一种用于飞行器的方向舵配平系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及飞行控制技术领域，特别涉及一种用于飞行器的方向舵配平系统及其控制方法。

背景技术

飞控系统是现代民机复杂关键系统，对于飞机安全至关重要。本发明提出了一种新的方向舵人工配平系统。

在国际技术研究方面，空客A320/A340/A380，波音B777/B787等机型均采用了方向舵人工配平功能，其人工配平开关及配平逻辑相似，均配置了配平旋钮和重置开关，利用飞控计算机控制配平电机，按照一定的配平速度(例如1度/秒)运动。具体而言，飞行员在踩踏脚蹬的过程中，需要同时手动不停地旋转旋钮开关，使得力感配平装置逐步调节其提供的配平力，以力求配平力和踩踏脚蹬所处的当前位置相适配。当配平位置被调节达到所需位置时，也即配平力和踩踏脚蹬所处的当前位置相适配时，终止旋钮开关，飞行员不再踩踏脚蹬。在这个调节过程中，由于配平系统的滞后反馈，飞行员踩踏到某一位置时需要花费较长时间来调节力感配平装置，使得配平力踩踏脚蹬所处的当前位置相适配。例如，飞行员在某一时刻的实际踩踏的位置可能是10°踩踏角，但是配平仅仅能实现6°、7°的配平作用。飞行员随后需要继续调节配平。

对于这类方向舵人工配平系统，当需要较大角度配平时，飞行员操纵负担较大，且不具备配平位置的微调功能，这对飞行员的操控精度提出较高的要求，同时也会增加飞行员的操控时长。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能够有效解决上述任意一种缺陷的用于飞行器的方向舵配平系统。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种用于飞行器的方向舵配平系统，其包括脚蹬装置、力感配平装置和控制系统。其中，所述脚蹬装置配置有用于检测其脚蹬位置的脚蹬位置传感器，所述脚蹬位置传感器能够提供脚蹬位置信号。所述力感配平装置被配置成能够向在所述脚蹬装置提供配平力。所述控制系统分别与所述脚蹬位置传感器、力感配平装置通信连接，并且包括控制开关。

其中，当飞行员操纵脚蹬到所需位置时致动控制开关，所述控制系统能够根据从脚蹬位置传感器获得的脚蹬位置信号生成第一指令，所述力感配平装置能够响应于所述第一指令而提供和所述脚蹬装置的位置相匹配的配平力，使得操作员能够直接解除踩踏动作。

事实上，在飞行员踩踏脚蹬并致动开关后，系统会自动记录飞行员踩踏脚蹬后的对应脚蹬位置。根据该脚蹬位置信号，控制系统会直接调控力感配平装置的配平力，而无需借助人力来调节。在整个调节配平的过程中，飞行员仅需在操纵一次控制开关即可实现力感配平装置的配平作用，因此，本申请的方向舵配平系统能够实现“一键配平”功能。

根据一种优选实施方式，所述控制开关为自复位开关，当所述控制开关被解除致动后，所述自复位开关能够自动复原到原始位置。

根据一种优选实施方式，所述控制开关被配置成，当所述配平力和所述脚蹬位置相匹配时，所述控制开关能够响应于所述致动而微调力感配平装置的配平位置。在满足可以开启开关的前提下，该处的“致动”可以与一键配平过程而对控制开关执行的“致动”完全一致，二者也可以不同。

根据一种优选实施方式，所述配平力的微调幅度与致动的执行次数成正相关。

此外，本发明还涉及一种上述任一项方向舵配平系统的控制方法，其中，该控制方法包括以下步骤：

踩踏脚蹬，使得脚蹬装置传感器提供脚蹬装置的更新的脚蹬位置信号；

在将脚蹬被操纵到所需位置时致动控制系统的控制开关，使得所述控制系统根据更新的所述脚蹬位置信号生成第一指令；

力感配平装置响应于所述第一指令而在脚蹬装置上生成与脚踏力匹配的配平力，使得操作员能够直接解除踩踏动作。

根据一种优选实施方式，当所述配平力和所述脚蹬位置相匹配时，致动所述控制开关以微调力感配平装置的配平位置。

根据一种优选实施方式，在微调所述配平位置时，执行一次所述致动所能微调的所述配平位置的变化角度取自0.1度至1度范围内的任意值。

根据一种优选实施方式，在微调所述配平位置时，所述力感配平装置的转动速度取自1度/秒至2度/秒之间的任意值。

根据一种优选实施方式，所述力感配平装置响应于所述致动的最大调节幅度在15度至25度范围内的任意值。

根据一种优选实施方式，所述控制方法设有用于检测配平位置的配平位置传感器，其中，所述控制方法基于所述配平位置传感器提供的配平位置信号和所述脚蹬位置信号的实时差异逐步调整所述配平力。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1为本发明的方向舵配平系统的构架图。

具体实施方式

接下来将参照附图详细描述本发明的发明构思。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。在以下的具体描述中，例如“第一”、“一个”、“一处”等表述并不意在指示各对应的步骤、设备数量，其仅用作区别其他同类型的内容而使用。如无明确指示，本发明的步骤、设备数量的相关术语是用于示例的目的而非限制性的。

参见图1所示的方向舵配平系统，其包括脚蹬装置、力感配平装置、方向舵作动器和控制系统。其中，脚蹬装置包括布置在主驾驶位的主驾脚蹬组以及布置在副驾驶位的副驾脚蹬组。各组脚蹬均设置有用于检测其脚蹬位置的多余度脚蹬位置传感器。脚蹬位置传感器实时监测脚蹬位置，提供脚蹬位置信号S1，以此反馈飞行员对脚蹬的踩踏力、踩踏幅度。

力感配平装置被配置成能够向在脚蹬装置提供配平力。力感配平装置具体包括常规的配平电机、配平位置传感器、相关的连杆以及可选的脚蹬位置传感器。配平电机通过连杆等与各脚蹬组件的脚蹬机械连接或动力连接。配平电机转动会带动连杆动作，并反馈到脚蹬上，从而提供脚蹬的力感配平。

配平位置传感器检测力感配平装置的配平位置，具体而言，检测配平电机的电机轴或与电机轴动力连接的构件的角度。在检测到相应的配平位置后，配平位置传感器提供配平位置信号S3。

方向舵作动器用作控制舵面运动，进而改变飞机的飞行角度等。方向舵的舵角主要由驾驶员的脚蹬踩踏力度来确定。

控制系统，也即飞控计算机，分别与脚蹬位置传感器、力感配平装置、方向舵作动器通信连接，以便控制各个作动设备的动作。控制系统具有控制开关，该控制开关可以是旋拧式开关、按压式开关、拨动式开关等等，对应地，飞行员可以对其进行旋拧、按压、拨动等方式触发相应的控制指令。

优选地，本发明的控制开关设定为自复位开关。飞行员致动(对应于上述旋拧、按压、拨动等)完控制开关后，其会自动复原到原始位置。

在出现侧风等需要大角度纠偏的情况下，飞行员踩踏脚蹬到平衡位置后，脚蹬传感器发出更新的脚蹬位置信号S1。飞行员此时致动(对应于上述旋拧、按压、拨动等)控制开关，控制系统因此会记录当前时刻由脚蹬位置传感器传送来的脚蹬位置信号S1，并基于此生成用于控制力感配平装置产生配平力的第一指令S2。力感配平装置因此响应于第一指令S2而提供和脚蹬装置的位置相匹配的配平力，使得操作员能够直接解除踩踏动作。通过这种配置，方向舵配平系统因此具备“一键配平”功能，这使得飞机能够快速进行力感卸载，从而减轻飞行员负担。

在调节配平力的过程中，力感配平装置收到第一指令S2即开始以渐进式的方式调整配平力。控制系统实时根据配平位置信号S3确认力感配平装置是否已将配平电机转动至对应于所需配平力的位置处。因此，控制系统可以根据脚蹬位置信号S1、配平位置信号S3进行闭环控制。

为了便于说明，以下将与脚蹬位置信号S1相匹配的配平力记为“初级配平力”，并将能够提供初级配平力的力杆配平装置的配平位置记为“初级目标位置”。

使用图1所示的方向舵配平系统时，在飞行员踩踏脚蹬到与所需舵角的对应位置过程中，飞行员能够无需人工调节配平，并且只需一次性完成踩踏动作，因此飞行员能够快速完成方向舵调整过程。

对于不具备丰富经验的飞行员来说，其难以精准地确认踩踏脚蹬到哪个位置方能使得方向舵调整到所需位置。为此，图1所示的方向舵配平系统还通过特殊配置，以此允许飞行员可以以相对低准确度的方式踩踏脚蹬。具体来说，在力感配平装置已经被调节到初级目标位置后，本申请的方向舵配平系统允许飞行员可以以不取决于感知力的方式精确微调感配平装置提供的配平力并由此对应地微调方向舵。

在本发明中，微调的方式可以是继续致动控制开关。致动控制开关的次数被设置成与配平力的微调幅度成正相关，更优选地，二者成正比关系。在此，用于微调力感配平装置而对控制开关执行的致动动作与一键配平过程中对控制开关执行的致动可以是相同的，也可以是不同的。例如，对于旋转式开关，在“一键配平”的操作过程中，飞行员踩踏脚蹬后可以通过旋拧一次开关的方式将力感配平装置调整到初级目标位置。而在微调配平力的过程中，只要将控制开关选型为允许通过不同方式致动的类型，就可以允许飞行员可以通过按压、拉动控制开关等任意方式来微调。

优选地，控制开关可被设定允许单一类型的操纵方式来实现“一键配平”以及“微调”。例如，控制开关可被设定为旋转开关。飞行员可以通过旋转旋钮的方式分别实现“一键配平”以及“微调”功能，飞行员因此得以简化操作过程。

对于“一键配平”的过程，飞行员可旋转一次开关即可使得力感配平装置持续地调整配平力，完成配平过程，具体可参见上文。对于“微调”的过程，为了保证飞行员可以通过相同的旋转动作来完成微调过程，控制系统基于特定的判定方式来实现，具体参见下文描述。

如上文所述，力感配平装置(方向舵配平单元)进行配平作业以实现“一键配平”的触发条件包括飞行员的踩踏动作和对控制开关的致动动作。在“一键配平”完成的情况下，或者在飞行员未踩踏脚蹬的情况下(以下将这两种情况统称为“初级配平”)，力感配平装置发送到控制系统的配平位置信号S3将与控制系统发送到力感配平装置的第一指令S2将相互匹配。基于此，本公开的方向舵配平系统可将触发微调的条件设定为“系统处于初级配平状况”和“外界致动开关”这两个条件，因此，飞行员可以通过相同的致动方式来微调力感配平装置。

在微调配平位置时，旋转一次控制开关所微调的配平角度变化值(即步进角度)被设定在0.1度至1度范围内的任意值，例如，0.2度、0.5度等等。

此外，在微调配平位置过程中，力感配平装置的转动速度可被设定成在1度/秒至2度/秒之间的任意值，例如，1.2度/秒、1.5度/秒、1.8度/秒等等。

单次微调的幅度和速度如上设置可保证微调过程得以精确、缓和的方式进行。

此外，力感配平装置响应于旋转控制开关的最大调节幅度被设定在15度至25度范围内的任意值，例如，18度、20度等。通过将力感配平装置的微调区间设定在上述范围内可以给飞行员带来合理的配平权限，以此限定人工配平错误而导致相关的安全性问题。

在本申请中，方向舵配平系统还配置有图1所示的配平开关面板，当飞行员需要重置配平位置或取消人工配平时。飞行员可直接摁压一下“配平重置开关”，马上松开。此时飞控计算机应根据配平位置信号(S3)，进行位置闭环控制，实现人工配平位置的归零，也即，将力感配平装置的配平位置恢复到与飞行员踩踏脚蹬前的脚蹬位置相匹配的位置处。

以下说明根据本发明的方向舵配平系统的控制过程。

在步骤1中，由飞行员踩踏脚蹬，脚蹬装置传感器因此向控制系统发出新的脚蹬位置信号S1，指示飞行员已经踩踏了脚蹬；

在步骤2中，飞行员旋转控制开关，使得控制系统记录上述脚蹬位置信号S1并基于常规的配平控制律向力感配平装置发出第一指令S2，使得力感配平装置在随后的一段时间内持续得调节配平力，直至配平力达到初级配平力，完成一键配平作业。根据本申请，在旋转控制开关后，控制开关会自动回到中立位，飞行员的脚部可以直接移开脚蹬。

在完成一键配平作业后，也即配平力和脚蹬位置相匹配时，飞行员还可以旋转一次或多次控制开关以对力感配平装置的配平位置进行微调。微调的幅度可根据实际飞行需要来调整。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。