[发明专利]一种飞机驾驶杆力及位移测量装置及其测量方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种飞机驾驶杆力及位移测量装置及其测量方法，特别是驾驶员操纵驾驶杆操纵力及位移的测量装置及其方法，属于航空工程试验测试领域。

背景技术

目前，在飞机驾驶杆力及位移测量中，往往是针对特定的驾驶杆对其进行改造而完成驾驶杆力及位移的测量；或者是设计专门的夹具和连接件，使用通用的拉压力传感器测量驾驶杆力，使用角位移传感器、直线位移传感器、拉线位移传感器测量驾驶杆位移，存在以下不足：

1、对特定的驾驶杆进行改造，需要根据驾驶杆的结构专门设计完成驾驶杆力测量单元，作为驾驶杆的一部分与驾驶杆组合在一起。对驾驶杆改造的结果可能会影响驾驶杆的强度等原有功能特性，另一方面，改造飞机驾驶杆的工艺复杂，实施难度大，导致成本也很高，且不具有通用性。

2、设计专门的夹具和连接件，使用通用的拉压力传感器只能完成纵向驾驶杆力测量，需要将这些分散的夹具、连接件和拉压力传感器等组装在一起。上述测量实现中，使用测量传感器及夹具繁多，纵向和横向尺寸大，需要占用很大的空间，给现场安装与使用带来很大困难。

3、对于驾驶杆位移测量，使用角位移传感器、直线位移传感器、拉线位移传感器，设计专门的传感器安装支座并配以专门设计的夹具、连杆传动机构完成，并将这些分散的夹具、连接件和位移传感器等组装在一起。为了提高测量精度和结果的可靠性，要求传感器和连杆传动机构精确安装，以保证机械量可靠、精确地传递，从而导致安装、使用、调整非常困难。

随着微电子技术、微机械加工技术、自动测量技术、嵌入式技术、微机电系统(MEMS)、压电技术的兴起和发展，传感器朝着微型化、功能化的方向不断发展，其灵敏度越来越高、输出带宽越来越高、抗干扰能力也越来越强。设计一种不需要对飞机驾驶杆进行改造，安装使用方便，能完成飞机驾驶杆力及位移测量装置的条件已经成熟。

发明内容

本发明的目的是设计一种飞机驾驶杆力及位移测量装置及其测量方法，将传统的传感器与测量中的夹具、连接件和施力单元集成在一起，能装夹在各种形式和尺寸的驾驶杆上；既不需要对驾驶杆进行改造，也不需要设计专门的夹具和连接件，同时，缩小整个测量装置所占用的空间，能方便地与驾驶杆安装连接在一起。

本发明的技术方案是：一种飞机驾驶杆力及位移测量装置由操纵手柄、力信号检测单元、位移信号检测单元和安装连接单元组成，操纵手柄、力信号检测单元、安装连接单元和位移信号检测单元在空间上按“1”字型结构组合集成在一起，操纵手柄和安装连接单元布置在力信号检测单元的上下两边，在安装连接单元下边布置位移信号检测单元；

其中：操纵手柄用于施加操纵力，模拟驾驶员操纵，且不改变实际操纵情况，力信号检测单元和位移信号检测单元用于检测操纵过程操纵力和位移的大小，要求所检测力信号连续、准确，安装连接单元用于驾驶杆力及位移测量装置与驾驶杆的安装连接，以便于通过对驾驶杆力及位移测量装置的操作带动驾驶杆的运动，能间接来操纵驾驶杆。

驾驶杆力及位移测量装置可以是完整的一个整体，将操纵手柄、力信号检测单元、安装连接单元和位移信号检测单元相互连接，按“1”字型组成。这样的好处在于不需要单独操纵手柄、力信号检测单元、位移信号检测单元和安装连接单元，一次完成，整体效果好。

当然，操纵手柄、力信号检测单元、位移信号检测单元和安装连接单元也可以是独立零部件，使用连接件进行连接，组装在一起成为一个整体。

驾驶杆力及位移测量装置中力信号检测单元采用“8”字形的框架式结构，由矩形孔与上下两个圆孔截交形成，其形状类似一个“哑铃”，在上下两个圆孔的内表面分别布置有2个应变片，上下两个圆孔中的4个应变片接成桥路测量垂直于应变梁平面的力，既操纵力的大小。

位移信号检测单元用于测量驾驶杆运动过程中的角度变化，并将角度变化转换为驾驶杆运动的位移，使用倾角测量单元可以省去连杆传动机构，简化安装和调整。倾角测量单元利用重力或敏感元件对载体倾斜角度的反应，产生相应变化的电信号，从而测量出角度变化，它一般有较稳定的零位，可以较准确的测量相对零位的绝对角度，而不是通过积分计算得到，从而在较大程度上避免了误差积累。

本发明用于飞机驾驶杆操纵力的测试方法包括以下步骤：

根据驾驶杆的大小、形状等使用专门的夹具与安装连接单元连接，实现驾驶杆力及位移测量装置与驾驶杆的安装连接，以便于通过对驾驶杆力及位移测量装置的操作带动驾驶杆的运动，来间接操纵驾驶杆；

在驾驶杆的运动过程中，实时采集记录驾驶杆力及位移测量装置输出的力和角度，以及将角度转换得到驾驶杆位移；