地，控制所述电机驱动所述丝杆的滑动丝杆副沿第一方向移动的起始位置，对应于飞机脚蹬的中立位。
较佳地，所述测试方法还包括以下步骤：
在采集得到所述位移传感器所测得的滑动丝杆副的位移后，根据以下公式(1)计算得到飞机脚蹬的角位移，根据以下公式(2)得到飞机脚蹬的线位移，其中飞机脚蹬的角位移定义为脚蹬摇臂相对于其转动中心的角位移，飞机脚蹬的线位移定义为所述铰链在第一方向上的线位移，
s＝c·sin(θ-θ0)(2)，
上述公式(1)中l＝l0+δl，上述公式中，l0为当飞机脚蹬处于中立位时所述滑动丝杆副沿第一方向至飞机脚蹬的脚蹬摇臂的转动中心的距离，δl是所述位移传感器所测得的滑动丝杆副的位移，θ0为当飞机脚蹬处于中立位时飞机脚蹬所处的角度，θ为对应于测得的滑动丝杆副的位移为δl时飞机脚蹬所处的角度，(θ-θ0)为飞机脚蹬的角位移，s为对应于测得的滑动丝杆副的位移为δl时飞机脚蹬的线位移，a为所述连杆的长度，b为脚蹬摇臂的长度，c为所述铰链与脚蹬摇臂的转动中心间的距离，d为所述滑动丝杆副沿第二方向至飞机脚蹬的脚蹬摇臂的转动中心的距离，第二方向垂直于第一方向。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的飞机脚蹬的测试装置及方法，采用电机提供动力并利用丝杠驱动脚蹬，能够高可控性地、高精度地向待测试脚蹬施加作用力，从而使得脚蹬运动更加平稳均匀，能够满足更高的脚蹬测试精度要求。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的处于测试状态的飞机脚蹬的测试装置的侧视图。
图2为本发明一较佳实施例的飞机脚蹬的测试方法所依据的测试状态的测试装置及飞机脚蹬的几何关系示意图。
图3为本发明另一较佳实施例的处于测试状态的飞机脚蹬的测试装置的俯视图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
参考图1所示，根据本发明一较佳实施例的飞机脚蹬的测试装置包括一个底座1，底座1上设置有电机和丝杆，电机用于驱动丝杆的滑动丝杆副沿第一方向移动，滑动丝杆副上的丝杆螺母固定连接至连杆3的一端，以锁定滑动丝杆副与连杆3的夹角，连杆3的另一端连接至脚蹬夹具2，脚蹬夹具2夹持飞机脚蹬的脚蹬摇臂53并使其随着滑动丝杆副的移动而绕自身的转动中心54转动，底座1上还设置有用于测量滑动丝杆副沿第一方向的位移的位移传感器。转动中心54可采用转动轴部件实施。
优选地，脚蹬夹具2可夹持于靠近连接飞机脚蹬的脚蹬摇臂53和脚蹬踏板51的铰链52处。鉴于现有的飞机脚蹬在靠近铰链52处的几何形状及构造较为方便夹具的装夹，且能比较容易地使得装夹不会在机构运动时与飞机的其他结构相互干涉。
优选地，脚蹬夹具2设有力传感器，力传感器用于测量脚蹬夹具2对脚蹬摇臂53相对于转动中心54的切向作用力。测试装置还包括用于同步采集位移传感器和力传感器的传感数据的传感器信号采集电路。
尽管上述测试装置并未直接针对脚蹬的角位移或者线位移进行测量，但对于确定构造的测试装置而言，由于包括滑动丝杆副、连杆3在内的部件以及待测试的飞机脚蹬的脚蹬踏板51、脚蹬摇臂53均具有确定的形状、构造及尺寸，因而通过其几何关系，就可依据位移传感器测量得到的滑动丝杆副沿第一方向的位移计算得到准确的飞机脚蹬的角位移、线位移。
根据本发明的优选实施方式，位移传感器可包括固定部分41和移动部分42。位移传感器的固定部分41固定设置于底座1上，位移传感器的移动部分42则固定设置于滑动丝杆副的丝杆螺母上。电机可经由传动齿轮驱动丝杆的滑动丝杆副移动。
参考图3所示，根据本发明的另一优选实施方式，测试装置可在座椅滑轨6上架设的底座1之上，平行设置两组丝杆9、连杆3、位移传感器、脚蹬夹具2等组件，由一个电机7经由传动齿轮组8同步驱动两组丝杆9、连杆3沿第一方向位移从而同时对由夹具2夹持的一对飞机脚蹬同时进行测试。
根据本发明的另一优选实施方式，底座1被架设与座椅滑轨6上，以更便于调节底座1相对于待测试的飞机脚蹬的位置、距离。
采用如上的飞机脚蹬的测试装置，可利用本发明一较佳实施例的测试方法来进行飞机脚蹬的测试，参考图1和图2所示，测试方法包括以下步骤：
用脚蹬夹具2夹持飞机脚蹬的脚蹬摇臂53，并夹持于靠近连接飞机脚蹬的脚蹬摇臂53和脚蹬踏板51的铰链52处，使脚蹬摇臂53可随着滑动丝杆副的移动绕自身的转动中心54转动；
在脚蹬夹具2中设置力传感器以使其测量脚蹬摇臂53所受到的相对于转动中心54的切向作用力，在此情况下，可选用仅能测量垂直于传感器的受力面的作用力的力传感器，并且无需进一步计算，若选用的力传感器测量切向作用力和径向作用力的合力，则还需要根据角度计算得到切向作用力；
以飞机脚蹬的中立位作为测试的初始位置，向电机发出控制信号，以使得电机驱动丝杆的滑动丝杆副沿第一方向移动；
同步采集位移传感器所测得的滑动丝杆副的位移和力传感器所测得的切向作用力。
参考图1-2所示，在此所称的第一方向，例如可以是水平方向。相应的，飞机脚蹬可以大致沿竖直方向延伸或布置。
根据本发明的优选实施方式，测试方法还包括以下步骤：
在采集得到位移传感器所测得的滑动丝杆副的位移后，根据以下公式(1)计算得到飞机脚蹬的角位移，根据以下公式(2)得到飞机脚蹬的线位移，其中飞机脚蹬的角位移定义为脚蹬摇臂53相对于其转动中心54的角位移，飞机脚蹬的线位移定义为铰链52在第一方向上的线位移，
s＝c·sin(θ-θ0)(2)，
上述公式(1)中l＝l0+δl，上述公式中，l0为当飞机脚蹬处于中立位时滑动丝杆副沿第一方向(例如图1、图2中水平方向)至飞机脚蹬的脚蹬摇臂53的转动中心54的距离，δl是位移传感器所测得的滑动丝杆副的位移，θ0为当飞机脚蹬垂直放置或者说沿图中竖直方向延伸时飞机脚蹬所处的角度(例如，当飞机脚蹬处于中立位时，即为机脚蹬垂直放置的状态)，θ为对应于测得的滑动丝杆副的位移为δl时飞机脚蹬所处的角度，(θ-θ0)为飞机脚蹬的角位移，s为对应于测得的滑动丝杆副的位移为δl时飞机脚蹬的线位移，a为连杆3的长度，b为脚蹬摇臂53的长度，c为铰链52与脚蹬摇臂53的转动中心54间的距离，d为滑动丝杆副沿第二方向(例如图1、3中竖直方向)至飞机脚蹬的脚蹬摇臂53的转动中心54的距离。图2中的参数e表示脚蹬夹具的长度，即脚蹬夹具2夹持脚蹬摇臂的位置与脚蹬夹具2与连杆3的连接处之间的长度。
根据一些优选的实施方式，连杆3的长度a可以是可调节的。由此，可将飞机脚蹬的中立位设置于不同位置或者状态，以分别针对测量飞机脚蹬的力感。
在上述描述的测量及计算过程中，第二方向垂直于第一方向。但应当理解的是，第一方向与第二方向并非必须相互垂直，可以根据实际的情况安装设置，比如，如果二者具有一倾斜的夹角更容易完成测量过程，亦可，但上述计算公式需要根据几何关系的改变而做相应的调整。
其中，上述公式可以由图2所示出的几何关系推算得出。根据图2所示可知，和测试装置及飞机脚蹬相关的几何参数满足如下方程组(3)：
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。