旋翼飛行器和消除交叉耦合效應的方法技術

本發明專利技術公開了用于旋翼飛行器的控制系統。這個控制系統包括一個分級混合聯動裝置（５３），從而對于一定量的前－后回旋桿輸出產生了一個選定量的左－右側向回旋桿輸出。本發明專利技術的分級混合聯動裝置（５３）包括兩個支撐連桿和一個樞軸地連接在兩個支撐連桿之間的浮接連桿（７３）。兩個支撐連桿的長度與浮接連桿（７３）的長度比值較小，從而響應飛行員的每個前－后輸入指令而產生了一個選定的側向正弦輸出、該正弦輸出的一個選定旋轉、和一個選定傾斜輸出。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及旋翼飛行器的控制系統。
技術介紹
裝有四葉片主旋翼的輕型直升機的方向穩定性可受到一種稱為“交叉耦合(cross coupling)”現象的影響。交叉耦合使一個停懸直升機在飛行員指令筆直向前或筆直向后飛行時，轉向左側或右側。然而，一旦直升機實現了向前或向后的移動，向左或向右的牽引就幾乎消失了。由于一旦實現了向前或向后的移動，交叉耦合效應就維持恒定，即不與前-后回旋桿位置(forward-aft cyclic position)成比例，所以安裝一個比例混合器不能在較高的速度下糾正交叉耦合。為了糾正交叉耦合，當回旋桿從停懸轉變為向前移動時，混合器必需增加一個選定的向左輸出值，然后當回旋桿朝完全向前移動時維持這個值。對于向后飛行，當回旋桿從停懸轉變為向后移動時，混合器必需增加一個選定的向右輸出值，然后當回旋桿朝完全向后移動時維持這個值。四葉片直升機上的交叉耦合效應采用比機械混合器和比例混合器更復雜或昂貴的方法得到了解決。眾所周知，一些軍用直升機用作武器瞄準平臺。由于這種直升機要求較高程度的方向穩定性，所以它們通常裝配有穩定性加強系統(SAS)，就是采用陀螺儀檢測飛行器的移動，和一個計算機以引導回旋桿控制器上的液壓缸，維持方向穩定性。這些SAS系統設計成抵消紊流對直升機穩定性的影響，并且還用來糾正交叉耦合效應。SAS系統的復雜程度和成本對于軍用直升機是可以接受的，但是對于輕型直升機在商業上是不可行的。因此，非軍用的、輕型直升機通常使用一個分級的成形凸輪和一個聯動裝置來糾正交叉耦合效應。當飛行員向前或向后移動回旋桿時，凸輪提供一個設計好的向右或向左的回旋桿輸出。然而對于在飛行器控制系統中提供設計好的移動方面，凸輪是最不可取的方法之一，因為碎屑會弄臟凸輪及其隨動機構引起控制系統堵塞。為了防止堵塞，這些直升機必須包括一個彈簧筒(springcartridge)以補償(override)凸輪機械。因此，在解決輕型直升機及其它旋翼飛行器的交叉耦合效應的領域中還存在一些缺陷。
技術實現思路
因此，本專利技術的一個目的是提供一種方法和裝置以糾正直升機和其它旋翼飛行器中的交叉耦合效應。本專利技術的另一個目的是提供一個具有控制系統的旋翼飛行器，該控制系統可糾正交叉耦合效應。這些目的通過在控制系統中提供一個分級混合聯動裝置來實現，以便對于一定量的前-后回旋桿輸入產生一選定量的左-右側向回旋桿輸出。在優選的實施例中，分級混合聯動裝置包括兩個支撐連桿和一個樞軸地連接在兩個支撐連桿之間的浮接連桿。兩個支撐連桿的長度與浮接連桿的長度比值較小，從而產生了響應飛行員的每個前-后輸入指令的一個選定的側向正弦輸出、該正弦輸出的一個選定旋轉、和一個選定傾斜輸出。本專利技術提供了一些重要的優點，包括(1)重量輕；(2)抵抗堵塞；(3)成本有效。本專利技術其它的目的、特征和優勢將會在下文的書面說明中顯現出來。附圖說明被認定是本專利技術特點的新技術特征在所附權利要求中闡明。然而，專利技術本身、和其優選的使用方式、以及其進一步的目標和優點，在結合附圖閱讀的時候通過參考下列詳細說明，而得到更好的理解。圖1是現有技術的回旋桿控制系統聯動裝置的示意圖；圖2是具有根據本專利技術的分級混合聯動裝置的回旋桿控制系統示意圖；圖3是現有技術的瓦特聯動裝置的示意圖；圖4是具有根據本專利技術的分級混合聯動裝置的旋翼飛行器控制系統的分級混合聯動裝置的示意圖；圖5是與圖1和2的回旋桿控制系統的與向前和向后移動相關的側向輸出的對比圖；圖6是具有根據本專利技術的分級混合聯動裝置的旋翼飛行器控制系統的機械設計的透視圖；和圖7是具有根據本專利技術的分級混合聯動裝置的旋翼飛行器控制系統的俯視圖，顯示為安裝在旋翼飛行器上的狀態。具體實施例方式參考附圖中的圖1，說明了現有技術的直升機回旋桿控制系統聯動裝置11。在這種系統中，飛行員通過在想要的方向移動回旋桿13指示飛行器的方向，即，前-后，左-右。回旋桿(cyclic)13通過曲拐(bellcrank)和連桿系統連接到主旋翼上(未顯示)。例如，回旋桿13樞軸地連接到一個轉矩管15上。轉矩管15樞軸地連接到一個側向輸出連桿17上，側向輸出連桿17通過一個曲拐21樞軸地連接到左-右輸出連桿19上。轉矩管15還樞軸地連接到一個前-后輸出連桿23上。移動的回旋桿13改變旋翼葉片的俯仰，即角度，這使主旋翼按照指令的方向傾斜。陀螺慣性、空氣動力學特性、和結構剛度的影響會結合起來影響回旋桿所指示方向的預計變化。將回旋桿筆直向前移動可以引起直升機向左或向右轉向。將回旋桿從完全向前撤回可能引起直升機加速。當與紊流和飛行器載荷的影響相比較時，通常這些不規則現象被認為是次要的，并且沒有必要對飛行器進行設計上的改變。然而，如果這些不規則現象對飛行員變得礙事時，通常要求對旋翼、傳輸機構、和控制裝置進行改變。當對這些部件的改變無效或不可行時，可以安裝一個通常稱為“混合器”的裝置。混合器并不消除不規則現象，相反它們將向左或向右的輸入增加給旋翼以抵消不規則現象，并且使這些現象對于飛行員變得不可覺察。當回旋桿前-后移動時，大多數的混合器通過機械連接左-右和前-后控制裝置對旋翼增加左-右輸入。通常這些混合器是成比例的。例如，20％的向前回旋桿增加2％的向左輸入，50％的向前回旋桿增加5％的向左輸入，90％的向前增加9％的向左輸入。前-后對左-右的比值隨混合器的不同而不同，正如所述方向，即向左或向右，隨回旋桿向前而增加一樣。如上文闡明的，帶有四葉片主旋翼的輕型直升機的方向穩定性可受到一種稱為“交叉耦合”的現象的影響。交叉耦合使停懸的直升機在飛行員指令筆直向前飛行或筆直向后飛行時轉向右側或左側。然而，一旦直升機獲得了向前或向后的移動，向右或向左的牽引就幾乎消失。由于一旦實現了向前或向后的移動，交叉耦合效應就保持恒定，即它不與前-后回旋桿的位置成比例，所以安裝一個比例混合器不能糾正高速下的交叉耦合。為了糾正交叉耦合，混合器必需在回旋桿從停懸轉變為向前移動時增加一個選定的向左輸出值，然后當回旋桿朝完全向前移動時維持在這個值。對于向后飛行，混合器必需在回旋桿從停懸轉變為向后移動時增加一個選定的向右輸出值，然后當回旋桿朝完全向后移動時維持這個值。現在參考附圖中的圖2，說明了具有根據本專利技術的分級混合聯動裝置51的旋翼飛行器控制系統。控制系統51通過使用獨特的分級混合聯動裝置53糾正了交叉耦合效應。分級混合聯動裝置53提供了一種方法，該方法產生一個修正的分級機械輸出作為線性機械輸入的響應。分級混合聯動裝置53對于一定量的前-后回旋桿輸入增加了一個選定量的左-右側向回旋桿輸出。這在不使用凸輪、滑塊、電力裝置或液利裝置的情況下實現。控制系統51包括一個回旋桿55用于接收來自飛行員的方向指令。回旋桿55通過一個曲拐和連桿系統連接到一個主旋翼(未顯示)上。回旋桿55樞軸地連接到轉矩管57上。轉矩管57通過分級混合聯動裝置53樞軸地連接到側向輸出連桿59上。分級混合聯動裝置53通過一個基礎連桿(ground link)62固定到機身60上。側向輸出連桿59通過一個曲拐63樞軸地連接到左-右輸出連桿61上。轉矩管57還樞軸地連接到前-后輸出連桿65上。移動回旋桿55改變旋翼葉片的俯仰，這使主旋翼在指令的方向傾斜。現在參考附圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種旋翼飛行器的控制系統，包括：一個回旋桿，用于接收飛行員的輸入指令；一個轉矩管，樞軸地連接到回旋桿上；一個前－后輸出連桿，樞軸地連接到轉矩管上，用于將飛行員的前－后輸入指令傳送到主旋翼上；一個分級混合聯動裝 置，樞軸地連接到轉矩管上；一個基礎連桿，樞軸地連接在分級混合聯動裝置和一個基礎結構之間；一個側向輸出連桿，樞軸地連接到分級混合聯動裝置上；和一個左－右輸出連桿，樞軸地連接到側向輸出連桿上，用于將飛行員的左－右輸入指令 傳送到主旋翼上；其中，分級混合聯動裝置、基礎連桿、和側向輸出連桿構造為響應每個前－后回旋桿輸入指令而產生選定的側向正弦輸出、該正弦輸出的一個選定旋轉、和一個選定傾斜輸出。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：卡洛斯A芬尼，杜安希克斯，
申請(專利權)人：貝爾直升機泰克斯特龍公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]