力平衡传感器及用于其的方法技术

本发明专利技术涉及力平衡传感器及用于其的方法。一种力平衡传感器(100)包括机械应变放大系统(130)，所述机械应变放大系统包括：传感器扭转构件(110)，所述传感器扭转构件具有沿着所述传感器扭转构件(110)的纵向轴线(110LA)彼此间隔开的第一端(110a)和第二端(110b)；至少一个应变传感器(120)，所述至少一个应变传感器在所述第一端(110a)和所述第二端(110b)之间联接至所述传感器扭转构件(110)；联接至所述传感器扭转构件(110)的所述第一端(110a)的第一扭转加强构件(131)；以及联接至所述传感器扭转构件(110)的所述第二端(110b)的第二扭转加强构件(132)，其中所述第一扭转加强构件(131)和所述第二扭转加强构件(132)联接至抗扭构件(1002T)。

Force Balance Sensor and Its Application

【技术实现步骤摘要】
力平衡传感器及用于其的方法
示例性实施方式大体上涉及力平衡传感器，具体地涉及用于飞行控制表面的力平衡传感器。
技术介绍
通常，由布置在飞行控制表面的两侧的两个致动器来操作飞行控制表面。所述致动器由控制器驱动并且被所述控制器命令至基本相同的位置，以调节飞行控制表面的定位。当校准和/或安设致动器时，两个致动器之间的小振动会导致这两个致动器之间的稍微位置差异，而致使可能的飞行控制表面位置误差。另外，即使在致动器完美地位于其位置的情况下，诸如这两个致动器之间的喇叭半径长度变化的安设变化会在两个飞行控制表面端之间呈现出转矩差(也称为力纷争(force-fight))，因此在致动器上呈现出力差。致动器上的该力差难以通过校准来解决。通常，该力差由置于飞行控制表面上的转矩来支撑，这引起可能会影响飞行控制表面的使用寿命的负载。对于力纷争的传统解决方法是基于使用感测由两个致动器生成的压力的多个压力传感器。压力传感器被放置成感测横过相应致动器的压差。在一些系统中，为了实现三重冗余感测(即，使用三个功能等价的单元来提供冗余备份)，例如在致动器上采用12个单独的压力变换器/传感器以及相关的信号处理电子器件，以确定致动器之间的力平衡误差。在一些情况下，使用多个传感器可能会增加力差并产生反效果。在另一传统解决方法中，在各喇叭和扭力杆之间串联地放置转矩传感器。大体上对于各致动器均有转矩传感器，各转矩传感器均产生传感器信号用于确定致动器之间的力平衡误差。与喇叭和扭力杆串联地放置转矩传感器(即，在扭力杆的负载路径中)可能会有损扭力杆的刚度并将扭力杆的刚度有效地降低至转矩传感器的刚度。专利技术内容因而，旨在解决至少上述顾虑的设备和方法将发现用途。如下是根据本公开主题的实施例的非排他性列表，其可以要求保护也可以不要求保护。根据本公开主题的一个实施例涉及一种力平衡传感器，所述力平衡传感器包括机械应变放大系统，所述机械应变放大系统包括：传感器扭转构件，所述传感器扭转构件具有沿着所述传感器扭转构件的纵向轴线彼此间隔开的第一端和第二端；至少一个应变传感器，所述至少一个应变传感器在所述第一端和所述第二端之间联接至所述传感器扭转构件；联接至所述传感器扭转构件的所述第一端的第一扭转加强构件；以及联接至所述传感器扭转构件的所述第二端的第二扭转加强构件，其中所述第一扭转加强构件和所述第二扭转加强构件联接至抗扭构件。根据本公开主题的另一实施例涉及一种飞行器，所述飞行器包括：机身；具有控制表面框架的控制表面，所述控制表面框架通过抗扭构件枢转地联接至所述机身；第一致动器，所述第一致动器联接至第一端并被构造成使所述控制表面绕纵向轴线枢转；第二致动器，所述第二致动器联接至第二端并被构造成使所述控制表面绕所述纵向轴线枢转；力平衡传感器，所述力平衡传感器包括机械应变放大系统，所述机械应变放大系统包括：传感器扭转构件，所述传感器扭转构件具有沿着所述传感器扭转构件的纵向轴线彼此间隔开的第一端和第二端；至少一个应变传感器，所述至少一个应变传感器在所述第一端和所述第二端之间联接至所述传感器扭转构件；联接至所述传感器扭转构件的所述第一端的第一扭转加强构件；以及联接至所述传感器扭转构件的所述第二端的第二扭转加强构件，其中所述第一扭转加强构件和所述第二扭转加强构件联接至所述控制表面的所述抗扭构件。根据本公开主题的又一实施例涉及一种用于控制飞行器的控制表面的方法，所述方法包括：通过控制器致动第一致动器和第二致动器，以使所述控制表面相对于机身绕抗扭构件的纵向轴线枢转，其中所述抗扭构件将所述控制表面的控制表面框架枢转地联接至所述机身，并且所述第一致动器和所述第二致动器在所述抗扭构件的相应相反两端处联接至所述抗扭构件以使所述控制表面枢转；通过布置在所述抗扭构件的相反两端之间的力平衡传感器感测所述抗扭构件上的应变，所述力平衡传感器包括机械应变放大系统，所述机械应变放大系统包括传感器扭转构件、在所述传感器扭转构件的第一端和第二端之间联接至所述传感器扭转构件的至少一个应变传感器、联接至所述传感器扭转构件的所述第一端和所述抗扭构件的第一扭转加强构件、以及联接至所述传感器扭转构件的所述第二端和所述抗扭构件的第二扭转加强构件；以及基于由所述至少一个应变传感器感测的机械增加的应变通过所述控制器调整所述第一致动器和所述第二致动器中一者或多者的致动。附图说明由此已笼统地描述了本公开的实施例，现在将参照不必按比例绘制的附图，其中在所有数个视图中相同的附图标记表示相同或相似的部件，并且其中：图1是根据本公开的一个或多个方面的飞行器的示意性图示；图2是根据本公开的一个或多个方面的控制表面和控制表面致动系统的俯视立体图；图3是根据本公开的一个或多个方面的力平衡传感器的俯视立体图；图4A是根据本公开的一个或多个方面的图3的力平衡传感器的一部分的侧视立体图；图4B是根据本公开的一个或多个方面的图3的力平衡传感器的一部分的侧视立体图；图4C是根据本公开的一个或多个方面的图3的力平衡传感器的一部分的侧视立体图；图5是根据本公开的一个或多个方面使用图2的力平衡传感器控制飞行器的控制表面的方法；以及图6是飞行器制造和维护方法的流程图。具体实施方式参照图1至图3，这里描述的本公开的方面提供了一种力平衡传感器100，力平衡传感器100与飞行控制表面1002成一体并且可以测量由于例如在各致动器1010、1020处所施加力的差异而在控制表面1002中引起的差动转矩(也称为力纷争)。力平衡传感器100被构造成：通过增加传感器扭转构件110上的扭应变的幅度而使力平衡传感器100的传感器扭转构件110的机械应变相对于飞行控制表面1002的抗扭构件1002T增加，以使与致动器控制器的转矩不平衡成比例的(力平衡传感器100的至少一个应变传感器120的)电信号高于所述至少一个应变传感器120的较低噪音阈值。所述机械应变是表面刚度的函数，并且对于飞行器1000而言，所述机械应变由于电噪音而太低以至于所述至少一个应变传感器120不能测量。本公开的一些方面通过机械地增加传感器扭转构件110上的扭应变的幅度而增大了传感器扭转构件110的机械应变，以使所述至少一个应变传感器120的电信号高于所述较低噪音阈值。如这里将描述的，力平衡传感器100被构造成：隔离并机械地增加剪应力，测量横过控制表面1002例如在致动器1010、1020之间的转矩差，与其它传统方法相比(例如通过采用较少的传感器和相关电子器件)减少了复杂性，在测量致动器1010、1020之间的转矩差的同时减少传感器误差的贡献，并且与传统的传感器构造相比减少传感器的数量。下面提供了根据本公开主题的示例性、非排他性实施例(其可以被要求保护也可以不被要求保护)。仍参照图1至图3，在一个方面中，这里描述的用于感测横过飞行器1000的至少一个控制表面1002的机械应变的力平衡传感器100包括机械应变放大系统130，机械应变放大系统130具有传感器扭转构件110、至少一个应变传感器120、第一扭转加强构件131A、131B、131C(通常称为第一扭转加强构件131)、第二扭转加强构件132A、132B、132C(通常称为第二扭转加强构件132)、第一扭力杆端联接构件136和第二扭力杆端联接构件137。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种力平衡传感器(100)，所述力平衡传感器包括：机械应变放大系统(130)，所述机械应变放大系统包括：传感器扭转构件(110)，所述传感器扭转构件具有沿着所述传感器扭转构件(110)的纵向轴线(110LA)彼此间隔开的第一端(110a)和第二端(110b)；至少一个应变传感器(120)，所述至少一个应变传感器在所述第一端(110a)和所述第二端(110b)之间联接至所述传感器扭转构件(110)；联接至所述传感器扭转构件(110)的所述第一端(110a)的第一扭转加强构件(131)；以及联接至所述传感器扭转构件(110)的所述第二端(110b)的第二扭转加强构件(132)，其中所述第一扭转加强构件(131)和所述第二扭转加强构件(132)联接至抗扭构件(1002T)。

【技术特征摘要】
2018.01.26 US 15/881,2371.一种力平衡传感器(100)，所述力平衡传感器包括：机械应变放大系统(130)，所述机械应变放大系统包括：传感器扭转构件(110)，所述传感器扭转构件具有沿着所述传感器扭转构件(110)的纵向轴线(110LA)彼此间隔开的第一端(110a)和第二端(110b)；至少一个应变传感器(120)，所述至少一个应变传感器在所述第一端(110a)和所述第二端(110b)之间联接至所述传感器扭转构件(110)；联接至所述传感器扭转构件(110)的所述第一端(110a)的第一扭转加强构件(131)；以及联接至所述传感器扭转构件(110)的所述第二端(110b)的第二扭转加强构件(132)，其中所述第一扭转加强构件(131)和所述第二扭转加强构件(132)联接至抗扭构件(1002T)。2.根据权利要求1所述的力平衡传感器(100)，其中借助所述第一扭转加强构件(131)和所述第二扭转加强构件(132)将转矩从所述抗扭构件(1002T)传递至所述传感器扭转构件(110)，以机械地增加由所述至少一个应变传感器(120)感测的应变。3.根据权利要求1所述的力平衡传感器(100)，其中所述第一扭转加强构件(131)和所述第二扭转加强构件(132)在所述机械应变放大系统(130)的长度之上增加所述抗扭构件(1002T)的抗扭刚度，其中由于施加在所述抗扭构件(1002T)的相反两端(1002E1/1002E2)的差动扭转力导致的、布置在所述第一扭转加强构件(131)和所述第二扭转加强构件(132)之间的所述传感器扭转构件(110)的扭曲在所述机械应变放大系统(130)的所述长度之上相对于所述抗扭构件(1002T)的扭曲增加，以机械地增加由所述至少一个应变传感器(120)感测的应变。4.根据权利要求1所述的力平衡传感器(100)，其中各所述第一扭转加强构件(131)和所述第二扭转加强构件(132)均包括：扭力杆(134)，所述扭力杆具有沿机械应变放大系统(130)纵向轴线(110LA)彼此分开的第一扭力杆端(134E1)和第二扭力杆端(134E2)；以及第一扭力杆端联接构件(136)，所述第一扭力杆端联接构件布置在所述第一扭力杆端(134E1)处并被构造成将所述第一扭力杆端(134E1)固定地联接至所述抗扭构件(1002T)；其中所述第二扭力杆端(134E2)被构造成固定地联接至所述传感器扭转构件(110)。5.根据权利要求1所述的力平衡传感器(100)，所述力平衡传感器进一步包括联接至所述至少一个应变传感器(120)的至少一个信号放大器(150)。6.根据权利要求1所述的力平衡传感器(100)，所述力平衡传感器进一步包括联接至所述至少一个应变传感器(120)的控制器(170)，所述控制器(170)被构造成基于从所述至少一个应变传感器(120)接收的传感器信号而确定所述传感器扭转构件(110)...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·T·福克斯，E·A·豪威尔，J·M·罗切，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US