飞机结构与系统(第八章 飞行操纵系统)

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1、第八章 飞行操纵系统,本章内容 飞行操纵系统概述 操纵与传动机构 主操纵系统 辅助操纵系统 飞行操纵警告系统,飞行操纵系统概述,一、飞机转动与平衡,纵轴（OX）横滚 立轴（OY）偏航 横轴（OZ）俯仰,飞行操纵系统概述,主操纵系统 副翼 升降舵 方向舵 辅助操纵系统 增升装置：后缘襟翼、前缘襟翼和缝翼 增阻装置：（飞行、地面）扰流板 水平安定面 警告系统 起飞警告 失速警告,二、飞机操纵系统的组成,飞行操纵系统概述,足够刚度和强度，最小重量； 驾驶员的手、脚操纵动作与人体运动习惯相适应； 操纵灵敏； 飞行受力过程中，操纵系统不应发生卡阻； 各舵面的操纵要求互不干扰； 操纵时，既要轻便，也要有操

2、纵力感，并随飞机飞行状态变化而变化。,三、飞机操纵系统的要求,飞行操纵系统概述,简单机械操纵系统 自飞机诞生以后的三十年中； 由钢索的软式操纵发展为拉杆的硬式操纵； 直接驱动舵面偏转。,四、飞机主操纵系统的发展,飞行操纵系统概述,可逆向助力操纵系统 20世纪四十年代开始； 用液压助力器辅助增大操纵舵面驱动力； 可以感受到舵面所受的气动力。,四、飞机主操纵系统的发展,飞行操纵系统概述,不可逆助力操纵系统 超音速飞机出现后；也可称为全助力操纵系统，完全依靠液压助力器操纵舵面； 为使飞行员获得必要的操纵感觉，感受到适当的杆力和杆位移，加入人感装置（弹簧、缓冲器及配重等组成）。,四、飞机主操纵系统的发

3、展,飞行操纵系统概述,具有增稳功能的全助力操纵系统 20世纪50年代以后； 飞机向高空高速发展，气动外形很难满足低空低速的要求，稳定性不足； 将人工操纵系统与自动控制系统结合，加入增稳系统。 增稳系统操纵权限为 舵面全权限的3%6%。,四、飞机主操纵系统的发展,飞行操纵系统概述,具有控制增稳功能的全助力操纵系统 将飞行员操纵驾驶杆的指令信号变换为电信号， 并经过一定处理后引入到增稳系统； 可以较好解决操纵性和稳定性的矛盾； 控制增稳权限增大到30%。,四、飞机主操纵系统的发展,飞行操纵系统概述,电传操纵系统 20世纪50年代末（带机械备份），70年代初（不带机械备份）； 将控制增稳系统中 的机

4、械操纵部分完 全取消； 全时、全权限。,四、飞机主操纵系统的发展,飞行操纵系统概述,电传操纵系统 优点： 用导线代替了传动杆（钢索），减轻了结构重量，节约了空间，安装容易，维护方便； 消除了机械操纵系统的摩擦、滞后等现象，使飞机的操纵性能得到改善； 不会像机械操纵系统那样，受弯曲、热膨胀等飞机结构变形的影响； 简化了操纵系统与自动驾驶仪的组合，使自动化飞行易于实现。,四、飞机主操纵系统的发展,飞行操纵系统概述,光传操纵系统 20世纪80年代开始； 采用光纤传输信号； 防止受电磁干扰和雷电冲击； 数据传输速率高和传输容量大，减轻重量； 现代飞行控制技术发展的必然趋势。 无人机：通过取消电磁干扰屏

5、蔽和很多传统飞行控 制部件，能够砍掉69%重量、61%体积、降温40%和 降价43%。,四、飞机主操纵系统的发展,飞行操纵与传动机构,无助力操纵 有助力操纵,一、飞机操纵机构,飞行操纵与传动机构,B-737座舱,一、飞机操纵机构,飞行操纵与传动机构,B-737 主操纵和辅助 操纵机构,一、飞机操纵机构,飞行操纵与传动机构,A320座舱,一、飞机操纵机构,飞行操纵与传动机构,A320 电传操纵,一、飞机操纵机构,飞行操纵与传动机构,将操纵机构的信号传送到舵面或液压助力器 。 软式钢索、滑轮 必须两根钢索组成回路实现双向操纵； 重量轻、占空间小、容易绕过其他部件； 易拉长、磨损，易振动。 硬式传动

6、杆、摇臂 刚度大，不易变形、振动； 重量大、占空间大、不易绕过其他部件； 混合式,二、传动机构,飞行操纵与传动机构,随着飞行速度的提高和舵面尺寸的增大，舵面铰链 力矩和操纵杆力也相应增大，为了减小铰链力矩和杆力 ，采用舵面补偿装置进行空气动力补偿 。 轴式补偿 角式补偿 内封补偿 调整片,三、舵面补偿装置,随动补偿片 反补偿片 弹簧补偿片,飞行操纵与传动机构,轴式补偿 将舵面枢轴后移， 减小铰链力矩，从而 减轻杆力。 无助力操纵系统不 允许过补偿。,三、舵面补偿装置,飞行操纵与传动机构,角式补偿 原理同轴式补偿，补偿 面积集中到舵面翼尖处。 气流在凸角处易分离， 高速飞行时易引起舵面抖振 ，适

7、用于低速飞机。,三、舵面补偿装置,飞行操纵与传动机构,内封补偿 主要应用于副翼和升降舵结构，也称为副翼平衡板 和升降舵平衡板。,三、舵面补偿装置,副翼平衡板,飞行操纵与传动机构,内封补偿,三、舵面补偿装置,飞行操纵与传动机构,随动补偿片 安装在舵面后缘， 不能单独操纵。,三、舵面补偿装置,飞行操纵与传动机构,反补偿片 多用于方向舵，与方向舵同向偏转，以增加方向舵效能。,三、舵面补偿装置,飞行操纵与传动机构,弹簧补偿片 低速时，弹簧补偿片不工作，高速时工作。,三、舵面补偿装置,飞行操纵与传动机构,调整片 1）配平调整片 舵面后缘的活动小片，可以在飞行中操纵。 减少、消除操纵力； 控制飞机姿态。,

8、三、舵面补偿装置,飞行操纵与传动机构,三、舵面补偿装置,调整片 1）配平调整片 舵面后缘的活动小片，可以在飞行中操纵。 减少、消除操纵力； 控制飞机姿态。,飞行操纵与传动机构,调整片 2）伺服调整片（操纵） 舵面后缘的活动小片，直接和操纵系统的操纵摇臂连接，驾驶员直接操纵的不是舵面，而是伺服调整片。,三、舵面补偿装置,主操纵系统,横向（滚）运动,一、副翼操纵系统,主操纵系统,B737副翼操纵系统,一、副翼操纵系统,主操纵系统,驾驶盘柔性互联装置 正常情况刚性连接 右驾驶盘卡滞 通过左钢索系统，只 允许副翼偏转。 左驾驶盘卡滞 右驾驶盘转过某角度， 操纵扰流板（副翼不 偏转）。,一、副翼操纵系统

9、,主操纵系统,液压伺服助力器,一、副翼操纵系统,主操纵系统,副翼配平及感觉定中凸轮机构 人工感觉装置,一、副翼操纵系统,主操纵系统,副翼配平及感觉定中凸轮机构 副翼配平 也称横向配平。,一、副翼操纵系统,主操纵系统,飞行扰流板配合副翼横向操纵当转动驾驶盘超过一定角度，副翼上偏一侧的飞行扰流板打开，帮助副翼横向操纵。,一、副翼操纵系统,主操纵系统,二、升降舵操纵系统,俯仰运动。,主操纵系统,二、升降舵操纵系统,驾驶杆柔性互联机构 将扭力管通过断开机 构分为左、右两部分。,主操纵系统,二、升降舵操纵系统,感觉定中装置 （见书P254，图5-42） 操纵升降舵感觉力不仅 与驾驶杆操纵行程有关， 还与

10、飞机的飞行速度和水 平安定面的位置有关。 定中凸轮机构 双重感觉作动筒 感觉控制器,主操纵系统,二、升降舵操纵系统,主操纵系统,双侧侧杆不联动 无操纵力感反馈 一般单杆操纵，如同时操纵两侧侧杆，按代数相加准则处理： 如方向相反，则保持中立位置； 如方向相同，总偏移量不超过一个侧杆全偏移量。,三、 A320侧杆操纵,主操纵系统,四、方向舵操纵系统,偏侧运动。,主操纵系统,四、方向舵操纵系统,主操纵系统,四、方向舵操纵系统,主操纵系统,四、方向舵操纵系统,感觉定中装置,主操纵系统,四、方向舵操纵系统,方向舵配平,主操纵系统,四、方向舵操纵系统,偏航阻尼器 防止不需要的偏航移动： 荷兰滚 大气湍流

11、荷兰滚： 飞机横滚稳定性强于偏航稳定性时发生的的横侧短周期振荡，是一种同时既偏航又滚转的横航向耦合运动。,主操纵系统,四、方向舵操纵系统,偏航阻尼器,偏航阻尼器系统使飞机沿飞机的偏航（垂直）轴保持稳定。在飞行过程中，偏航阻尼器给出指令使方向舵与飞行的偏航力矩成比例并与其相反的方向移动。这样可以保持不需要的偏航移动为最小并使飞行平滑。 偏航阻尼器是一个自动飞行系统。,辅助操纵系统,一、飞机增升装置,辅助操纵系统,一、飞机增升装置,1）机翼增升的原因： 机翼的翼型和平面形状几何参数，通常是按巡航状态要求设计的，翼型的相对弯度等参数是按设计升力系数的要求确定的。其气动特性不能满足起飞着陆状态的要求。

12、 为改善飞机的起飞着陆性能，需要增升装置。,辅助操纵系统,一、飞机增升装置,2）机翼增升原理：,3）增加升力的途径： 提高CL： -增加翼型弯度； -控制附面层，延迟气流分离。 提高S,辅助操纵系统,一、飞机增升装置,4）机翼增升装置的类型 现代民航飞机增升装置主要包括：前、后缘襟翼和前缘缝翼。 （1）后缘襟翼 简单襟翼 分裂襟翼 富勒后退襟翼 后退开缝襟翼,辅助操纵系统,一、飞机增升装置,后退开缝襟翼 现代民航客机大多采用后退双开缝或三开缝襟翼，一般都有两套内襟翼和外襟翼,辅助操纵系统,一、飞机增升装置,后退开缝襟翼 B737采用的后退三缝襟翼,辅助操纵系统,一、飞机增升装置,（2）前缘缝翼

13、 附面层控制，用于大迎角，防失速。 固定式 结构简单， 速度大时阻力大，个别低速飞机采用。,辅助操纵系统,一、飞机增升装置,（2）前缘缝翼 可动式 B737,辅助操纵系统,一、飞机增升装置,（2）前缘缝翼 可动式 B737,辅助操纵系统,一、飞机增升装置,（2）前缘缝翼 B737 三个位置： 收上、放下、完全放下,辅助操纵系统,一、飞机增升装置,（3）前缘襟翼 作用与后缘襟翼类似： 大迎角下，放下襟翼可减小前缘与相对气流的角度，消除旋涡； 增大翼面弯度，延缓气流分离，提高最大升力系数和临界迎角。 增大翼面面积。,克鲁格襟翼,辅助操纵系统,一、飞机增升装置,（3）前缘襟翼 作用与后缘襟翼类似：

14、大迎角下，放下襟翼可减小前缘与相对气流的角度，消除旋涡； 增大翼面弯度，延缓气流分离，提高最大升力系数和临界迎角。 增大翼面面积。,克鲁格襟翼,辅助操纵系统,二、扰流板,扰流板打开时，使其前面的气流受到阻滞，速度降低，压力升高；其后形成气流分离区，机翼升力减小。 地面扰流板 飞行扰流板 减速板 配合副翼横向操纵 应急横向操纵,辅助操纵系统,二、扰流板,737NG,辅助操纵系统,二、扰流板,1. 扰流板配合副翼横向操纵 转动驾驶盘角度超过预定值时，飞行扰流板放出。,A320,辅助操纵系统,二、扰流板,1. 扰流板配合副翼横向操纵,B737-800,辅助操纵系统,二、扰流板,2. 地面减速 飞机接

15、地后，操纵减速手柄，所有扰流板（地面、飞行）全部打开，,A320,辅助操纵系统,二、扰流板,3. 空中减速 在空中操纵减速手柄，左右两侧飞行扰流板同时放出。,A320,辅助操纵系统,二、扰流板,4. 空中减速并横向操纵 在空中操纵减速手柄，左右两侧飞行扰流板同时放出。如此时驾驶盘转动角度超过预定值，飞行扰流板仍可配合副翼横向操纵，此时减速手柄信号与横向操纵信号叠加。,5. 应急横向操纵,辅助操纵系统,三、水平安定面,现代大中型飞机由于纵向尺寸大、重心纵向位移量大，如果重心偏前或偏后，需要的纵向操纵量很大，单靠升降舵不能完全实现纵向操纵，因此大多数飞机的水平安定面安装角可调。,辅助操纵系统,三、

16、水平安定面,自动配平（配平电门） 人工配平（配平手轮） 可实现应急俯仰操纵,主操纵系统,速度配平 根据计算空速的变化对水平安定面配平。空速增加时飞机进行抬头配平，空速减小时进行低头配平。 飞机在起飞、复飞时，用于增加低速大推力状态下速度稳定性。,三、水平安定面,主操纵系统,马赫配平 修正低头力矩，改善或消除飞机在跨音速区速度不稳定。 当速度达到产生自动下俯现象数值时，马赫数配平装置自动操纵水平安定面或升降舵向上偏转一个角度。 属高速配平，只有飞行马赫数升高到某值，（如B747达到0.86M），才开始工作。,三、水平安定面,飞行操纵警告系统,一、起飞警告,用于当飞机处于不安全起飞状态，或在起飞以后某些情况时，起飞警告功能提供音响警告。,飞行操纵警告系统,一、起飞警告,以737NG为例： 当飞机在地面，任何一个油门杆在起飞位置，发生下列任意情况都会触发起飞警告： 减速板手柄未在“放下”位置； 停留刹车未松开； 地面扰流板有压力 前缘襟翼和缝翼未放出； 后缘襟翼未在“起飞”位置； 水平安定面未在起飞区。,飞行操纵警告系统,二、失速警告,