飞机操纵系统(卷名:航空航天)aircraft control system传递操纵指令、驱动舵面和其他机构以控制飞机飞行姿态的系统根据操纵指令的来源,可分为人工 操纵系统(由主操纵系统和辅助操纵系统组成)和自动控制系统主操纵系统用于控制飞机飞行轨迹和姿态,由升降舵(或全动平尾)、副翼和方向舵的操纵机构组成(图 1)主操纵系统应使驾驶员有位移和力的变化感觉,这是它与辅助操纵系统的主要差别辅助操纵系统包 括调整片、襟翼、减速板、可调安定面和机翼变后掠角操纵机构等它们的操纵只是靠选择相应开关位置, 通过电信号接通电动机或液压作动筒来完成自动控制系统的操纵指令来自系统的传感器,能对外界的扰 动自动作出反应,以保持规定的飞行状态,改善飞机飞行品质常用的自动控制系统有自动驾驶仪、各种 增稳系统、自动着陆系统和主动控制系统自动控制系统的工作与驾驶员的操纵是各自独立、互不妨碍的 飞机主操纵系统经历了由简单初级到复杂完善的发展过程先后出现了机械式操纵、可逆、不可逆助力操 纵和电传操纵,并在电传操纵基础上发展了主动控制技术简单机械操纵系统驾驶员通过机械传动装置直接偏转舵面舵面上的气动铰链力矩通过机械联系使 驾驶员获得力和位移的感觉。
这种系统(图1)由两部分组成:①位于驾驶舱内的中央操纵机构;②构成 中央操纵机构和舵面之间机械联系的传动装置中央操纵机构由驾驶杆(或驾驶盘)和脚蹬组成驾驶员前 推或后拉驾驶杆可带动升降舵下偏或上偏,使飞机下俯或上仰向左或向右压驾驶杆(或转动驾驶盘)则 带动副翼偏转,使飞机向左侧或向右侧滚转脚蹬连结着方向舵,驾驶员蹬左脚时,方向舵向左偏转,机 头向左偏;反之,机头向右偏对于各类飞机,中央操纵机构的尺寸、操纵行程和操纵力均有标准规定 通常在被操纵舵面(升降舵、副翼和方向舵)上,用气动补偿措施减少气动铰链力矩,把操纵力控制在规定 范围内机械传动装置直接带动舵面,有软式和硬式两种基本型式软式传动装置由钢索和滑轮组成,特 点是重量轻,容易绕过障碍,但是弹性变形和摩擦力较大硬式传动装置由传动拉杆和摇臂组成,优点是 刚度大,操纵灵活软式和硬式可以混合使用简单机械式操纵系统广泛用在亚音速飞机上在大型高速飞机上,舵面上的气动铰链力矩很大,虽然 用气动补偿的方法可以减小力矩,但很难在高低速范围内达到同样效果40年代末出现了液压助力系统, 舵面由液压助力器驱动,驾驶员通过中央操纵机构、机械传动装置控制助力器的伺服活门,间接地使舵面 偏转。
它同时通过杠杆系统把舵面一部分气动载荷传给中央操纵机构,使驾驶员获得操纵力的感觉,构成 所谓“机械反馈”,这就是可逆助力操纵系统不可逆助力操纵系统可逆助力操纵系统虽可解决杆力过大的问题,但在超音速飞机上还会出现所谓 杆力反向变化的问题由于杆力反向变化,会使驾驶员产生错觉而无法正确驾驶飞机为此,须把可逆助 力操纵系统中的机械反馈取消,即舵面气动载荷全部由液压助力器承受为了使驾驶员获得操纵力感觉, 在系统中增加了人工载荷机构(通常是弹簧的)以及其他改善操纵特性的装置,形成不可逆助力操纵系统 (图 2)在高空超音速飞行时,由于空气密度减小,飞机容易发生频率很高的俯仰和横侧振荡,驾驶员来不及 作出反应为了克服振荡,在超音速飞机上普遍安装自动增稳装置,如俯仰阻尼器和方向阻尼器等电传操纵系统在不可逆助力操纵系统中,存在着间隙、摩擦、弹性变形等影响,难以解决微弱信号 的传递问题又由于普遍采用增稳装置,机械联杆装置越来越复杂,重量增加自动控制和微电子技术的 发展,为取消机械传动装置创造了条件,可用电信号综合传感器信号和驾驶员的操纵指令,对飞机进行有 效的操纵(图3)如果在电传操纵系统之外,还保留机械操纵系统作为备用,则称为准电传操纵系统。
电 传操纵系统的关键是系统的可靠性问题,它的可靠性至少不能低于机械操纵系统为此需要采用余度技术, 对于关键部件和线路采用多重布置的原则,以提高系统的可靠性电传操纵系统的优点是体积小、重量轻、 通过性好,便于采用主动控制技术,易于与其他系统交联,生存力强,维护性好,可提高飞机操纵品质和 性能,是高性能飞机操纵系统发展的方向。