一种直升机地面联合试验台液压操纵系统

摘要

本发明公开了一种直升机地面联合试验台液压操纵系统，属于直升机试验技术领域。所述系统包括：上位机，用以输入指令并具备显示处理功能；模拟量I/O模块，进行数模转换；舵机控制器，接收模拟量I/O模块传来的数据，并对主舵机和尾舵机进行控制。其中，所述直升机地面联合试验台液压操纵系统还包括液压系统，所述液压系统中的液压泵作为主减速器的附件，主减附件输出轴由发动机驱动，液压泵通过阀门和管路连接所述主舵机和尾舵机，所述主舵机、尾舵机以及液压系统均采用机载件。本发明直升机地面联合试验台液压操纵系统能更好地模拟直升机液压操纵系统的真实工作状态，更好地考核直升机液压操纵系统的同时保证其他试验项目的数据更加真实有效。

说明书

技术领域

本发明属于直升机试验技术领域，具体涉及一种直升机地面联合试验台 液压操纵系统。

背景技术

液压操纵系统作为直升机改变总距、周期变距、尾桨距的动力和执行机 构，其功能和性能对直升机空中飞行和地面试验都极其重要。

对采用电传飞控的直升机，与飞行姿态相关的液压操纵系统包括液压油 箱、液压泵、阀门及液压管路、驾驶杆系、飞控计算机和主尾桨舵机。液压泵 在发动机及主减的带动下为舵机动作提供高压油源，驾驶员操纵总距杆、驾驶 杆和脚蹬，机械信号转化为电压信号后再经飞控计算机转化为控制舵机的电信 号，舵机做可控的伸缩改变桨距，其构成示意图见图1。通过该方式进行地面 联合试验项目繁多，试验周期达数百小时，若由驾驶员在驾驶舱进行操纵，噪 音和振动大，工作环境恶劣，驾驶员极易疲劳且安全无法保证。

现有技术中的对直升机液压操纵系统试验是将发动机、旋翼系统和传动 系统作为试验件固定到试验台架上开展各项试验。液压操纵系统包括地面液压 泵站、上位机、控制器和伺服放大器、伺服阀和主尾操纵油缸。地面液压泵站 提供高压油源，操作人员在上位机软件界面输入操纵指令，经控制器和伺服放 大器转化为电流信号，控制伺服阀的开度，进而控制地面主尾桨操纵油缸的活 塞杆的伸缩运动，示意图见图2。液压泵站和操纵油缸均为地面非标件，不能 模拟液压操纵系统的真实工作状态，系统功能和性能无法得到验证。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种直升机地面联合试验台液压操纵 系统，包括上位机、模拟量I/O模块、舵机控制器和地面试验机上的液压系统 和操纵舵机构成。具体的，包括：

上位机，设置指令输入功能，以及设置有反馈信号显示的功能；

模拟量I/O模块，接收所述上位机的指令输入，并将该指令输入转换为 模拟信号发送给舵机控制器，同时，还包括接收所述舵机控制器的反馈信号， 并将该反馈信号发送到上位机；

舵机控制器，接收所述模拟量I/O模块发来的模拟信号，并将舵机的反 馈信号反馈给所述模拟量I/O模块，同时，所述舵机控制器还包括伺服驱动单 元以及激励单元，所述伺服驱动单元用于对舵机进行伺服控制以及对伺服回路 的进行通断处理，所述激励单元用于发出激磁信号以实现舵机位移传感器的励 磁；

主舵机和尾舵机，响应所述舵机控制器的控制指令，

其中，所述直升机地面联合试验台液压操纵系统还包括液压系统，所述 液压系统中的液压泵由发动机驱动，并通过主减速器进行调整，液压泵通过阀 门和管路连接所述主舵机和尾舵机，所述主舵机、尾舵机以及液压系统均采用 机载件，所述主舵机包括前主舵机、左主舵机以及右主舵机。

优选的是，所述指令输入包括总距、横向周期变距、纵向周期变距、尾 桨距四通道的指令输入。

在上述方案中优选的是，所述反馈信号包括所述总距、纵向周期变距、 横向周期变距、尾桨距及舵机位移以及舵机电流。

在上述方案中优选的是，所述上位机包括将所述总距、纵向周期变距、 横向周期变距以及尾桨距指令转换为舵机的位移指令。

在上述方案中优选的是，主桨距操纵指令转化为主舵机位移指令的矩阵 关系为

$\left(\begin{array}{c}\Delta L_1\\ {\mathrm{\Delta L}}_2\\ {\mathrm{\Delta L}}_3\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{21}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\theta }_{0.7}\\ {\theta }_c\\ {\theta }_s\end{array}\right)$

其中，ΔL₁为前主舵机位移量，ΔL₂为左主舵机位移量，ΔL₃为右主舵机 位移量，a_ij为常数(i、j为1～3的整数)，θ_0.7为总距，θ_s为横向周期变距，θ_c为纵向周期变距。

尾桨距指令转化为尾桨舵机位移指令的关系为ΔL₄＝b·θ_w，

其中，ΔL₄为尾桨舵机位移量，b为常数，θ_w为尾桨距。

在上述方案中优选的是，所述模拟量I/O模块发送给舵机控制器的模拟 信号包括前主舵机、左主舵机、右主舵机和尾舵机的位移指令输出。

在上述方案中优选的是，所述模拟量I/O模块接收所述舵机控制器的反 馈信号包括舵机的位移、电流和压力反馈。

本发明的创新点在于：

第一，操作人员远程进行操纵指令的输入及状态监控；

第二，模拟量I/O模块及舵机控制器为非标设计；

第三，三台主桨舵机和一台尾桨舵机均采用机载件；

第四，液压系统采用机载件。

采用本发明中的液压操纵系统，与直升机机上的操纵模式相比，操作人 员远离噪音，工作环境得到改善，人身安全得到保障；与传统的直升机地面联 合试验台液压操纵系统相比，能更好地模拟直升机液压操纵系统的真实工作状 态，更好地考核直升机液压操纵系统的同时保证其他试验项目的数据更加真实 有效。

附图说明

图1为传统直升机机上液压操纵系统构成结构示意图。

图2是现有技术直升机地面联合试验台液压操纵系统构成示意图。

图3是本是发明一优选实施例的直升机地面联合试验台液压操纵系统构 成示意图。

图4是图3所示实施例的直升机地面联合试验台操纵系统软件前界面框 图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明 实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附 图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似 功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而 不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护 的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横 向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、 “顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的 方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示 所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不 能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中的液压操纵系统由上位机、模拟量I/O模块、舵机控制器和地 面试验机上的液压系统和操纵舵机构成，系统构成简图见附图3。机上液压泵 在发动机及主减带动下为主尾桨舵机提供高压油源，操纵人员在远离试验台架 的测控间内在上位机软件界面中完成操纵指令的输入及状态监控。采用本发明 可大大改善操纵人员工作环境，保证人员安全，同时更好地模拟液压操纵系统 的真实工作状态。

本实施例的直升机地面联合试验台液压操纵系统主要包括：

上位机，设置指令输入功能，以及设置有反馈信号显示的功能；

模拟量I/O模块，接收所述上位机的指令输入，并将该指令输入转换为 模拟信号发送给舵机控制器，同时，还包括接收所述舵机控制器的反馈信号， 并将该反馈信号发送到上位机；需要说明的是，模拟量I/O模块通道数须大于 需要的通道数。

舵机控制器，接收所述模拟量I/O模块发来的模拟信号，并将舵机的反 馈信号反馈给所述模拟量I/O模块，同时，所述舵机控制器还包括伺服驱动单 元以及激励单元，所述伺服驱动单元用于对舵机进行伺服控制以及对伺服回路 的进行通断处理，所述激励单元用于发出激磁信号以实现舵机位移传感器的励 磁；本实施例中，舵机控制器将舵机位移运动谱指令以电信号形式传递给4 台舵机，控制3台主桨舵机和1台尾桨舵机按照规定的运动谱进行运动，并能 对运动位置进行精确控制。可以理解的是，其必须具备四台舵机伺服阀的驱动 能力。

主舵机和尾舵机，响应所述舵机控制器的控制指令，

其中，所述直升机地面联合试验台液压操纵系统还包括液压系统，所述 液压系统中的液压泵液压泵作为主减速器的附件，主减附件输出轴由发动机驱 动，液压泵通过阀门和管路连接所述主舵机和尾舵机，所述主舵机、尾舵机以 及液压系统均采用机载件。

本实施例中，所述指令输入包括总距、横向周期变距、纵向周期变距、 尾桨距四通道的指令输入。

所述反馈信号包括所述总距、纵向周期变距、横向周期变距、尾桨距及 舵机位移以及舵机电流。

所述上位机包括将所述总距、纵向周期变距、横向周期变距以及尾桨距 指令转换为舵机的位移指令。

主桨距操纵指令转化为主舵机位移指令的矩阵关系为

$\left(\begin{array}{c}\Delta L_1\\ {\mathrm{\Delta L}}_2\\ {\mathrm{\Delta L}}_3\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{21}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\theta }_{0.7}\\ {\theta }_c\\ {\theta }_s\end{array}\right)$

其中，ΔL₁为前主舵机位移量，ΔL₂为左主舵机位移量，ΔL₃为右主舵机 位移量，a_ij为常数(i、j为1～3的整数)，θ_0.7为总距，θ_s为横向周期变距，θ_c为纵向周期变距。

尾桨距指令转化为尾桨舵机位移指令的关系为ΔL₄＝b·θ_w，

其中，ΔL₄为尾桨舵机位移量，b为常数，θ_w为尾桨距。

在上述方案中优选的是，所述模拟量I/O模块发送给舵机控制器的模拟 信号包括前主舵机、左主舵机、右主舵机和尾舵机的位移指令输出。

在上述方案中优选的是，所述模拟量I/O模块接收所述舵机控制器的反 馈信号包括舵机的位移、电流和压力反馈。

本发明的创新点在于：

第一，操作人员远程进行操纵指令的输入及状态监控；

第二，模拟量I/O模块及舵机控制器为非标设计；

第三，三台主桨舵机和一台尾桨舵机均采用机载件；

第四，液压系统采用机载件。

采用本发明中的液压操纵系统，与直升机机上的操纵模式相比，操作人 员远离噪音，工作环境得到改善，人身安全得到保障；与传统的直升机地面联 合试验台液压操纵系统相比，能更好地模拟直升机液压操纵系统的真实工作状 态，更好地考核直升机液压操纵系统的同时保证其他试验项目的数据更加真实 有效。

直升机地面联合试验台操纵系统软件前界面如图4所示。操作人员在界 面的操纵指令输入区输入总距、横向周期变距、纵向周期变距、尾桨距的操纵 指令，在操纵状态曲线显示区及舵机状态显示区对当前的操纵状态和舵机参数 进行监控；后台程序实现操纵指令和舵机位移指令的相互转换。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技 术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应 技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。