專利名稱：一種飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，特別是駕駛盤(pán)操縱力及位移的測(cè)試裝置，屬于航空工程試驗(yàn)測(cè)試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在飛機(jī)駕駛盤(pán)力及位移測(cè)量中，往往是針對(duì)特定的駕駛盤(pán)對(duì)其進(jìn)行改造而完成駕駛盤(pán)力及位移的測(cè)量；或者是設(shè)計(jì)專門(mén)的夾具和連接件，使用通用的拉壓力傳感器、 扭矩傳感器測(cè)量駕駛盤(pán)力，使用角位移傳感器、直線位移傳感器、拉線位移傳感器測(cè)量駕駛盤(pán)位移，存在以下不足1、對(duì)特定的駕駛盤(pán)進(jìn)行改造，需要根據(jù)駕駛盤(pán)的結(jié)構(gòu)專門(mén)設(shè)計(jì)完成駕駛盤(pán)力測(cè)量單元，作為駕駛盤(pán)的一部分與駕駛盤(pán)組合在一起。對(duì)駕駛盤(pán)改造的結(jié)果可能會(huì)影響駕駛盤(pán)的強(qiáng)度等原有功能特性，另一方面，改造飛機(jī)駕駛盤(pán)的工藝復(fù)雜，實(shí)施難度大，導(dǎo)致成本也很高，且不具有通用性。2、設(shè)計(jì)專門(mén)的夾具和連接件，使用通用的拉壓力傳感器只能完成縱向駕駛盤(pán)力測(cè)量，需要將這些分散的夾具、連接件和拉壓力傳感器等組裝在一起；而對(duì)于橫向駕駛盤(pán)力測(cè)量，也需要設(shè)計(jì)專門(mén)的夾具和連接件，并將這些分散的夾具、連接件和扭矩傳感器等組裝在一起。上述測(cè)量實(shí)現(xiàn)中，使用測(cè)量傳感器及夾具繁多，縱向和橫向尺寸大，需要占用很大的空間，給現(xiàn)場(chǎng)安裝與使用帶來(lái)很大困難。3、對(duì)于駕駛盤(pán)位移測(cè)量，使用角位移傳感器、直線位移傳感器、拉線位移傳感器， 設(shè)計(jì)專門(mén)的傳感器安裝支座并配以專門(mén)設(shè)計(jì)的夾具、連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成，并將這些分散的夾具、連接件和位移傳感器等組裝在一起。為了提高測(cè)量精度和結(jié)果的可靠性，要求傳感器和連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)精確安裝，以保證機(jī)械量可靠、精確地傳遞，從而導(dǎo)致安裝、使用、調(diào)整非常困難。隨著微電子技術(shù)、微機(jī)械加工技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)、嵌入式技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)、壓電技術(shù)的興起和發(fā)展，傳感器朝著微型化、功能化的方向不斷發(fā)展，其靈敏度越來(lái)越高、輸出帶寬越來(lái)越高、抗干擾能力也越來(lái)越強(qiáng)。設(shè)計(jì)一種不需要對(duì)飛機(jī)駕駛盤(pán)進(jìn)行改造，安裝使用方便，能完成飛機(jī)駕駛盤(pán)力及位移測(cè)量裝置的條件已經(jīng)成熟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，將傳統(tǒng)的傳感器與測(cè)量中的夾具、連接件和施力單元集成在一起，能裝夾在各種形式和尺寸的駕駛盤(pán)上；既不需要對(duì)駕駛盤(pán)進(jìn)行改造，也不需要設(shè)計(jì)專門(mén)的夾具和連接件，同時(shí)，縮小整個(gè)測(cè)量裝置所占用的空間，能方便地與駕駛盤(pán)安裝連接在一起，完成駕駛盤(pán)縱向操縱力和橫向操縱力及駕駛盤(pán)位移的測(cè)量。本發(fā)明的技術(shù)方案是飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力測(cè)量裝置由操縱手柄、水平力信號(hào)檢測(cè)單元、垂直力信號(hào)檢測(cè)單元、傾角測(cè)量單元和安裝連接單元組成，操縱手柄、水平方向力信
4號(hào)檢測(cè)單元、垂直方向力信號(hào)檢測(cè)單元、安裝連接單元在空間上按“一”字型結(jié)構(gòu)組合集成在一起，以安裝連接單元為中心，在其兩側(cè)分別布置力信號(hào)檢測(cè)單元和操縱手柄，操縱手柄布置在最外端，力信號(hào)檢測(cè)單元的兩端分別與操縱手柄和安裝連接單元連接，在安裝連接單元的頂部安裝傾角測(cè)量單元。其中操縱手柄用于施加操縱力，模擬駕駛員操縱，且不改變實(shí)際操縱情況；水平力信號(hào)檢測(cè)單元用于檢測(cè)操縱過(guò)程縱向操縱力的大小，垂直力信號(hào)檢測(cè)單元用于檢測(cè)操縱過(guò)程橫向操縱力的大小，傾角測(cè)量單元用于檢測(cè)操縱過(guò)程縱向和橫向操縱位移的大小，要求所檢測(cè)位移信號(hào)連續(xù)、準(zhǔn)確；安裝連接單元用于駕駛盤(pán)力測(cè)量裝置與駕駛盤(pán)的安裝連接，以便于通過(guò)對(duì)駕駛盤(pán)力測(cè)量裝置的操作帶動(dòng)駕駛盤(pán)的運(yùn)動(dòng)，能間接操縱駕駛盤(pán)；上述操縱手柄、水平力信號(hào)檢測(cè)單元、垂直力信號(hào)檢測(cè)單元、傾角測(cè)量單元和安裝連接單元相互連接，組合安裝為完整的一個(gè)整體。整個(gè)駕駛盤(pán)力及位移測(cè)量裝置將操縱手柄、水平力信號(hào)檢測(cè)單元、垂直力信號(hào)檢測(cè)單元、安裝連接單元按“一”字型直線分布，相互連接形成完整一體，并在安裝連接單元布置多個(gè)定位安裝孔，以便與駕駛盤(pán)的安裝連接。這樣的好處在于不需要單獨(dú)操縱手柄、水平力信號(hào)檢測(cè)單元、垂直力信號(hào)檢測(cè)單元、傾角測(cè)量單元和安裝連接單元一次完成加工生產(chǎn)， 整體效果好。當(dāng)然，操縱手柄、水平力信號(hào)檢測(cè)單元、垂直力信號(hào)檢測(cè)單元、安裝連接單元也可以是獨(dú)立零部件，使用連接件進(jìn)行連接，組裝成為一個(gè)整體。水平方向力信號(hào)檢測(cè)單元采用矩形框式結(jié)構(gòu)，該矩形框結(jié)構(gòu)由2個(gè)互相平行的應(yīng)變梁和與之垂直的2個(gè)連接端組成，在每個(gè)矩形框的兩個(gè)應(yīng)變梁面中心分別布置有2個(gè)應(yīng)變片，兩個(gè)矩形框中的4個(gè)應(yīng)變片接成橋路測(cè)量垂直于應(yīng)變梁平面的力，既縱向操縱力的大??；同樣，垂直方向力信號(hào)檢測(cè)單元也采用矩形框式結(jié)構(gòu)，該矩形框結(jié)構(gòu)由2個(gè)互相平行的應(yīng)變梁和與之垂直的2個(gè)連接端組成，在每個(gè)矩形框的兩個(gè)應(yīng)變梁面中心分別布置有2個(gè)應(yīng)變片，兩個(gè)矩形框中的4個(gè)應(yīng)變片接成橋路測(cè)量垂直于應(yīng)變梁平面的力，既橫向操縱力的大小。傾角測(cè)量單元用于測(cè)量駕駛盤(pán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的角度變化，并將角度變化轉(zhuǎn)換為駕駛盤(pán)運(yùn)動(dòng)的位移，使用傾角測(cè)量單元可以省去連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化安裝和調(diào)整。傾角測(cè)量單元利用重力或敏感元件對(duì)載體傾斜角度的反應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)變化的電信號(hào)，從而測(cè)量出角度變化，它一般有較穩(wěn)定的零位，可以較準(zhǔn)確的測(cè)量相對(duì)零位的絕對(duì)角度，而不是通過(guò)積分計(jì)算得到，從而在較大程度上避免了誤差積累。安裝連接單元與力信號(hào)檢測(cè)單元和操縱手柄可以為一個(gè)整體，這樣做的好處在于結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、實(shí)用，占用空間尺寸小，在安裝連接單元上采用多個(gè)通孔連接方式，也可以采用螺紋連接方式。本發(fā)明用于飛機(jī)駕駛盤(pán)操縱力的測(cè)試方法包括以下步驟根據(jù)駕駛盤(pán)的大小、形狀等使用專門(mén)的夾具與安裝連接單元連接，實(shí)現(xiàn)駕駛盤(pán)力及位移測(cè)量裝置與駕駛盤(pán)的安裝連接，以便于通過(guò)對(duì)駕駛盤(pán)力及位移測(cè)量裝置的操作帶動(dòng)駕駛盤(pán)的運(yùn)動(dòng)，來(lái)間接操縱駕駛盤(pán)；在駕駛盤(pán)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集記錄駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置輸出的力和角度，以及將角度轉(zhuǎn)換得到駕駛盤(pán)位移；
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通過(guò)操縱手柄施加操縱力，模擬駕駛員操縱，且不改變實(shí)際操縱情況。本發(fā)明的優(yōu)選方法進(jìn)一步包括以下步驟，在駕駛盤(pán)力測(cè)量中，將測(cè)量裝置安裝在駕駛盤(pán)與操作人員之間，以便于操作，在縱向駕駛盤(pán)力及位移測(cè)量中，通過(guò)操縱手柄向前推駕駛盤(pán)，或者是向后拉駕駛盤(pán)。在橫向駕駛盤(pán)力及位移測(cè)量中，通過(guò)操縱手柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)駕駛盤(pán)，或者是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)駕駛盤(pán)。本發(fā)明方法還包括以下步驟由力信號(hào)檢測(cè)單元檢測(cè)操縱過(guò)程操縱力的大小，要求所檢測(cè)力信號(hào)連續(xù)、準(zhǔn)確。在縱向操縱力的測(cè)量中，力值大小由水平方向力信號(hào)檢測(cè)單元測(cè)量，向前推駕駛盤(pán)時(shí)，力信號(hào)輸出為正，向后拉駕駛盤(pán)時(shí)，力信號(hào)輸出為負(fù)；在橫向操縱力的測(cè)量中，力值大小由垂直方向力信號(hào)檢測(cè)單元測(cè)量，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)駕駛盤(pán)時(shí)，力信號(hào)輸出為正，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)駕駛盤(pán)時(shí)，力信號(hào)輸出為負(fù)；傾角測(cè)量單元用于測(cè)量駕駛盤(pán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的角度變化，并將角度變化轉(zhuǎn)換為駕駛盤(pán)運(yùn)動(dòng)的位移，對(duì)于多維位移的測(cè)量，使用雙軸的傾角測(cè)量單元，它檢測(cè)相互垂直的兩個(gè)方向的角度變換，輸出與角度相關(guān)的電信號(hào)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，空間尺寸小、成本低、工作可靠、測(cè)試精度高，符合飛機(jī)駕駛盤(pán)實(shí)際操縱情況，安裝使用調(diào)整方便的特點(diǎn)，適用于各種類型飛機(jī)駕駛盤(pán)操縱力的測(cè)量。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明組成結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明垂直力信號(hào)檢測(cè)單元原理示意圖。圖4為本發(fā)明水平力信號(hào)檢測(cè)單元原理示意圖。
具體實(shí)施例方式飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力測(cè)量裝置組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，由操縱手柄[1] [7]、水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2] W]、垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]、傾角測(cè)量單元[8]和安裝連接單元[4] 組成，操縱手柄[1] [7]、水平方向力信號(hào)檢測(cè)單元[2] W]、垂直方向力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]、安裝連接單元[4]在空間上按“一”字型結(jié)構(gòu)組合集成在一起，以安裝連接單元[4]為中心，在其兩側(cè)分別布置力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5] [2] [6]和操縱手柄[1] [7]，操縱手柄[1] [7]布置在最外端，力信號(hào)檢測(cè)單元[2] [3]的兩端分別與操縱手柄[1]和安裝連接單元 [4]連接，力信號(hào)檢測(cè)單元[5] [6]的兩端分別與安裝連接單元[4]和操縱手柄[7]連接，在安裝連接單元W]的頂部安裝傾角測(cè)量單元[8]；其中操縱手柄用于施加操縱力[1] [7]，模擬駕駛員操縱，且不改變實(shí)際操縱情況；水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2] [6]用于檢測(cè)操縱過(guò)程縱向操縱力的大小，垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]用于檢測(cè)操縱過(guò)程橫向操縱力的大小，傾角測(cè)量單元[4]用于檢測(cè)操縱過(guò)程縱向和橫向操縱位移的大小，要求所檢測(cè)位移信號(hào)連續(xù)、準(zhǔn)確；安裝連接單元[4]用于駕駛盤(pán)力測(cè)量裝置與駕駛盤(pán)的安裝連接，以便于通過(guò)對(duì)駕駛盤(pán)力測(cè)量裝置的操作帶動(dòng)駕駛盤(pán)的運(yùn)動(dòng)，能間接操縱駕駛盤(pán)；測(cè)量裝置操縱手柄[1] [7]、水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2] W]、垂直力信號(hào)檢測(cè)單元 [3] [5]、安裝連接單元[4]可以是完整一體，這樣具有整體效果好的特點(diǎn)；水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2] W]、垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]分別布置在安裝連接單元[4]的兩側(cè)；傾角測(cè)量單元[8]用于測(cè)量駕駛盤(pán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的角度變化，并將角度變化轉(zhuǎn)換為駕駛盤(pán)運(yùn)動(dòng)的位移，對(duì)于多維位移的測(cè)量，使用雙軸的傾角測(cè)量單元，它檢測(cè)相互垂直的兩個(gè)方向的角度變換，輸出與角度相關(guān)的電信號(hào)；操縱手柄[1] [7]的靠近駕駛盤(pán)的一側(cè)，為多段弧形，靠近操作人員一側(cè)為整段的圓弧，符合人體工程學(xué)，便于手握手柄來(lái)施加操縱力。圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)圖。實(shí)施例中，垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]以安裝連接單元[4]中心線對(duì)稱，分別布置在安裝連接單元W]的兩側(cè)。水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2] [6]同樣以安裝連接單元[4]中心線對(duì)稱，分別布置在垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]的兩側(cè)。操縱手柄[1] [7]也以安裝連接單元[4]中心線對(duì)稱，分別布置在水平力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]的兩側(cè)。對(duì)于水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2]和垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3]互相連接，以及水平力信號(hào)檢測(cè)單元[5]和垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[6]互相連接，采用一體化的矩形框式結(jié)構(gòu)，這樣，整體體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用。在水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2]矩形框前后彈性變形面上布置有2組電阻應(yīng)變片，在水平力信號(hào)檢測(cè)單元[6]矩形框前后彈性變形面上也布置有2組電阻應(yīng)變片，從而在水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2] [6]矩形框前后彈性變形面上布置有4組電阻應(yīng)變片，組成全橋電路， 完成水平方向操縱力的測(cè)量。在垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3]矩形框上下彈性變形面上布置有2組電阻應(yīng)變片，在垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[5]矩形框上下彈性變形面上也布置有2組電阻應(yīng)變片，從而在垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]矩形框上下彈性變形面上布置有4組電阻應(yīng)變片，組成全橋電路， 完成垂直方向操縱力的測(cè)量。傾角測(cè)量單元[8]使用ZX-TITL06EC雙軸傾角傳感器，它可以敏感X、Y兩個(gè)方向角度變化，輸出與角度相關(guān)的電信號(hào)。安裝連接單元[4]上布置有2個(gè)通孔，用于與駕駛盤(pán)的定位連接。下面以力平衡式伺服傾角傳感器為例，分析傾角測(cè)量原理。力平衡式伺服傾角傳感器由非接觸位移傳感器、力矩馬達(dá)、誤差和放大電路、反饋電路、懸臂質(zhì)量塊五部分組成。懸臂質(zhì)量塊與力矩馬達(dá)的電樞連接在一起。非接觸位移傳感器用于檢測(cè)質(zhì)量塊的位移量和方向。當(dāng)整個(gè)傳感器發(fā)生傾斜時(shí)，懸臂質(zhì)量塊便離開(kāi)原來(lái)的平衡位置，非接觸位移傳感器檢測(cè)出該變化后，將位置信號(hào)送入誤差和放大電路，一方面?zhèn)鞲衅鬏敵雠c傾角成一定比例的模擬信號(hào)；另一方面，該信號(hào)經(jīng)反饋電路送入力矩馬達(dá)的線
7圈，此時(shí)，力矩馬達(dá)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與懸臂質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)方向相反、大小相等的力矩，力圖使懸臂質(zhì)量塊回到原來(lái)的平衡位置。這樣經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，懸臂質(zhì)量塊就停留在一個(gè)新的平衡位置上，這時(shí)，傳感器輸出的信號(hào)才是真正有效的信號(hào)。該輸出信號(hào)一般為直流電壓信號(hào)， 也可內(nèi)置V/I轉(zhuǎn)換，輸出4 20mA信號(hào)。傳感器的輸出無(wú)論是電壓或者電流信號(hào)，都與用度來(lái)表示的角度值成正弦關(guān)系。 也就是說(shuō)，要直接以度、分、秒為計(jì)量單位來(lái)表示角度值是，必須將傳感器輸出的電壓或電流信號(hào)進(jìn)行反正弦運(yùn)算。力平衡式伺服傾角傳感器中，力矩電機(jī)通常用來(lái)感測(cè)飛機(jī)在允許范圍內(nèi)的角度動(dòng)作的加速度或傾角的變化。當(dāng)存在加速度或傾角時(shí)，有一個(gè)與機(jī)械不平衡成一定比例的力矩，產(chǎn)生一個(gè)物理輸入，該力矩產(chǎn)生一個(gè)角度動(dòng)作能被一個(gè)光學(xué)位置傳感器感測(cè)。該位置傳感器輸出與一個(gè)參考電壓相比較，其差值作為誤差信號(hào)輸入伺服放大器。伺服放大器輸出電流送入力矩電機(jī)，與原來(lái)加速度或傾角力矩方向相反。當(dāng)輸入一個(gè)慣性常量時(shí)，力矩電機(jī)的角位置與Og時(shí)的位置略有不同。伺服放大輸出電流與輸入加速度或輸入傾角的正弦成正比，通過(guò)負(fù)載電阻測(cè)量通過(guò)的伺服電流得到一個(gè)模擬電壓。本發(fā)明的上述特征可作如下變化，但它們都沒(méi)有偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。如傾角測(cè)量單元除選用ZX-TITL06EC雙軸傾角傳感器外，還可以選擇機(jī)械式傾角傳感器、氣體擺傾角傳感器、液面(氣泡)類傾角傳感器、石英諧振傾斜儀，或者是其它廠家的其它類型的伺服傾角傳感器，如美國(guó)HoneyWell的HMR-3000、美國(guó)Crossbow公司的 CXFILT02C 等。圖3為本發(fā)明垂直力信號(hào)檢測(cè)單元原理示意圖。駕駛盤(pán)多維力測(cè)量裝置中垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]分別采用矩形框式結(jié)構(gòu)， 是2個(gè)形狀相同矩形框，用于垂直力信號(hào)的檢測(cè)。單個(gè)矩形框結(jié)構(gòu)由2個(gè)互相平行的應(yīng)變梁[19] [20]和與之垂直的2個(gè)連接端組成，在每個(gè)矩形框的兩個(gè)應(yīng)變梁[19] [20]的內(nèi)側(cè)平面中心分別布置有2個(gè)應(yīng)變片[9] [10]，兩個(gè)矩形框中的4個(gè)應(yīng)變片接成橋路，測(cè)量垂直于應(yīng)變梁平面的力，既橫向操縱力的大小。下面，分析力信號(hào)檢測(cè)原理。對(duì)于飛機(jī)橫向運(yùn)動(dòng)的操縱，是通過(guò)旋轉(zhuǎn)駕駛盤(pán)進(jìn)行的，在初始狀態(tài)下施加力為垂直方向，一般規(guī)定，逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)信號(hào)為正，順時(shí)針的旋轉(zhuǎn)方向信號(hào)為負(fù)。這樣，對(duì)駕駛盤(pán)多維力測(cè)量裝置操作而言，測(cè)量橫向操縱力時(shí)，是通過(guò)操縱手柄[1][7]來(lái)完成的。初始狀態(tài)時(shí)，操縱手柄[1]施力方向垂直向下，操縱手柄[7]施力方向垂直向上，形成逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。以垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3]為例，當(dāng)通過(guò)操縱手柄[1]施力時(shí)，其作用與Z軸平行，力的方向與Z方向相反，這時(shí)，應(yīng)變梁[19] [20]產(chǎn)生變形，由于在應(yīng)變梁[19] [20]的內(nèi)側(cè)平面中心分別布置有2個(gè)應(yīng)變片[9] [10]，應(yīng)變片[9]受到壓縮，而應(yīng)變片[10]受到拉伸；反之，當(dāng)通過(guò)操縱手柄[1]施加反向力時(shí)，其作用與Z軸平行，力的方向與Z方向一致， 這時(shí)，在應(yīng)變梁[19] [20]的內(nèi)側(cè)平面中心分別布置應(yīng)變片[9]受到拉伸，而應(yīng)變片[10]受到壓縮。同樣，對(duì)于垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[5]，通過(guò)操縱手柄[7]施力時(shí)，其作用與Z軸平行，力的方向與Z方向相同，應(yīng)變片[13]受到壓縮，應(yīng)變片[14]受到拉伸。
將上述垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3]和[5]中的4個(gè)應(yīng)變片[9] [10] [13] [14]接成全橋形式，就可以測(cè)量操縱手柄[1][7]所施加橫向操縱力的大小。圖4為本發(fā)明水平力信號(hào)檢測(cè)單元原理示意圖。對(duì)于飛機(jī)縱向運(yùn)動(dòng)的操縱，是通過(guò)向前或者是向后推拉駕駛盤(pán)進(jìn)行的，在初始狀態(tài)下施加力為水平方向，一般規(guī)定，向前推駕駛盤(pán)信號(hào)為正，向后拉駕駛盤(pán)信號(hào)為負(fù)。縱向操縱力的測(cè)量是通過(guò)駕駛盤(pán)多維力測(cè)量裝置中水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2] [6]實(shí)現(xiàn)的，是2個(gè)形狀相同矩形框。水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2]單個(gè)矩形框結(jié)構(gòu)由2個(gè)互相平行的應(yīng)變梁[21] [22]和與之垂直的2個(gè)連接端組成，在每個(gè)矩形框的兩個(gè)應(yīng)變梁[21] [22]的內(nèi)側(cè)平面中心分別布置有2個(gè)應(yīng)變片[15] [16]。以水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2]為例，當(dāng)通過(guò)操縱手柄[1]施力時(shí)，其作用與Y軸平行，力的方向與Y方向相同，這時(shí)，應(yīng)變梁[21] [22]產(chǎn)生變形，由于在應(yīng)變梁[21] [22]的內(nèi)側(cè)平面中心分別布置有2個(gè)應(yīng)變片[15] [16]，應(yīng)變片[15]受到拉伸，而應(yīng)變片[16]受到壓縮；反之，當(dāng)通過(guò)操縱手柄[1]施加反向力時(shí)，其作用與Y軸平行，力的方向與Y方向相反， 這時(shí)，在應(yīng)變梁[21] [22]的內(nèi)側(cè)平面中心分別布置應(yīng)變片[15]受到壓縮，而應(yīng)變片[16] 受到拉伸。同樣，對(duì)于水平力信號(hào)檢測(cè)單元W]，通過(guò)操縱手柄[7]施力時(shí)，其作用與Z軸平行，力的方向與Z方向相同，應(yīng)變片[17]受到拉伸，應(yīng)變片[18]受到壓縮。將上述垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[2]和[6]中的4個(gè)應(yīng)變片[15]、[16]、[17]、[18]接成全橋形式，就可以測(cè)量操縱手柄[1][7]所施加縱向操縱力的大小。
權(quán)利要求
1.一種飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)量裝置由操縱手柄[1] [7]、水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2] W]、垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]、傾角測(cè)量單元[8]和安裝連接單元[4]組成，操縱手柄[1] [7]、水平方向力信號(hào)檢測(cè)單元[2] W]、垂直方向力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]、安裝連接單元[4]在空間上按“一”字型結(jié)構(gòu)組合集成在一起，以安裝連接單元[4]為中心，在其兩側(cè)分別布置力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5] [2] [6]和操縱手柄[1] [7]，操縱手柄[1] [7]布置在最外端，力信號(hào)檢測(cè)單元[2] [3]的兩端分別與操縱手柄[1]和安裝連接單元[4]連接，力信號(hào)檢測(cè)單元[5] [6]的兩端分別與安裝連接單元[4]和操縱手柄 [7]連接，在安裝連接單元W]的頂部安裝傾角測(cè)量單元[8]；其中操縱手柄用于施加操縱力[1] [7]，模擬駕駛員操縱，且不改變實(shí)際操縱情況； 水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2] [6]用于檢測(cè)操縱過(guò)程縱向操縱力的大小，垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]用于檢測(cè)操縱過(guò)程橫向操縱力的大小，傾角測(cè)量單元[4]用于檢測(cè)操縱過(guò)程縱向和橫向操縱位移的大小，要求所檢測(cè)位移信號(hào)連續(xù)、準(zhǔn)確；安裝連接單元[4]用于駕駛盤(pán)力測(cè)量裝置與駕駛盤(pán)的安裝連接，以便于通過(guò)對(duì)駕駛盤(pán)力測(cè)量裝置的操作帶動(dòng)駕駛盤(pán)的運(yùn)動(dòng)，能間接操縱駕駛盤(pán)；測(cè)量裝置操縱手柄[1] [7]、水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2] W]、垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]、安裝連接單元[4]是完整一體；水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2] W]、垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]分別布置在安裝連接單元 [4]的兩側(cè)；傾角測(cè)量單元[8]用于測(cè)量駕駛盤(pán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的角度變化，并將角度變化轉(zhuǎn)換為駕駛盤(pán)運(yùn)動(dòng)的位移，對(duì)于多維位移的測(cè)量，使用雙軸的傾角測(cè)量單元，它檢測(cè)相互垂直的兩個(gè)方向的角度變換，輸出與角度相關(guān)的電信號(hào)；操縱手柄[1][7]的靠近駕駛盤(pán)的一側(cè)，為多段弧形，靠近操作人員一側(cè)為整段的圓弧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置，其特征在于垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5]以安裝連接單元W]中心線對(duì)稱，分別布置在安裝連接單元W]的兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置，其特征在于水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2] [6]以安裝連接單元[4]中心線對(duì)稱，分別布置在垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3] [5] 的兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置，其特征在于操縱手柄[1][7]以安裝連接單元W]中心線對(duì)稱，分別布置在水平力信號(hào)檢測(cè)單元[3][5]的兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置，其特征在于在水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2]矩形框前后彈性變形面上布置有2組電阻應(yīng)變片，以及在水平力信號(hào)檢測(cè)單元[6]矩形框前后彈性變形面上也布置有2組電阻應(yīng)變片，從而在水平力信號(hào)檢測(cè)單元[2][6]矩形框前后彈性變形面上布置有4組電阻應(yīng)變片，組成全橋電路，完成水平方向操縱力的測(cè)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置，其特征在于在垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3]矩形框上下彈性變形面上布置有2組電阻應(yīng)變片，以及在垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[5]矩形框上下彈性變形面上也布置有2組電阻應(yīng)變片，從而在垂直力信號(hào)檢測(cè)單元[3][5]矩形框上下彈性變形面上布置有4組電阻應(yīng)變片，組成全橋電路，完成垂直方向操縱力的測(cè)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置，其特征在于安裝連接單元[4]采用多個(gè)定位孔連接方式。
8.一種飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量方法，其特征在于飛機(jī)駕駛盤(pán)操縱力的測(cè)試方法包括以下步驟根據(jù)駕駛盤(pán)的大小、形狀等使用專門(mén)的夾具與安裝連接單元連接，實(shí)現(xiàn)駕駛盤(pán)力及位移測(cè)量裝置與駕駛盤(pán)的安裝連接，以便于通過(guò)對(duì)駕駛盤(pán)力及位移測(cè)量裝置的操作帶動(dòng)駕駛盤(pán)的運(yùn)動(dòng)，來(lái)間接操縱駕駛盤(pán)；在駕駛盤(pán)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集記錄駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置輸出的力和角度，以及將角度轉(zhuǎn)換得到駕駛盤(pán)位移；通過(guò)操縱手柄施加操縱力，模擬駕駛員操縱，且不改變實(shí)際操縱情況。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量方法，其特征在于在駕駛盤(pán)力測(cè)量中，將測(cè)量裝置安裝在駕駛盤(pán)與操作人員之間，以便于操作，在縱向駕駛盤(pán)力及位移測(cè)量中，通過(guò)操縱手柄向前推駕駛盤(pán)，或者是向后拉駕駛盤(pán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量方法，其特征在于在橫向駕駛盤(pán)力及位移測(cè)量中，通過(guò)操縱手柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)駕駛盤(pán)，或者是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)駕駛盤(pán)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量方法，其特征在于由力信號(hào)檢測(cè)單元檢測(cè)操縱過(guò)程操縱力的大小，所檢測(cè)力信號(hào)連續(xù)、準(zhǔn)確；在縱向操縱力的測(cè)量中， 力值大小由水平方向力信號(hào)檢測(cè)單元測(cè)量，向前推駕駛盤(pán)時(shí)，力信號(hào)輸出為正，向后拉駕駛盤(pán)時(shí)，力信號(hào)輸出為負(fù)；在橫向操縱力的測(cè)量中，力值大小由垂直方向力信號(hào)檢測(cè)單元測(cè)量，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)駕駛盤(pán)時(shí)，力信號(hào)輸出為正，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)駕駛盤(pán)時(shí)，力信號(hào)輸出為負(fù)；傾角測(cè)量單元用于測(cè)量駕駛盤(pán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的角度變化，并將角度變化轉(zhuǎn)換為駕駛盤(pán)運(yùn)動(dòng)的位移，對(duì)于多維位移的測(cè)量，使用雙軸的傾角測(cè)量單元，它檢測(cè)相互垂直的兩個(gè)方向的角度變換，輸出與角度相關(guān)的電信號(hào)。
全文摘要
一種飛機(jī)駕駛盤(pán)多維力及位移測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，屬于航空工程試驗(yàn)測(cè)試領(lǐng)域。其特征在于測(cè)量裝置由操縱手柄、水平方向力信號(hào)檢測(cè)單元、垂直方向力信號(hào)檢測(cè)單元、傾角測(cè)量單元和安裝連接單元組成，以安裝連接單元為中心，在其兩側(cè)分別布置力信號(hào)檢測(cè)單元和操縱手柄，力信號(hào)檢測(cè)單元的兩端分別與安裝連接單元和操縱手柄連接，安裝連接單元頂部安裝傾角測(cè)量單元，安裝連接單元與駕駛盤(pán)連接，通過(guò)操縱手柄施加操縱力到駕駛盤(pán)并操縱其運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中測(cè)量操縱力及位移的變化。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，空間尺寸小、成本低、工作可靠、測(cè)試精度高，安裝使用調(diào)整方便的特點(diǎn)，適用于各種類型飛機(jī)駕駛盤(pán)操縱力及位移的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B7/02GK102269636SQ20111011198
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者支怡 申請(qǐng)人:支怡