一种直升机飞行训练器总矩操纵杆设计*

周　毅

(中国民用航空飞行学院 飞机修理厂，四川 广汉　618307)

0　引　言

随着我国通航领域不断发展，越来越多的通航飞机投入使用，而拥有自主知识产权的定级飞行训练设备相对欠缺。针对这种情况，我校成立项目组，对直升机飞行训练器进行开发研制。由于国内外很难找到相关设计资料和文献资料，没有可以借鉴的设计进行参考，所有设计均需完全自主设计完成，具有一定创新性。主要介绍一种已实际应用的直升机飞行训练器总矩操纵杆设计，旨在抛砖引玉，为更多的开发者提供参考。

1　直升机飞行训练器总矩操纵杆设计

1.1　直升机总矩操纵杆

直升机总距操纵杆的作用是控制直升机旋翼桨叶总距变化。直升机总距操纵杆一般布置在驾驶员座位的左侧，固定在安装支座轴线上，可以以轴线为圆心上、下转动。驾驶员左手上提杆时，使自动倾斜器整体上升，从而增大旋翼桨叶总距(所有桨叶的桨距同时增大相同角度)，使旋翼拉力增大，反之拉力减小[1]。直升机由此来控制升降运动。

通常在直升机总距操纵杆的手柄上还设置有旋转式油门操纵机构，用来调节发动机油门的大小，以便使发动机输出功率与旋翼桨叶总距变化后的旋翼需用功率相适应。因此，该操纵杆又常被称为直升机总距油门杆。

与双驾驶固定翼飞机联动操纵方式相同，直升机主、副驾的总距操纵杆通过机械方式联动，即操纵一侧总矩杆时，另一侧总矩杆会以同样的方式运动，一侧拧动油门控制手柄，另一侧也会旋转。直升机总距杆示意图如图1所示。

1.2　飞行训练器

飞行训练器，其英文为Flight Training Device，简称FTD，是飞行员在地面进行模拟飞行的训练设备，产品图如图2所示。它既可以让飞行员进行普通飞行科目训练，也可以模拟特殊飞行情况，训练飞行员处理特殊飞行情况的能力。飞行训练器通常包含仿真座舱、飞行仿真计算机和飞行仿真视景系统[2]。

图1　　　　直升机IPC中总距操纵杆分解图　　　　　　图2　直升机飞行训练器产品图

通常飞行训练器的模拟座舱中的仪表、设备、系统控制板、开关和控制器均按照真实飞机进行一比一对应复制，使整个座舱环境与真实飞机相同[3]。

飞行仿真视景系统是通过计算机建模还原飞行时的外部环境。通常采用投影的方式呈现给座舱内的飞行员。使飞行员在使用飞行训练器时能够看到与真实飞行相同的视景。

飞行仿真计算机通过飞行仿真程序，仿真座舱的功能和外观特性。同时视景、音响、操纵系统、和操纵负荷系统均由计算机控制，给使用者提供视觉、听觉、力负荷等人体感觉，实现逼真的模拟。

1.3　计算机三维设计

模拟机在飞行员的培养中起着至关重要的作用。而模拟机的机械构造原理与一般飞机的构造大致相同，只是模拟机中往往会使用很多传感器来代替飞机部件。操纵驾驶杆和脚蹬等操纵部件带动传感器，机械信号将转变为电子信号，电子信号在计算机中进行处理，通过程序进行模拟仿真。

由于加入了很多传感器，很多连接件位置都需要调整，如果采用传统的设计方法，不可避免在装配时，很多位置的零件会在安装或是传动时发生位置、尺寸上的冲突。而在计算机上使用CAD软件进行设计装配，很大程度上可以避免这一问题的发生。通过三维设计软件进行设计装配，能够清楚模拟安装位置和机构运转情况，相比传统设计方法，其更有效率，在零件的修改上也更为方便。

采用Pro/Engineer进行设计。Pro/Engineer操作软件是PTC公司旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。

2　设计过程

本设计在Pro/Engineer中完成，首先对直升机固有的外观件进行尺寸复制的三维设计，之后根据总距操纵杆的操作运动方式设计连接机构用于连接传感器，最后在Pro/Engineer的仿真模块中进行运动测试，排除在设计中发生运动干涉的可能。完成的设计如图3所示。

本设计的直升机训练器总距操纵杆机构中包括油门手柄、左侧总距杆、霍尔传感器、固定支座、5摇臂、电机、位移传感器、位移传感器固定座、连杆、连接主杆、11连杆、12摇臂、右侧总距杆。

其中左侧总距杆和右侧总距杆使用管材制作，焊接在连接主杆上。油门手柄穿过左侧总距杆和连接主杆与5摇臂相连，摇臂有对油门手柄限位和连接的作用。

图3　直升机飞行训练器总矩操纵杆结构示意图　　　1.油门手柄　2.左侧总距杆　3.霍尔传感器　4.固定支座　5.摇臂　6.电机　7.位移传感器　8.位移传感器固定座　9.连杆　10.连接主杆　11.连杆　12.摇臂　13.右侧总距杆

右侧油门手柄穿过右侧总距杆和连接主杆与12摇臂相连。5摇臂和12摇臂之间通过11连杆相连，使两侧油门可以进行联动。同时5摇臂通过连杆与位移传感器相连，位移传感器可以采集油门旋转量，将机械信号转化为电信号，位移传感器通过位移传感器固定座固定在连接主杆上。在训练器地板上设有固定支座，将连接主杆固定在训练器上，并且能够对5摇臂进行转动角度的限位。在固定支座的一侧装有霍尔传感器，用于采集操纵时变换桨距的数据。在连接主杆上还通过固定座和连杆连接一个电机，电机的主要是根据程序，在不同飞行条件下，提供变化的阻力，使飞行训练者能有更好的体验效果。

3　结　语

以简单的连接方式实现传感器的连接，和各功能控制上的联动。目前已使用该设计完成直升机飞行训练器总矩操纵杆制作，并且装机正常使用。直升机飞行训练器总矩操纵杆的设计在国内外能查找到的资料均较少，该设计简洁易实现，是一种较好的直升机飞行训练器总矩操纵杆设计方案。该设计已报国家专利局并申报了国家实用新型专利。