[发明专利]紧凑型两轴操纵杆

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求于2011年10月28日提交的美国临时专利申请No.61/552493的权益，其整个教导和公开内容通过参考在此被合并。

技术领域

本发明主要涉及飞机控制系统，并且更具体地涉及操纵杆装置，以用于将横滚(roll)和俯仰控制的飞行员输入转换为电信号。本发明也可用于需要将两轴机械输入转换为电信号的任何应用。

背景技术

用于将横滚和俯仰控制的飞行员输入转换为电信号的输入装置通常包括可操作地联接(couple)到两轴-万向节机构的飞行员输入装置，两轴-万向节机构使飞行员输入装置可操作地操纵两轴以控制飞机的横滚和俯仰。许多飞机使用操纵杆不直接连接到飞机的操纵面的“电传操纵系统”控制。替代性地，操纵杆包括多个位置传感器，位置传感器用来感测飞行员输入装置的位置变化并将飞行员输入装置的位置变化转换为能用于操纵飞机的操纵面的电子控制致动器的电子信号。

力反馈被植入这些电传操纵式操纵杆，用以模拟操纵杆机械地联接到飞机的操纵面的情况下飞行员经受的操作杆的触觉。

由于飞机驾驶舱空间限制，总是需更减小操纵杆的元件的尺寸以尽可能提供更紧凑和轻质的套件。另外，也需要尽可能提供更廉价的设计。本发明的实施方式提供新颖和非显而易见的电磁和机械元件的结合，这导致紧凑的结构，以用于提供两轴有效操纵杆(two-axis active control stick)的机电部分。本发明的这些和其他优点，以及另外的创造性特征，将会根据在此提供的本发明的描述中变得明显。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的实施方式提供新颖和改进的紧凑型两轴操纵杆。

在一个实施方式中，紧凑型两轴操纵杆具有飞行员输入装置、俯仰力反馈驱动器、横滚力反馈驱动器、俯仰联动装置和横滚联动装置。飞行员输入装置围绕俯仰轴和横滚轴枢转。俯仰力反馈驱动器包括包含输出轴和俯仰齿轮系的俯仰电机。俯仰齿轮系包括安装至俯仰电机输出轴的俯仰太阳齿轮、安装至固定位置的俯仰支架的多个俯仰行星齿轮和俯仰齿圈。多个俯仰行星齿轮径向放置在俯仰太阳齿轮和俯仰齿圈之间。横滚力反馈驱动器包括包含输出轴和横滚齿轮系的横滚电机。横滚齿轮系包括安装至横滚电机输出轴的横滚太阳齿轮、安装至固定位置的横滚架的多个横滚行星齿轮和横滚齿圈。多个横滚行星齿轮径向放置在横滚太阳齿轮和横滚齿圈之间。俯仰联动装置可操作地连接俯仰力反馈驱动器到飞行员输入装置。俯仰联动装置可操作地连接到飞行员输入装置和俯仰齿圈以使俯仰齿圈的旋转导致飞行员输入设置围绕俯仰轴旋转。横滚联动装置可操作地连接横滚力反馈驱动器到飞行员输入装置。横滚联动装置可操作地连接到飞行员输入装置和横滚齿圈以使横滚齿圈的旋转导致飞行员输入装置围绕横滚轴旋转。

在一个实施方式中，横滚力反馈驱动器和俯仰力反馈驱动器大体相同。

在一个实施方式中，俯仰电机输出轴围绕平行于俯仰轴的旋转轴旋转并且横滚电机输出轴围绕平行于横滚轴的旋转轴旋转。俯仰电机输出轴和横滚电机输出轴的旋转轴线大体彼此垂直。

在一个实施方式中，操纵杆进一步包括俯仰定中机构，当飞行员输入装置围绕俯仰轴旋转离开俯仰原始位置时，作用于飞行员输入装置用以偏压飞行员输入装置到俯仰原始位置。操纵杆还包括横滚定中机构，当飞行员输入装置围绕横滚轴旋转离开横滚原始位置时，作用于飞行员输入装置用以偏压飞行员输入装置到横滚原始位置。

在一个实施方式中，操纵杆进一步包括可枢转安装飞行员输入装置围绕俯仰轴和横滚轴旋转的基架。固定位置的俯仰支架为每个俯仰行星齿轮限定旋转轴。固定位置的俯仰支架相对于基架具有固定的位置并且保持多个俯仰行星齿轮的旋转轴相对于基架在固定位置。固定位置的横滚架为每个横滚行星齿轮限定旋转轴。固定位置的横滚架相对于基架具有固定的位置并且保持多个横滚行星齿轮的旋转轴相对于基架在固定位置。

在一个实施方式中，俯仰齿圈包括径向向外伸出的附连部件。俯仰联动装置邻近俯仰联动装置的第一端枢转连接到俯仰齿圈的径向向外伸出的附连部件并且俯仰联动装置邻近俯仰联动装置的第二端可枢转连接到飞行员输入装置。横滚齿圈包括径向向外伸出的附连部件。横滚联动装置邻近横滚联动装置的第一端枢转连接到横滚齿圈的径向向外伸出的附连部件并且横滚联动装置邻近横滚联动装置的第二端可枢转连接到飞行员输入装置。