专利名称：一种测量飞机脚蹬力和刹车力的装置及其测量方法
技术领域：
本发明属于航空工程试验检测领域，涉及一种测量飞机脚蹬力和刹车力的装置及其测量方法。
背景技术：
飞机的制动刹车以及对方向舵的操纵中，通常是通过设置在飞机座舱中的脚蹬踏板操作来实现的。为了操纵飞机制动刹车，驾驶人员通过对脚蹬踏板上部施力，使脚蹬踏板绕其底部轴倾斜。而对飞机方向舵的操纵则通过将一侧的脚蹬踏板向前(即沿飞机前端的方向)推动实现方向舵的偏转，或者是通过将另一侧的脚蹬踏板向前推动实现方向舵向相反方向的偏转。在飞机的组装完成后，需要对飞机操纵飞机制动刹车与方向舵的脚蹬踏板进行必要的调试和测试。具体来说，必须在脚蹬踏板对飞机制动刹车与方向舵操纵特性进行测试，以检查制动刹车与方向舵操纵的功能与特性是否满足设计出厂要求，或者是检查各个部件的缺陷或组装中的缺陷。目前，在飞机脚蹬力和刹车力测量中，往往是针对特定的脚蹬踏板，对其进行改造而完成脚蹬力和刹车力的测量；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脚蹬力和刹车力，这些方法存在以下不足:1、对特定的脚蹬踏板进行改造，需要根据脚蹬踏板的结构专门设计完成脚蹬力和刹车力测量。对脚蹬踏板改造的结果可能会影响对脚蹬踏板的操纵，也影响脚蹬踏板的强度等原有功能特性，另一方面，改造飞机脚蹬踏板的工艺复杂，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测量脚蹬力和刹车力时，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，需要占用很大的空间，给现场安装与使用带来很大困难。随着微电子技术、微机械加工技术、自动测量技术的发展，设计一种不需要对飞机脚蹬踏板进行改造，安装使用方便，完成测量飞机脚蹬力和刹车力的装置的条件已经成熟。

发明内容
本发明的目的是:设计一种既可靠又省时的测量飞机脚蹬力和刹车力的装置及其测量方法，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，能安装在各种形式和尺寸的脚蹬踏板上；既不需要对脚蹬踏板进行改造，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，能方便地与脚蹬踏板安装连接在一起。本发明的技术方案是:测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，由脚蹬力检测单元、刹车力检测单元、组合连接单元、安装固定单元组成，刹车力检测单元和脚蹬力检测单元分别布置在组合连接单元一面的上、下两端，在组合连接单元的另一面上、下两端分别布置上部和下部安装固定单元；组合连接单元用于脚蹬力检测单元、刹车力检测单元、安装固定单元之间的组合连接，从而将脚蹬力检测单元、刹车力检测单元、安装固定单元组合安装为完整的一个整体；安装连接单元用于本发明的测试装置与脚蹬踏板的安装连接，以便于通过对本发明的测试装置的操作带动脚蹬踏板的运动，来间接操纵脚蹬踏板。优选地，本发明测试装置中飞机脚蹬力检测单元或刹车力检测单元采用“凸”字形状，既脚蹬力检测单元或刹车力检测单元面向施加操纵力的上表面中间向上凸出，与组合连接单元表面相接的下表面两端向下伸出；优选地，本发明测试装置中飞机脚蹬力检测单元或刹车力检测单元采用框架式结构，包括2个形状相同的矩形框架，用于力信号的检测，该框架结构由2个互相平行的应变梁和与之垂直的2个连接端组成，在每个框架的两个应变梁面中心分别布置有2个应变片，两个框架中的4个应变片接成桥路测量垂直于应变梁平面的力，既脚蹬力或刹车力的大小;本发明测试装置中飞机脚蹬力检测单元或刹车力检测单元另一种优选方案采用悬臂平行梁结构弹性体，该悬臂平行梁有特殊形状的孔，由矩形孔与圆孔截交形成，其形状类似半个“哑铃”，用于力信号的检测。脚蹬力检测单元或刹车力检测单元的每对悬臂平行梁的圆孔内侧面中心分别布置有2个应变片，两个悬臂平行梁圆孔内的4个应变片接成桥路测量垂直于应变梁平面的力，既脚蹬力或刹车力的大小；优选地，组合连接单元采用矩形结构，在该矩形的左右两侧，均匀地分布着多个安装孔，用于定位安装脚蹬力检测单元、刹车力检测单元、安装固定单元；脚蹬力检测单元或刹车力检测单元可以作为一个整体；优选地，脚蹬力检测单元或刹车力检测单元可以分为上、下两部分；组合连接单元采用矩形结构，在该矩形的左右两侧，均匀地分布着多个安装孔，用于定位安装脚蹬力检测单元、刹车力检测单元、安装固定单元；组合连接单元与安装固定单元可以为一个整体，这样做的好处在于结构紧凑、简单、实用，占用空间尺寸小，安装固定单元优选L型结构，或者采用其它便于安装的结构；脚蹬力检测单元、刹车力检测单元、组合连接单元、安装固定单元可以是独立零部件，使用组合连接件进行连接，组装成一个整体；当然，测量飞机脚蹬力和刹车力的装置可以通过机械加工为完整的一个整体。这样的好处在于不需要加工单独的脚蹬力检测单元、刹车力检测单元、组合连接单元、安装固定单元，一次完成所有加工，整体效果好。一种测量飞机脚蹬力和刹车力的测量方法，将测量装置通过安装固定单元安装在脚蹬踏板上，通过脚蹬力检测单元施力到脚蹬踏板底部，在致动其运动的同时测量所施加脚蹬力的大小，以及通过刹车力检测单元施力到脚蹬踏板的上部，在致动其运动的同时测量所施加刹车力的大小；其中脚蹬力检测单元或刹车力检测单元的上表面承受驾驶员蹬踏脚蹬时的操纵力，并将驾驶员操纵力传递到脚蹬踏板，且不改变实际操纵情况，同时脚蹬力检测单元和刹车力检测单元用于检测操纵过程脚蹬力和刹车力的大小，保证所检测力信号连续、准确。本测试方法还包括以下特征:根据脚蹬踏板的大小、形状等，调整脚蹬力检测单元、刹车力检测单元和安装固定单元在组合连接单元上的安装位置，以适应测试装置与脚蹬踏板的安装连接，以便于通过对测试装置的操作带动脚蹬踏板的运动，来间接操纵脚蹬踏板；
通过脚蹬力检测单元施力到脚蹬踏板底部，在致动其运动的同时测量所施加脚蹬力的大小，操纵脚蹬踏板的过程中，模拟驾驶员的操纵，先在左边的脚蹬踏板施加操纵力，蹬踏左脚蹬向前，同时右边脚蹬踏板处于随动向后运动，符合实际操纵情况；以及通过刹车力检测单元施力到脚蹬踏板的上部，在致动其运动的同时测量所施加刹车力的大小，操纵脚蹬踏板的过程中，模拟驾驶员操纵蹬踏脚蹬踏板绕其底部轴偏转;由脚蹬力检测单元、刹车力检测单元检测操纵过程操纵力的大小，要求所检测力信号连续、准确；在脚蹬操纵力的测量中，向前蹬踏左脚蹬踏板时，力信号输出为正，向前蹬踏右左脚蹬踏板时，力信号输出为负，脚蹬操纵力为蹬踏左脚蹬踏板力与蹬踏右脚蹬踏板力的代数和；在刹车操纵力的测量中，踩压脚蹬踏板时，力信号输出为正，刹车操纵力为蹬踏左脚蹬踏板力与蹬踏右脚蹬踏板力的代数和。本发明的优点和有益效果是:本发明具有结构紧凑、简单，空间尺寸小、成本低、工作可靠、测试精度高，且符合飞机脚蹬踏板实际操纵情况，安装使用调整方便的特点，适用于各种类型飞机脚蹬踏板操纵力的测量。


图1为本发明组成结构图；图2为本发明一个实施例的组成结构图；图3为本发明脚蹬力或刹车力检测单元一个实施例的原理示意图；图4为本发明脚蹬力或刹车力检测单元另一实施例的原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。测量飞机脚蹬力和刹车力的装置组成结构如图1所示，测量飞机脚蹬力和刹车力的装置由脚蹬力检测单元[I]、刹车力检测单元[2]、组合连接单元[3]、安装固定单元[8][9]组成，刹车力检测单元[2]或脚蹬力检测单元[I]分别布置在组合连接单元[3]正面的上、下两端，在组合连接单元[3]的背面上、下两端分别布置上部和下部安装固定单元[8]。测量装置通过安装固定单元[8] [9]安装在脚蹬踏板上，通过脚蹬力检测单元[I]施力到脚蹬踏板底部，在致动其运动的同时测量所施加脚蹬力的大小，以及通过刹车力检测单元[2]施力到脚蹬踏板的上部，在致动其运动的同时测量所施加刹车力的大小。脚蹬力检测单元[I]采用框架式结构，包括2个形状相同的矩形框架[4]，用于脚蹬力信号的检测。刹车力检测单元[2]也采用框架式结构，包括2个形状相同的矩形框架[5]，用于刹车力信号的检测。脚蹬力检测单元[I]或刹车力检测单元[2]采用“凸”字形状，在脚蹬力检测单元上表面有施力承受单元[6]，以及在刹车力检测单元[2]上表面有施力承受单元[7]；脚蹬力检测单元[I]分为上、下两部分，在其上半部分的上表面有施力承受单元[6]，在其下半部分下表面的两侧向下伸长，既下半部分两侧高度大于中间部分高度；刹车力检测单元[2]分为上、下两部分，在其上半部分的上表面有施力承受单元，在其下半部分下表面的两侧向下伸长，既下半部分两侧高度大于中间部分高度；脚蹬力检测单元[I]与其上表面施力承受单元[6]通过一对螺孔[11]连接在一起;刹车力检测单元[2]与其上表面施力承受单元[7]通过一对螺孔[14]连接在一起;“凸”字形状的脚蹬力检测单元[I]或刹车力检测单元[2]能更好地承受驾驶员蹬踏脚蹬时的操纵力，并将驾驶员操纵力传递到脚蹬踏板，且不改变实际操纵情况，同时脚蹬力检测单元[I]或刹车力检测单元[2]用于检测操纵过程脚蹬力或刹车力的大小。矩形结构组合连接单元[3]左右两侧，均匀地分布着多个安装孔[16]，用于定位安装脚蹬力检测单元[I]、刹车力检测单元[2]、安装固定单元[8]、[9]；脚蹬力检测单元[I]与组合连接单元[3]通过一对螺孔[10]、12]组合连接在一起;刹车力检测单元[2]与组合连接单元[3]通过一对螺孔[13]、[15]组合连接在一起。测量飞机脚蹬力和刹车力的装置及其各组成部分可以采用铝合金材料、不锈钢材料，或者是其它弹性材料。图2为本发明一个实施例的组成结构图。实施例中，脚蹬力检测单元[I]或刹车力检测单元[2]采用悬臂平行梁结构弹性体，该悬臂平行梁有特殊形状的孔，由矩形孔与圆孔截交形成，其形状类似一个“哑铃”，用于力信号的检测。图3为本发明脚蹬力或刹车力检测单元一个实施例的原理示意图。脚蹬力检测单元[I]或刹车力检测单元[2]分别采用框架式结构，是两个形状相同矩形框架，用于力信号的检测。框架结构由上下两部分应变梁[17]、[18]组成，在上半部分应变梁内侧平面中心分别布置有2个应变片[19]、[20]，在下半部分应变梁内侧平面中心分别布置有2个应变片[21]、[22]，框架上下两部分中的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。下面，分析力信号检测原理。以脚蹬力检测单元[I]为例，当向脚蹬力检测单元施加垂直方向的力时，应变梁产生变形，由于在脚蹬力检测单元[I]上半部分应变梁的内侧平面中心分别布置有2个应变片[19]、[20]，应变片[19]、[20]受到拉伸，而在脚蹬力检测单元[I]下半部分应变梁[18]的内侧平面中心所布置应变片[21]、[22]则受到压缩。将上述在脚蹬力检测单元[I]中的4个应变片[19]、[20]、[21]、[22]接成全桥形式，就可以测量操纵脚蹬踏板所施加脚蹬力的大小。同样，可以通过刹车力检测单元[2]测量操纵脚蹬踏板所施加刹车力的大小。图4为本发明脚蹬力或刹车力检测单元另一个实施例的原理示意图。脚蹬力检测单元[I]或刹车力检测单元[2]分别采用悬臂平行梁结构弹性体，该悬臂平行梁有特殊形状的孔，由矩形孔与圆孔截交形成，其形状类似“哑铃”，用于力信号的检测。脚蹬力检测单元[I]或刹车力检测单元[2]的上半部悬臂平行梁[23]的圆孔内侧面中心分别布置有2个应变片[25]、[26]，同样，下半部悬臂平行梁[24]的圆孔内侧面中心布置有2个应变片[27]、[28]，两个悬臂平行梁圆孔内的4个应变片接成桥路测量垂直于应变梁平面的力，既脚蹬力或刹车力的大小。
权利要求
1.一种测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，由脚蹬力检测单元[I]、刹车力检测单元[2]、组合连接单元[3]、安装固定单元[8]、[9]组成，其特征在于，刹车力检测单元[2]或脚蹬力检测单元[I]分别布置在组合连接单元[3]正面的上、下两端，在组合连接单元[3]的背面上、下两端分别布置上部和下部安装固定单元[8]、[9]。
2.根据权利要求1所述的测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，其特征在于，脚蹬力检测单元[I]采用框架式结构，包括2个形状相同的矩形框架[4]，用于脚蹬力信号的检测。
3.根据权利要求1所述的测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，其特征在于，刹车力检测单元[2]采用框架式结构，包括2个形状相同的矩形框架[5]，用于刹车力信号的检测。
4.根据权利要求1所述的测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，其特征在于，脚蹬力检测单元[I]或刹车力检测单元[2]采用“凸”字形状，在脚蹬力检测单元[I]上表面有施力承受单元[6]，以及在刹车力 检测单元[2]上表面有施力承受单元[7]。
5.根据权利要求1所述的测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，其特征在于，脚蹬力检测单元[I]分为上、下两部分，在其上半部分的上表面有施力承受单元[6]，在其下半部分下表面的两侧向下伸长，既下半部分两侧高度大于中间部分高度。
6.根据权利要求1所述的测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，其特征在于，刹车力检测单元[2]分为上、下两部分，在其上半部分的上表面有施力承受单元[7]，在其下半部分下表面的两侧向下伸长，既下半部分两侧高度大于中间部分高度。
7.根据权利要求4所述的测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，其特征在于，脚蹬力检测单元[I]与其上表面施力承受单元[6]通过一对螺孔[11]连接在一起。
8.根据权利要求4所述的测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，其特征在于，刹车力检测单元[2]与其上表面施力承受单元[7]通过一对螺孔[14]连接在一起。
9.根据权利要求1所述的测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，其特征在于，组合连接单元[3]为矩形结构，在其左右两侧均匀地分布着多个安装孔[16]，用于定位安装脚蹬力检测单元[I]、刹车力检测单元[2]、安装固定单元[8]、[9]。
10.根据权利要求1所述的测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，其特征在于脚蹬力检测单元[I]与组合连接单元[3]通过一对螺孔[10]、12]组合连接在一起；刹车力检测单元[2]与组合连接单元[3]通过一对螺孔[13]、[15]组合连接在一起。
11.根据权利要求1所述的测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，其特征在于脚蹬力检测单元[I]或刹车力检测单元[2]分别采用框架式结构，是两个形状相同的矩形框架，用于力信号的检测；框架结构由上下两部分应变梁[17]、[18]组成，在上半部分应变梁内侧平面中心分别布置有2个应变片[19]、[20]，在下半部分应变梁内侧平面中心分别布置有2个应变片[21]、[22]，框架上下两部分中的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。
12.根据权利要求1所述的测量飞机脚蹬力和刹车力的装置，其特征在于脚蹬力检测单元[I]或刹车力检测单元[2]分别采用悬臂平行梁结构弹性体，该悬臂平行梁有特殊形状的孔，由矩形孔与圆孔截交形成，其形状类似“哑铃”，用于力信号的检测；脚蹬力检测单元[I]或刹车力检测单元[2]的上半部悬臂平行梁[23]的圆孔内侧面中心分别布置有2个应变片[25]、[26]，同样，下半部悬臂平行梁[24]的圆孔内侧面中心布置有2个应变片[27]、[28]，两个悬臂平行梁圆孔内的4个应变片接成桥路测量垂直于应变梁平面的力，既脚蹬力或刹车力的大小。
13.—种测量飞机脚蹬力和刹车力的方法，其特征在于，测量装置通过安装固定单元[8][9]安装在脚蹬踏板上，通过脚蹬力检测单元[I]施力到脚蹬踏板底部，在致动其运动的同时测量所施加脚蹬力的大小，以及通过刹车力检测单元[2]施力到脚蹬踏板的上部，在致动其运动的同时测量所施加刹车力的大小。
14.根据权利要求13所述的测量飞机脚蹬力和刹车力的方法，其特征在于，根据脚蹬踏板的大小、形状等，调整脚蹬力检测单元、刹车力检测单元和安装固定单元在组合连接单元上的安装位置，以适应测试装置与脚蹬踏板的安装连接，以便于通过对测试装置的操作带动脚蹬踏板的运动，来间接操纵脚蹬踏板； 通过脚蹬力检测单元施力到脚蹬踏板底部，在致动其运动的同时测量所施加脚蹬力的大小，操纵脚蹬踏板的过程中，模拟驾驶员的操纵，先在左边的脚蹬踏板施加操纵力，蹬踏左脚蹬向前，同时右边脚蹬踏板处于随动向后运动，符合实际操纵情况； 通过刹车力检测单元施力到脚蹬踏板的上部，在致动其运动的同时测量所施加刹车力的大小，操纵脚蹬踏板的过程中，模拟驾驶员操纵蹬踏脚蹬踏板绕其底部轴偏转。
在脚蹬力或刹车力的测量中，由脚蹬力检测单元、刹车力检测单元检测操纵过程操纵力的大小，所检测力信号连续、准确。
在脚蹬操纵力的测量中，向前蹬踏左脚蹬踏板时，力信号输出为正，向前蹬踏右左脚蹬踏板时，力信号输出为负，脚蹬操纵力为蹬踏左脚蹬踏板力与蹬踏右脚蹬踏板力的代数和； 在刹车操纵力的测量中，踩压脚蹬踏板时，力信号输出为正，刹车操纵力为蹬踏左脚蹬踏板力与蹬踏右脚蹬踏板力的 代数和。
全文摘要
本发明公开了一种测量飞机脚蹬力和刹车力的装置及其测量方法，属于航空工程试验检测领域。其特征在于测量装置由脚蹬力检测单元、刹车力检测单元、组合连接单元、安装固定单元组成，刹车力检测单元和脚蹬力检测单元分别布置在组合连接单元一面的上、下两端，在组合连接单元的另一面上、下两端分别布置上部和下部安装固定单元。测量装置通过安装固定单元安装在脚蹬上，通过脚蹬力检测单元施力到脚蹬踏板底部，在致动其运动同时测量所施加脚蹬力的大小，以及通过刹车力检测单元施力到脚蹬踏板上部，在致动其运动同时测量所施加刹车力的大小。本发明具有结构紧凑、简单，空间尺寸小、成本低、工作可靠、安装使用方便等优点，适用于各类飞机脚蹬力或刹车力的测量。
文档编号G01L5/22GK103175646SQ201010229109
公开日2013年6月26日 申请日期2010年7月19日 优先权日2010年7月19日
发明者支超有, 李霞, 韩小刚 申请人:中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所