基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统及仿真实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统，主要包括人感加载设备、配套杆系、控制部件和操纵加载系统软件三部分，可实现直升机飞行训练中操纵负荷系统的仿真，满足直升机在不同飞行条件和不同操纵模式下的静态和动态操纵特性。本发明专利技术还公开了基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统的仿真实现方法，首先按照实装操纵系统的结构配套有实装的操纵杆系；在操纵负荷系统的相应位置安装有人感加载设备，并通过连接摇臂接入配套杆系中，人感加载设备均采用实装件；通过航空线缆将人感加载设备、舵控盒和控制计算机进行连接；通过控制软件完成操纵负荷系统的控制，实现各类飞行状态下的操纵特性。

Control Load System of Helicopter Based on Real-mounted Control Rod System and Realization Method of Simulation

The invention discloses a helicopter control load system based on a real-mounted control rod system, which mainly includes three parts: a human-sensed loading device, a supporting rod system, a control component and a control loading system software. The simulation of the control load system in helicopter flight training can be realized, and the static and dynamic control characteristics of helicopters under different flight conditions and different control modes can be satisfied. The invention also discloses a simulation implementation method of the helicopter control load system based on the actual control rod system. Firstly, the actual control rod system is matched according to the structure of the actual control system; the sensory loading equipment is installed at the corresponding position of the control load system, and is connected to the supporting rod system through the rocker arm, the sensory loading equipment adopts the real loading parts; Loading equipment, rudder control box and control computer are connected, and the control software is used to complete the control of the control load system to realize the control characteristics of various flight states.

【技术实现步骤摘要】
基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统及仿真实现方法
本专利技术涉及一种基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统及仿真实现方法，属于直升机操纵负荷系统仿真

技术介绍
直升机操纵负荷系统是直升机模拟器的关键系统之一，用于模拟直升机的飞行操纵系统，它的性能直接影响飞机的操纵品质。操纵负荷系统的主要功能是实现驾驶杆(或者脚蹬)上的力感模拟以及良好的动态特性。常见的操纵力加载方式有以下几种：(1)弹簧加载：通常采用与真实飞机操纵载荷机构的弹性模量或气动力变化斜度比较接近的弹性元件如弹簧等，将其安装在驾驶杆(或脚蹬)的教练连接处，这种加载方式结构简单。所以早期简易的飞行模拟装置多采用这种方案。但由于弹簧固有的弹性模量无法随着不同飞行状态、不同操纵模式的变化而变化，并且在长时间使用中，弹簧始终处于受力状态，会使弹簧产生永久变形、老化直至失效，所以弹簧加载装置使用的场合具有较大的局限性。(2)载荷机构仿真加载：将真实飞机上的载荷机构、力臂调节器和调校机构进行仿真加工；通过计算机进行内动、静压参数运算，在经过高分辨率的D/A转换电路调节模拟电压信号，来改变力臂调节器的操纵臂长，从而改变加载机构的传动比，实现改变操纵力的目的。但是，这种仿真加载装置无法完全模拟操纵负荷系统的力传动特性，现在大型的飞机模拟装置都不再采用。(3)力伺服系统加载：利用位移(角度)传感器检测驾驶杆所处的位置，并根据后台主控计算机所建立的数学模型进行实时仿真，从而得到了应该发送给操纵负荷系统的执行机构控制指令。然后执行机构根据控制指令对驾驶杆(或脚蹬)进行力的加载动作。系统末端还安装了力传感器，根据力传感器实时检测力的数值，实时监测操纵负荷系统实际产生的力感，并将信号反馈至执行机构控制系统，实现系统加载力的跟踪。但是，这种力加载方式无法满足直升机飞行操纵特性，且成本过高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，解决上述技术问题，提出一种基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统及仿真实现方法。本专利技术公开了一种基于实装操纵杆系及相关执行机构的操纵负荷系统，该操纵负荷系统主要包括人感加载设备、配套杆系、控制部件和操纵加载系统软件三部分。可实现直升机飞行训练中操纵负荷系统的仿真，满足直升机在不同飞行条件和不同操纵模式下的静态和动态操纵特性。本专利技术还公开了基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统的仿真实现方法，该方法首先按照实装操纵系统的结构配套有实装的操纵杆系，杆系包含有俯仰、横滚、航向、总距四通道传动连杆和操纵手柄，并提供有人感加载设备的连接摇臂。其次，在操纵负荷系统的相应位置安装有人感加载设备，并通过连接摇臂接入配套杆系中，人感加载设备均采用实装件(其中操纵采集的光电编码器和脚蹬刹车组件采用仿真件)。接着，通过航空线缆将人感加载设备、舵控盒和控制计算机进行连接。最后，通过控制软件完成操纵负荷系统的控制，实现各类飞行状态下的操纵特性。本专利技术具体采用如下技术方案：基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统，其特征在于，包括人感加载设备、配套杆系、控制部件、操纵负荷系统软件，所述人感加载设备包括四通道的并联舵机、电涡流阻尼器、航向拉杆开关、脚蹬、驾驶杆、若干作为操纵采集部件的光电编码器，所述括人感加载设备通过连杆或连接摇臂接入所述配套杆系中，所述控制部件与所述人感加载设备相连接，所述操纵负荷系统软件加载设置于所述控制部件上，所述并联舵机通过所述配套杆系与所述驾驶杆、所述脚蹬相连接，所述脚蹬上安装有脚蹬刹车组件；所述并联舵机用来为驾驶人员的操纵提供实时的力反馈特性，所述驾驶杆包括总距操纵杆、周期变距操纵杆、航向操纵杆，所述航向拉杆开关安装在所述航向操纵杆上；所述控制部件包括主飞控计算机、舵控盒、控制计算机，所述主飞控计算机与所述舵控盒、所述控制计算机相连接，所述操纵负荷系统软件加载在所述控制计算机上，所述航向拉杆开关用来进行调节增大或减小所述脚蹬的启动力。作为一种较佳的实施例，配套杆系包括周期变距杆传动连杆、总距杆传动连杆、航向传动连杆、脚蹬传动连杆、操纵手柄、安装支架，人感加载设备固定设置于安装支架上，总距操纵杆、周期变距操纵杆、航向操纵杆分别通过总距杆传动连杆、周期变距杆传动连杆、航向传动连杆与并联舵机相连接，并联舵机通过脚蹬传动连杆与脚蹬相连接，操纵手柄与驾驶杆相连接，安装支架用于固定人感加载设备和支撑配套杆系的其他结构。作为一种较佳的实施例，所述主飞控计算机的输入输出端与所述控制计算机的输出输入端相连接，所述控制计算机的输入输出端与所述舵控盒的输出输入端相连接，控制计算机内部配套设置有通讯板卡，并联舵机、航向拉杆开关通过航空接插件分别与舵控盒相连接，航向拉杆开关用来提供操纵信号采集，舵控盒、光电编码器、脚蹬刹车组件通过航空接插件与控制计算机的通讯板卡相连接，通讯板卡包括CAN总线通讯板卡、AD模拟量输入板卡、DA模拟量输出板卡，光电编码器通过CAN总线电缆与控制计算机的CAN总线通讯板卡相连接。作为一种较佳的实施例，电涡流阻尼器通过连杆接入配套杆系，电涡流阻尼器与并联舵机并联连接，用来为驾驶人员的操纵提供摩擦力和操纵阻尼力。作为一种较佳的实施例，光电编码器通过联轴器与配套杆系相连接，光电编码器包括周期变距杆横向操纵位移光电编码器、周期变距杆纵向操纵位移光电编码器、总距操纵杆位移光电编码器、脚蹬操纵位移光电编码器，周期变距杆横向操纵位移光电编码器用来采集周期变距操纵杆的横向位移信号，周期变距杆纵向操纵位移光电编码器用来采集周期变距操纵杆的纵向位移信号，总距操纵杆位移光电编码器用来采集总距操纵杆的位移信号，脚蹬操纵位移光电编码器用来采集脚蹬的位移信号。作为一种较佳的实施例，脚蹬刹车组件采用四路脚蹬刹车阻尼器，脚蹬刹车组件安装在四路脚蹬上，用来输出电压信号，模拟直升机机轮的刹车功能。作为一种较佳的实施例，舵控盒内部设置有舵机控制电路、微动开关与拉杆开关信号转换电路、辅助电路，舵机控制电路包括舵机配平控制与离合器控制电路，输入为控制计算机的DA模拟量输出板卡，输出为可控的28V电源或开关；微动开关与拉杆开关信号转换电路的输入为28VDC/开，输出为10V或0V并接控制计算机的AD模拟量输入板卡；辅助电路包括电源变换电路、输入/输出显示电路；舵控盒接收控制计算机的控制指令，输出离合器控制信号和舵机驱动信号，控制并联舵机转动，并根据指令极性控制并联舵机转动方向，同时舵控盒将舵机微动开关和拉杆开关信号进行电压转换后传输给控制计算机的通讯板卡，控制计算机将采集到的信号发送给主飞控计算机，从而确认并联舵机是否动作。作为一种较佳的实施例，操纵负荷系统软件包括操纵位移采集模块、杆头信号采集模块、四路并联舵机控制模块、航向拉杆开关控制模块、脚蹬刹车信号采集模块、网络通信模块、界面显示模块，操纵位移采集模块的输入端通过CAN总线与光电编码器的输出端相连接，杆头信号采集模块的输入端与驾驶杆的杆头相连接，杆头信号采集模块与四路并联舵机控制模块相连接，四路并联舵机控制模块包括初始化配平模块、杆释放模块、自动驾驶控制模块，初始化配平模块与杆释放模块相连，杆释放模块与自动驾驶控制模块相连，初始化配平模块完成初始化状态下的驱动操纵负荷系统运行到中立位置的配平功能，杆释放模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统，其特征在于，包括人感加载设备、配套杆系、控制部件、操纵负荷系统软件，所述人感加载设备包括四通道的并联舵机、电涡流阻尼器、航向拉杆开关、脚蹬、驾驶杆、若干作为操纵采集部件的光电编码器，所述括人感加载设备通过连杆或连接摇臂接入所述配套杆系中，所述控制部件与所述人感加载设备相连接，所述操纵负荷系统软件加载设置于所述控制部件上，所述并联舵机通过所述配套杆系与所述驾驶杆、所述脚蹬相连接，所述脚蹬上安装有脚蹬刹车组件；所述并联舵机用来为驾驶人员的操纵提供实时的力反馈特性，所述驾驶杆包括总距操纵杆、周期变距操纵杆、航向操纵杆，所述航向拉杆开关安装在所述航向操纵杆上；所述控制部件包括主飞控计算机、舵控盒、控制计算机，所述主飞控计算机与所述舵控盒、所述控制计算机相连接，所述操纵负荷系统软件加载在所述控制计算机上，所述航向拉杆开关用来进行调节增大或减小所述脚蹬的启动力。

【技术特征摘要】
1.基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统，其特征在于，包括人感加载设备、配套杆系、控制部件、操纵负荷系统软件，所述人感加载设备包括四通道的并联舵机、电涡流阻尼器、航向拉杆开关、脚蹬、驾驶杆、若干作为操纵采集部件的光电编码器，所述括人感加载设备通过连杆或连接摇臂接入所述配套杆系中，所述控制部件与所述人感加载设备相连接，所述操纵负荷系统软件加载设置于所述控制部件上，所述并联舵机通过所述配套杆系与所述驾驶杆、所述脚蹬相连接，所述脚蹬上安装有脚蹬刹车组件；所述并联舵机用来为驾驶人员的操纵提供实时的力反馈特性，所述驾驶杆包括总距操纵杆、周期变距操纵杆、航向操纵杆，所述航向拉杆开关安装在所述航向操纵杆上；所述控制部件包括主飞控计算机、舵控盒、控制计算机，所述主飞控计算机与所述舵控盒、所述控制计算机相连接，所述操纵负荷系统软件加载在所述控制计算机上，所述航向拉杆开关用来进行调节增大或减小所述脚蹬的启动力。2.根据权利要求1所述的基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统，其特征在于，所述配套杆系包括周期变距杆传动连杆、总距杆传动连杆、航向传动连杆、脚蹬传动连杆、操纵手柄、安装支架，所述人感加载设备固定设置于所述安装支架上，所述总距操纵杆、所述周期变距操纵杆、所述航向操纵杆分别通过所述总距杆传动连杆、所述周期变距杆传动连杆、所述航向传动连杆与所述并联舵机相连接，所述并联舵机通过所述脚蹬传动连杆与所述脚蹬相连接，所述操纵手柄与所述驾驶杆相连接，所述安装支架用于固定所述人感加载设备和支撑所述配套杆系的其他结构。3.根据权利要求1所述的基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统，其特征在于，所述主飞控计算机的输入输出端与所述控制计算机的输出输入端相连接，所述控制计算机的输入输出端与所述舵控盒的输出输入端相连接，所述控制计算机内部配套设置有通讯板卡，所述并联舵机、所述航向拉杆开关通过航空接插件分别与所述舵控盒相连接，所述航向拉杆开关用来提供操纵信号采集，所述舵控盒、所述光电编码器、所述脚蹬刹车组件通过航空接插件与所述控制计算机的通讯板卡相连接，所述通讯板卡包括CAN总线通讯板卡、AD模拟量输入板卡、DA模拟量输出板卡，所述光电编码器通过CAN总线电缆与所述控制计算机的所述CAN总线通讯板卡相连接。4.根据权利要求1所述的基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统，其特征在于，所述电涡流阻尼器通过连杆接入所述配套杆系，所述电涡流阻尼器与所述并联舵机并联连接，用来为驾驶人员的操纵提供摩擦力和操纵阻尼力。5.根据权利要求1所述的基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统，其特征在于，所述光电编码器通过联轴器与所述配套杆系相连接，所述光电编码器包括周期变距杆横向操纵位移光电编码器、周期变距杆纵向操纵位移光电编码器、总距操纵杆位移光电编码器、脚蹬操纵位移光电编码器，所述周期变距杆横向操纵位移光电编码器用来采集所述周期变距操纵杆的横向位移信号，所述周期变距杆纵向操纵位移光电编码器用来采集所述周期变距操纵杆的纵向位移信号，所述总距操纵杆位移光电编码器用来采集所述总距操纵杆的位移信号，所述脚蹬操纵位移光电编码器用来采集所述脚蹬的位移信号。6.根据权利要求1所述的基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统，其特征在于，所述脚蹬刹车组件采用四路脚蹬刹车阻尼器，所述脚蹬刹车组件安装在四路所述脚蹬上，用来输出电压信号，模拟直升机机轮的刹车功能。7.根据权利要求3所述的基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统，其特征在于，所述舵控盒内部设置有舵机控制电路、微动开关与拉杆开关信号转换电路、辅助电路，所述舵机控制电路包括舵机配平控制与离合器控制电路，输入为所述控制计算机的DA模拟量输出板卡，输出为可控的28V电源或开关；所述微动开关与拉杆开关信号转换电路的输入为28VDC/开，输出为10V或0V并接所述控制计算机的AD模拟量输入板卡；所述辅助电路包括电源变换电路、输入/输出显示电路；所述舵控盒接收所述控制计算机的控制指令，输出离合器控制信号和舵机驱动信号，控制并联舵机转动，并根据指令极性控制并联舵机转动方向，同时所述舵控盒将舵机微动开关和拉杆开关信号进行电压转换后传输给控制计算机的通讯板卡，所述控制计算机将采集到的信号发送给主飞控计算机，从而确认所述并联舵机是否动作。8.根据权利要求1所述的基于实装操纵杆系的直升机操纵负荷系统，其特征在于，所述操纵负荷系统软件包括操纵位移采集模块、杆头信号采集模块、四路并联舵机控制模块、航向拉杆开关控制模块、脚蹬刹车信号采集模块、网络通信模块、界面显示模块，所述操纵位移采集模块的输入端通过CAN总线与所述光电编码器的输出端相连接，所述杆头信号采集模块的输入端与所述驾驶杆的杆头相连接，所述杆头信号采集模块与所述四路并联舵机控制模块相连接，所述四路并联舵机控制模块包括初始化配平模块、杆释放模块、自动驾驶控制模块，所述初始化配平模块与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙传伟，
申请(专利权)人：南京乐飞航空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32