1.本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种自动倾斜器控制系统及其操控方法。


背景技术：

2.自动倾斜器，是指直升机改变旋翼倾斜方向和桨叶倾角的专用装置。通过它实现对直升机飞行状态的操纵。它经由球形套筒装在旋翼轴上，套筒的球面上套有一个不旋转的环，称为内环，和变距操纵杆相连。内环可沿球形套筒向任一方向倾斜，外环是旋转部分，通过滚动轴承绕内环旋转，同时通过拉杆与桨叶连接并一同运动。操纵总距操纵杆时，球形套筒带动整个自动倾斜器向上或向下，使各个叶片的桨距同时变大或变小，使直升机上升或下降。推动周期变距操纵杆时，使内环绕套筒倾斜，带动外环倾斜，拉动桨叶周期性地改变桨距，使旋翼旋转平面倾斜，从而使直升机沿着旋翼拉力水平分量的方向飞行，达到控制直升机飞行方向的目的。
3.现有有人直升机或无人直升机采用三个舵机与自动倾斜器不动环三个操纵点(是自倾仪不动环的力和位移的输入点)进行连接，三点决定一个平面，三个操纵点进行自动倾斜器不动环的变距操纵(上下运动)和倾斜操纵(倾斜角度变化)，以此实现操控直升机的运动。三个操纵点进行操控的技术存在安全度不高的缺陷，如自动倾斜器不动环操纵点中任一个或一个以上出现所连接的舵机或杆系失效，只剩两个或一个不动环操纵点，将无法操控直升机，造成直升机的失控，出现事故。当前操控自动倾斜器的舵机主要有电动舵机和电液舵机，电动舵机(一般为无刷电机)由于长期工作，可能出现发热、线圈短路或断路等故障，造成失效导致严重故障；电液舵机易出现卡死、液压无压力等故障，电动舵机和电液舵机的可靠性均不高。为提升空中安全，当前直升机的技术方法是舵机采用双余度或三余度电动舵机，采用双余度电动液压伺服舵机等，但自动倾斜器的不动环上还是采用三个操纵点进行操纵，自动倾斜器的操控方式未发生变化，其提升可靠性的本质是提升了三个操纵点中每一个点的舵机操纵余度或可靠性，依然存在一定的安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种自动倾斜器控制系统及其操控方法，解决了现有技术中自动倾斜器采用三个操纵点进行操纵的方式存在一定安全隐患的问题。
5.为了实现上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：一种自动倾斜器控制系统，包括与旋翼轴配合的球铰，所述球铰外侧设有动环和不动环，所述不动环与动环之间设有滚动轴承，自动倾斜器不动环上连接有驱动装置，所述的驱动装置包括至少四套驱动机构，每套驱动机构设有故障检测装置，故障检测装置连接有控制器；四套驱动机构中包括有三套主驱动机构和一套备用驱动机构，当其中一套主驱动机构出现故障时，控制器控制备用驱动机构启动。本发明在现有自动倾斜器不动环上增加一个操纵点，由三个操纵点调整为四个操纵点，四个操纵点在功能上相同，其中三个操纵点为主操纵点，一个是备份操纵点，正常情况下备份操纵点不起操纵作用，由三个主操纵点决定自动倾斜器不动环平面的
角度或位置，但在其中一个主操纵点出现故障情况下，备份操纵点立即转为主操纵点，确保直升机的飞行安全。
6.作为本发明的一种可选方案，所述驱动机构包括驱动舵机和施力杆，所述驱动舵机通过施力杆与不动环连接，所述故障检测装置与驱动舵机电连接。
7.作为本发明的一种可选方案，所述施力杆的端部设有带柄关节轴承，所述不动环上设有与所述带柄关节轴承适配的叉耳。
8.作为本发明的一种可选方案，所述驱动舵机为电动舵机或电液舵机。
9.作为本发明的一种可选方案，所述驱动装置包括四套驱动机构，四套驱动机构均匀布设或不均匀布设在不动环的周围。
10.作为本发明的一种可选方案，所述驱动装置包括五套驱动机构，五套驱动机构均匀布设或不均匀布设在不动环的周围。
11.作为本发明的一种可选方案，所述动环连接有扭力臂组件，所述不动环连接防扭臂组件。
12.另一方面，本发明采用以下技术方案：一种自动倾斜器控制系统的操控方法，包括以下步骤：
13.检测主驱动机构是否出现故障；
14.若主驱动机构出现故障，则启动备用驱动机构，以调节不动环和动环的倾斜角度和移动位置，主驱动机构和备用驱动机构共同工作，操控直升机的运动，从而保证直升机的空中安全。
15.本发明的有益效果为：
16.本发明将现有自动倾斜器不动环上三个操纵点的方式调整为四个操纵点的方式，四点操纵方式因采用“三主一备”的方式，当自动倾斜器不动环上“三主”中任一支点上的驱动机构发生失效故障时，“一备”立即转入接替故障舵机工作状态，“三主”中的故障舵机转入断电或断液压隔离状态，由剩下的“二主”+“一备”继续工作操控直升机，从而保证直升机的空中安全，其可靠性和安全性更高。
附图说明
17.图1是本发明具体实施方式中操纵点的布设示意图。
具体实施方式
18.实施例
19.现有有人直升机或无人直升机采用三个舵机与自动倾斜器不动环三个操纵点(是自倾仪不动环的力和位移的输入点)进行连接，三点决定一个平面，三个操纵点进行自动倾斜器不动环的变距操纵(上下运动)和倾斜操纵(倾斜角度变化)，以此实现操控直升机的运动。三个操纵点进行操控的技术存在安全度不高的缺陷，如自动倾斜器不动环操纵点中任一个或一个以上出现所连接的舵机或杆系失效，只剩两个或一个不动环操纵点，将无法操控直升机，造成直升机的失控，出现事故。当前操控自动倾斜器的舵机主要有电动舵机和电液舵机，电动舵机(一般为无刷电机)由于长期工作，可能出现发热、线圈短路或断路等故障，造成失效导致严重故障；电液舵机易出现卡死、液压无压力等故障，电动舵机和电液舵
机的可靠性均不高。为提升空中安全，当前直升机的技术方法是舵机采用双余度或三余度电动舵机，采用双余度电动液压伺服舵机等，但自动倾斜器的不动环上还是采用三个操纵点进行操纵，自动倾斜器的操控方式未发生变化，其提升可靠性的本质是提升了三个操纵点中每一个点的舵机操纵余度或可靠性，依然存在一定的安全隐患。
20.基于上述问题，如图1所示，本实施例提供了一种自动倾斜器控制系统，包括与旋翼轴配合的球铰，所述球铰外侧设有动环和不动环，所述不动环与动环之间设有滚动轴承。所述动环连接有扭力臂组件，所述不动环连接防扭臂组件。球铰安装在旋翼轴上，当施加总距操纵时，球铰带动自动倾斜器沿旋翼轴上下滑动，使各片桨叶桨距同时增加或减小；当施加周期变距操纵时，自动倾斜器绕球铰倾斜，使各片桨叶桨距周期性变化。滚动轴承的轴承内圈安装在动环上，与旋翼轴一起旋转，滚动轴承的轴承外圈与不动环装配，滚动轴承将动环和不动环连为一体，共同升降或倾斜。
21.不动环连接有驱动装置，所述驱动装置包括至少四套驱动机构，每套驱动机构设有故障检测装置，故障检测装置连接有控制器，故障检测装置可采用传感器，故障检测装置将各套驱动机构的故障信息发送至控制器，控制器控制各套驱动机构的开关。四套驱动机构中包括有三套主驱动机构和一套备用驱动机构，当其中一套主驱动机构出现故障时，控制器控制备用驱动机构启动，以调节不动环和动环的倾斜角度和上下移动位置。不动环上的操纵点数量与驱动机构的数量匹配，如图1所示，a、b、c和d点分别为四个操纵点，组成“三主一备”，备份点可以指定也可以不指定；o点为自动倾斜器的动环旋转中心，一般也是旋翼轴的中心轴线，不动环上的关节球轴承等也未示出。四个操纵点(a、b、c和d点)分别与o点的距离可以是相等或者不等。
22.本发明的不动环上具有至少四个操纵点，四个操纵点是在现有自动倾斜器不动环上增加一个操纵点(同时防扭臂点仍保留)，由三个操纵点调整为四个操纵点，不动环上的四个操纵点可以均布成90
°
，或根据直升机的需求安排布设四个操纵点的角度，也可以根据需要做成不均布或四点不在一个圆内等情况，但最终是自动倾斜器不动环上的操纵点有四个，四个操纵点在功能上相同，其中一个是备份操纵点，正常情况下备份操纵点不起操纵作用，由三个主操纵点决定自动倾斜器不动环平面的角度或位置(三点决定一个平面)，但在其中一个主操纵点出现故障情况下，备份操纵点立即转为主操纵点，故障操纵点转为断开或转为备份操纵点，进行故障隔离，起操纵作用的还是三个操纵点。
23.现有自动倾斜器的不动环具有三个操纵点，三点决定一个平面，三个操纵点进行自动倾斜器不动环的变距操纵(上下运动)和倾斜操纵(倾斜角度变化)，以此实现和控制有人直升机或无人直升机的运动。三个操纵点进行操控的技术存在安全度不高的缺陷，如自动倾斜器不动环操纵点中任一个或一个以上出现所联的舵机或杆系失效，只剩下两个或一个不动环操纵点，将无法操控直升机，出现事故。本发明将直升机上的自动倾斜器不动环的操纵点由三点调整为四点(也可超过四点)操控方式，其中三个操纵点为主操纵点，叫“三主”，“三主”操纵点决定一个平面，另一操纵点(也可两操纵点)作为备份操纵点，备份操纵点事先指定，备份操纵点可为四点中的任意一点，备份操纵点跟随自动倾斜器不动环平面进行运动，正常情况下不参与操纵，只作为备份使用，叫“一备”。也就是直升机的自动倾斜器不动环操纵点操控采用“三主一备”(五个操纵点也可叫“三主二备”)的新方式，此时连接到自动倾斜器不动环的操纵点有四个(或五个)，驱动机构的驱动力最终作用点还是在自动
倾斜器不动环的操纵点上，由“三主”完成正常的桨叶变距及操纵工作，正常控制直升机的空中运动(也就是飞行)。当自动倾斜器不动环上“三主”中任一支点上的驱动机构(电动舵机或电液压舵机)发生失效故障时，“一备”立即转入接替故障舵机工作状态，“三主”中的故障舵机转入断电或断液压隔离状态，由剩下的“二主”+“一备”组成三点决定一个平面，继续操控直升机的运动，从而保证直升机的空中安全。
24.具体地，所述驱动机构包括驱动舵机和施力杆，所述驱动舵机通过施力杆与不动环连接，所述故障检测装置与驱动舵机电连接，所述驱动舵机为电动舵机、电液舵机或操纵杆系中存在的其他舵机，确保操纵可靠性。所述施力杆的端部设有带柄关节轴承，所述不动环上设有与所述带柄关节轴承适配的叉耳，在工程中，该叉耳可以是双耳，也可以是单耳，根据实际需求进行选择使用，本发明对此不作限制。
25.作为本发明的一种可选实施方式，所述驱动装置包括四套驱动机构，四套驱动机构可均匀布设或不均匀布设在不动环的周围，不动环上的四个操纵点也可以根据需要做成不均布或四点不在一个圆内等情况。
26.作为本发明的一种可选实施方式，所述驱动装置包括五套驱动机构，五套驱动机构可均匀布设或不均匀布设在不动环的周围。五套驱动机构中包括有三套主驱动机构和两套备用驱动机构，当其中一套主驱动机构出现故障时，控制器控制一套备用驱动机构启动，以调节不动环和动环的倾斜角度。不动环上的五个操纵点也可以根据需要做成不均布或五点不在一个圆内等情况。
27.本实施例还提供了上述自动倾斜器控制系统的操控方法，包括以下步骤：
28.s100，故障检测装置检测主驱动机构是否出现故障；
29.s200，若主驱动机构出现故障，则控制器启动备用驱动机构，以调节不动环和动环的倾斜角度和上下移动位置。
30.目前由于三个操纵点对电动舵机或电液舵机的可靠性要求非常高，三个操纵点中任一个舵机失效将造成严重的安全事故，为提升安全性，采用三个操纵点的直升机，舵机必须采用双余度，电液舵机也要采用双液压系统，双余度的舵机其伺服控制器也需要是双余度的，大大增加了三个操纵点操控方式的系统复杂度和重量。本发明将现有自动倾斜器不动环上三个操纵点的方式调整为四个(或五个)操纵点的方式，四点操纵方式因采用“三主一备”的方式，始终只有一个备份，四点操纵方式的驱动舵机可以是单余度舵机，其舵机的伺服控制器也可以是单余度的，其与现有自动倾斜器不动环中三个操纵点的方式相比，本发明的整套系统(含舵机及其飞行控制系统)可靠性更高，重量更轻，成本更低，系统更简单，安全性更高。系统重量更轻成本更低，可使直升机或无人直升机更具有竞争力，系统更简单，可减少维护工作量。
31.在本发明描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对本领域技术人员而言，可以理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，实施例描述的具体特征、结构等包含于至少一种实施方式中，在不相互矛盾的情况下，本领域技术人员可以将不同实施方式的特征进行组合。本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本
发明的保护范围。