本发明专利技术公开了基于动态平衡的大飞机驾驶柱模拟装置及方法。装置包括依次同轴同步连接的力矩电机、减速机、第一膜片式联轴器、扭矩传感器和第二膜片式联轴器，力矩电机通过第二膜片式联轴器与旋转轴同步连接，使得力矩电机通过第二膜片式联轴器产生阻碍旋转轴转动的回力矩；还包括轴承座、旋转轴、电磁离合器、左侧驾驶机构和右侧驾驶机构；旋转轴依次穿过底座上的轴承座支撑布置；电磁离合器同轴套装在旋转轴中间的位置且与旋转轴同步连接，左侧驾驶机构和右侧驾驶机构以电磁离合器为中心对称分布地安装在旋转轴的两端。通过调整控制计算机的控制信号，对力矩电机和电磁离合器进行闭环控制，实现对驾驶柱平衡状态的动态控制。实现对驾驶柱平衡状态的动态控制。实现对驾驶柱平衡状态的动态控制。
【技术实现步骤摘要】
基于动态平衡的大飞机驾驶柱模拟装置及方法
[0001]本专利技术涉及了飞机驾驶仿真
的一种大飞机驾驶柱模拟装置及方法，尤其涉及基于动态平衡的大飞机驾驶柱模拟装置及方法。
技术介绍
[0002]大飞机驾驶模拟装置是用来模拟飞行器飞行，提供逼近真实操作环境、真实操纵机构、操作负荷及运动的装置，可为科学研究、人员培训等提供大飞机仿真环境，起到节省经费、提高训练效率等目的。驾驶柱是大飞机驾驶舱操纵机构中的主要部件，操纵者可前后推拉左右驾驶柱来操纵升降舵实现飞机上升和下降。当操纵者松开驾驶柱后，驾驶柱将会回到中立位置；当左驾驶位置或右驾驶位置分别推拉驾驶柱运动时，另一侧驾驶位驾驶柱将会同步运动。现市面上的飞机驾驶柱模拟装置加载方式固定，一般都是通过弹簧质量阻尼系统模拟出驾驶柱推拉时的操作力，虽然成本低、结构简单，但加载形式单一，其回正力矩与推动角度是固定的线性比例关系，并不能模拟出飞机因受到外部强烈气流导致机翼打开困难时的力感，对于需要改变驾驶柱加载曲线用于研究推拉性能的场景并不适用，因此需要一种能够调节负载大小、控制精度高、结构简单的大飞机驾驶柱模拟装置。目前，专业驾驶模拟装置对于力感反馈的要求越来越高，特别是军用车辆、飞机驾驶员训练模拟器，可以模拟出各种复杂环境供驾驶员训练。这些模拟器要求模拟效果真实，反馈力矩大，对于飞机驾驶柱需要提供200N
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m的加载力。为了能够较真实地模拟驾驶柱的力感，常采用转速和力矩可比例控制的伺服电机，但由于在推动驾驶柱过程中，常常需要电机处于堵转或者强制反转状态，当反馈力矩很大时，电机功率和电流都会增加，因此很容易发热烧毁。
技术实现思路
[0003]针对大飞机驾驶柱模拟装置的现状和需求，特别是对于飞机外部特定气流情况下驾驶柱力感能够精确控制的要求，设计专利技术了一种采用力矩电机、电磁离合器来提供阻力矩的驾驶柱模拟装置，该模拟装置可做到左右驾驶位驾驶柱同步运动，电磁离合器和力矩电机均由控制计算机调节输入电压进行动态控制，从而模拟出更加真实的驾驶柱力感。与传统驾驶柱加载机构相比，加载灵活、控制方便。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一、基于动态平衡的大飞机驾驶柱模拟装置：
[0006]包括动力设备、负载设备和底座；所述动力设备、负载设备同步连接后依次固定安装在底座上；所述动力设备包括力矩电机、减速机、第一膜片式联轴器、扭矩传感器和第二膜片式联轴器，且力矩电机、减速机、第一膜片式联轴器、扭矩传感器和第二膜片式联轴器依次同轴同步连接，力矩电机通过第二膜片式联轴器与负载设备中的旋转轴同步连接，使得力矩电机通过第二膜片式联轴器产生阻碍旋转轴转动的回力矩；所述负载设备包括轴承座、旋转轴、电磁离合器、左侧驾驶机构和右侧驾驶机构；所述底座靠近负载设备的一侧上间隔设置有多个轴承座，所述旋转轴依次穿过底座上的轴承座支撑布置；所述电磁离合器
同轴套装在旋转轴中间的位置且与旋转轴同步连接，所述左侧驾驶机构和右侧驾驶机构具有相同的结构，所述左侧驾驶机构和右侧驾驶机构以电磁离合器为中心对称分布地安装在旋转轴的两端，且所述左驾驶机构和右驾驶机构分别位于相邻轴承座之间。
[0007]所述电磁离合器主要由左侧磁轨、电枢板和右侧转子组成，所述电枢板通过右侧转子套装在旋转轴上与旋转轴同步连接，，所述左侧磁轨套装在旋转轴外周且所述左侧磁轨与旋转轴不接触，所述左侧磁轨底部设置有电磁离合器固定座，左侧磁轨通过电磁离合器固定座固定安装在底座上，使得电磁离合器通电后产生阻碍旋转轴转动的阻力矩。
[0008]所述左驾驶机构包括固定件、驾驶柱固定座、驾驶柱和方向盘；所述驾驶柱的顶部铰接有方向盘，所述驾驶柱的底端依次固定安装有驾驶柱固定座和固定件，所述固定件套装在旋转轴上与旋转轴同步连接，使得方向盘通过驾驶柱控制旋转轴转动。
[0009]所述模拟装置还包括光电编码器和控制计算机，所述电编码器设置在旋转轴远离动力设备的一端，所述光电编码器、扭矩传感器、力矩电机和电磁离合器均与控制计算机电连接。
[0010]二、大飞机驾驶柱模拟方法：
[0011]方法包括以下过程：模拟装置开启时，光电编码器将驾驶柱当前位置设置为零位，首先由左侧驾驶机构或右侧驾驶机构通过驾驶柱向旋转轴施加固定的动力矩，旋转轴发生转动；
[0012]然后光电编码器和扭矩传感器分别将采集到的旋转轴的转角信号及转矩信号输送到控制计算机；控制计算机结合大飞机外部状态参数及旋转轴的转角信号及转矩信号确定旋转轴的总阻力矩；
[0013]根据旋转轴的总阻力矩大小作出如下判断：若旋转轴的总阻力矩小于等于所述力矩电机的最大回正力矩，则通过控制计算机控制力矩电机提供与旋转轴的总阻力矩大小相同的回力矩；
[0014]若旋转轴的总阻力矩大于力矩电机的最大回正力矩，则通过控制计算机控制力矩电机提供最大回正力矩，且通过控制计算机控制电磁离合器提供阻碍旋转轴转动的阻力矩，且最大回正力矩与阻力矩的和等于旋转轴的总阻力矩，使得驾驶柱在动力矩与总阻力矩的作用下处于动态平衡状态；
[0015]当驾驶柱回正时，撤去旋转轴的动力矩，同时通过控制计算机控制电磁离合器断电，使得阻力矩为零，此时驾驶柱在力矩电机提供的回正力矩作用下回正到零位，完成对大飞机驾驶柱驾驶状态的模拟。
[0016]所述力矩电机提供的回正力矩与旋转轴的动力矩方向相反。
[0017]大飞机外部状态参数包括大飞机飞行速度、大飞机外部空气阻力。
[0018]在模拟过程中，光电编码器、扭矩传感器、力矩电机、和电磁离合器均与控制计算机保持实时通信，使得力矩电机和电磁离合器接收控制计算机的控制信号进行操作的过程中，将光电编码器和扭矩传感器分别测得的旋转轴的转角信号及转矩信号实时反馈给控制计算机，实时调整控制计算机的控制信号，进行闭环控制。
[0019]所述第二膜片式联轴器、固定件与电磁离合器的右侧转子均是与旋转轴进行键连接。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1)通过电磁离合器的磁性吸合来提供阻力矩，且通过力矩电机提供回正力矩，实现驾驶柱前后推压时均能获得阻碍自身转动的阻力矩，通过控制计算机控制电磁离合器的输入电压及力矩电机的输入电压来调节力矩电机及电磁离合器提供的总阻力矩，进而真实模拟飞机驾驶柱的负载。
[0022]2)本驾驶柱模拟装置装有编码器及扭矩传感器，可以根据传感器数据获得驾驶柱的位移及受力情况。
[0023]3)本驾驶柱模拟装置装有力矩电机，可实现驾驶柱脱力后驾驶柱自动返回零位。
[0024]4)本驾驶柱模拟装置加载灵活，适用于对负载力需要动态调节的场合或提供不同应用场合需要的力加载曲线。
附图说明
[0025]图1是本专利技术大飞机驾驶柱模拟装置的整体结构示意图；
[0026]图2是图1的正向剖视图；
[0027]图3是图2中电机输出轴部分的局部放大图；
[0028]图4是图2中驾驶柱固定座部分的局部放大图；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于动态平衡的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：包括动力设备、负载设备和底座(18)；所述动力设备、负载设备同步连接后依次固定安装在底座(18)上；所述动力设备包括力矩电机(1)、减速机(2)、第一膜片式联轴器(3)、扭矩传感器(4)和第二膜片式联轴器，且力矩电机(1)、减速机(2)、第一膜片式联轴器(3)、扭矩传感器(4)和第二膜片式联轴器依次同轴同步连接，力矩电机(1)通过第二膜片式联轴器与负载设备中的旋转轴(10)同步连接，使得力矩电机(1)通过第二膜片式联轴器产生阻碍旋转轴(10)转动的回力矩；所述负载设备包括轴承座(5)、旋转轴(10)、电磁离合器(12)、左侧驾驶机构和右侧驾驶机构；所述底座(18)靠近负载设备的一侧上间隔设置有多个轴承座(5)，所述旋转轴(10)依次穿过底座(18)上的轴承座(5)支撑布置；所述电磁离合器(12)同轴套装在旋转轴(10)中间的位置且与旋转轴(10)同步连接，所述左侧驾驶机构和右侧驾驶机构具有相同的结构，所述左侧驾驶机构和右侧驾驶机构以电磁离合器(12)为中心对称分布地安装在旋转轴(10)的两端，且所述左驾驶机构和右驾驶机构分别位于相邻轴承座(5)之间。2.根据权利要求1所述的基于动态平衡的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述电磁离合器(12)主要由左侧磁轨、电枢板和右侧转子组成，所述电枢板通过右侧转子套装在旋转轴(10)上与旋转轴(10)同步连接，，所述左侧磁轨套装在旋转轴(10)外周且所述左侧磁轨与旋转轴(10)不接触，所述左侧磁轨底部设置有电磁离合器固定座(11)，左侧磁轨通过电磁离合器固定座(11)固定安装在底座(18)上，使得电磁离合器(12)通电后产生阻碍旋转轴(10)转动的阻力矩。3.根据权利要求1所述的基于动态平衡的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述左驾驶机构包括固定件(6)、驾驶柱固定座(7)、驾驶柱(8)和方向盘(9)；所述驾驶柱(8)的顶部铰接有方向盘(9)，所述驾驶柱(8)的底端依次固定安装有驾驶柱固定座(7)和固定件(6)，所述固定件(6)套装在旋转轴(10)上与旋转轴(10)同步连接，使得方向盘(9)通过驾驶柱(8)控制旋转轴(10)转动。4.根据权利要求1所述的基于动态平衡的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述模拟装置还包括光电编码器(17)和控制计算机，所述光电编码器(17)设置在旋转轴(10)远离动力设备的一端，所述光电编码器(17)、扭矩传感器(4)、力矩...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏燕定，胡逸波，方强，杨锋，刘贡平，王萍，范军华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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