飛機操縱系統(tǒng)

1、電傳操縱技術(shù)1電傳操縱技術(shù)的發(fā)展從飛機發(fā)明直到現(xiàn)在，飛機的操縱系統(tǒng)仍然 主要是機械式的操縱系統(tǒng)。機械操縱系統(tǒng)在操縱 裝置（操縱桿、腳蹬）和飛機的舵機之間存在著 一套相當(dāng)復(fù)雜的機械聯(lián)動裝置和液壓管路，飛行 員操縱操縱桿和腳蹬，通過上述聯(lián)動裝置控制舵 機位置，從而使飛機達(dá)到希望的姿態(tài)和航向。早期的飛機只是直接人工機械操縱。隨著飛機的尺寸和速度的增加，駕駛員再直接通過鋼索去拉動舵面感到困難，于是作為駕駛 員輔助操縱裝置的液壓助力器安裝在操縱系統(tǒng)中。它 由一個并聯(lián)的液壓作動器來增大駕駛員施加在操縱鋼 索上的作用力，目前液壓助力器仍在許多飛機上使用第二次世界大戰(zhàn)后不久，出現(xiàn)了全助力操縱系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中

2、，操縱鋼 索從駕駛桿直接連到作動器的伺服閥上， 不再與操縱面發(fā)生直接機械聯(lián)系。使用 全助力操縱的主要原因是在跨音速飛行時，作用在操縱面上的力變化很大而且非 線性很厲害。這樣，操縱時從操縱面反傳到駕駛桿上的力從操縱品質(zhì)的觀點來說 是難以接受的。全助力操縱系統(tǒng)本身是不可逆的，因此不受跨音速飛行中非線性 力的影響，由于這種操縱方法不再需要飛行員的體力去改變舵面狀態(tài)，使得飛行員無法直觀地感受到飛機所處的狀態(tài)，于是就借助一些力反饋裝置來提供人工桿 力，這種人工桿力雖然在移動操縱面時不需要，但在操縱飛機時給飛行員提供適 當(dāng)?shù)牟倏v品質(zhì)還是必要的，人工桿力的設(shè)計可以使人的操縱感覺從亞音速飛行平 滑地過渡到超音

3、速飛行階段。隨著飛機尺寸的繼續(xù)增加和性 能的進一步提高，增加穩(wěn)定性幫助飛 行員操縱變得十分迫切，于是從全助 力操縱系統(tǒng)發(fā)展到增穩(wěn)系統(tǒng)，如偏航增穩(wěn)系統(tǒng)、俯仰增穩(wěn)系統(tǒng)和橫滾增穩(wěn)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過傳感器反饋的飛機狀態(tài)，在程序控制下自動控制舵機偏轉(zhuǎn)，以保證飛機 靜穩(wěn)定性。這種增穩(wěn)系統(tǒng)與駕駛桿或腳蹬是互相獨立的， 因而增穩(wěn)系統(tǒng)的工作不 影響駕駛員的操縱。從增穩(wěn)系統(tǒng)發(fā)展到電傳操縱（FBVV系統(tǒng)只是很小的一步，通過加上一個離“協(xié)和”超音速客機合器或其它使機械系統(tǒng)在不使用時斷開的方法便可以實現(xiàn), 上就裝有這種系統(tǒng)?！皡f(xié)和”超音速客機把電傳操縱系統(tǒng)中的機械備份完全去掉就變成了全電傳操縱（FFBW系統(tǒng)。在這里我們已經(jīng)

4、能夠給電傳操縱系統(tǒng)下一個定義了：電傳操（Fly-By-Wire ,FBVV是航空領(lǐng)域中一種將 航空器駕駛員的操縱輸入，通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?經(jīng)計算機或電子控制器處理，再通過電纜傳輸?shù)綀?zhí)行機構(gòu)一種操縱系統(tǒng)。它省掉機械式和液壓式飛行操縱系統(tǒng)重量較大，需要使用滑輪和曲柄系統(tǒng)仔細(xì)布置 穿過整個航空器的飛行操縱線系。 這兩個系統(tǒng)經(jīng)常需要冗余備份裝置，這又進一 步增加了重量。止匕外，這兩個系統(tǒng)對處于變化中的空氣動力環(huán)境只能提供有限的 補償能力，失速、螺旋以及人機耦合振蕩等一些危險的飛行特性仍有可能發(fā)生。 因為這些飛行特性取決于飛機的空氣動力和結(jié)構(gòu)特性而非控制系統(tǒng)本身。然而通過使用計算機和電子連接，設(shè)計

5、者能夠降低航空器重量并提高可靠 性。同時使用計算機還可以預(yù)防上述危險的飛行特性。電傳操縱”一詞從字面僅僅意味著這是一個通過電信號實現(xiàn)控制的系統(tǒng)事實上，這是一個通過計算機控制的系統(tǒng)。在飛行員和最終的控制執(zhí)行機構(gòu)或舵 面之間，計算機系統(tǒng)通過軟件程序?qū)嶋H上修改了飛行員（對于非飛機系統(tǒng)，指操作員）的輸入。當(dāng)然為避免危及安全性，這些程序都需要經(jīng)過周密的開發(fā)和驗證。安全性和冗余。在飛機上，這樣的控制系統(tǒng)一般都具有四個獨立的通道。當(dāng)其中的一個甚至兩個通道損壞時，飛機仍然不會失去控制。為獲得更高的機動性， 一些電傳操縱的飛機經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計靜穩(wěn)定性很低，甚至為負(fù)。節(jié)約重量。相對傳統(tǒng)飛機，電傳操縱的飛機一般重量更小

6、。由于可以放寬靜穩(wěn)定 性，運輸機可以減少部分重量，戰(zhàn)斗機可以減少更多。這是由于飛機舵面現(xiàn)在可 以做得更小了。電傳飛控首先應(yīng)用于軍機，之后才進入民機市場?？湛拖盗酗w機 從一開始就應(yīng)用電傳操縱技術(shù)，而 波音則是在777系列之后應(yīng)用此項技術(shù)。電傳操縱系統(tǒng)能夠更靈活地響應(yīng)變化中的空氣動力環(huán)境，通過控制舵面運動使得飛機對操縱輸入的響應(yīng)在所有飛行條件下都是一致的。電子系統(tǒng)需要的維護不 多，而機械和液壓系統(tǒng)卻需要潤滑、松緊調(diào)整、滲漏檢查、更換液體等。而且， 將電路系統(tǒng)放置在駕駛員和航空器之間能夠提高安全性，例如操縱系統(tǒng)能夠防止 失速，或制止駕駛員使機身過載。電傳操縱系統(tǒng)實際上是用一個電子接口取代了航空器的物

7、理操縱。駕駛員的指令被轉(zhuǎn)換成電信號，飛行控制計算機確定如何恰當(dāng)?shù)仳?qū)動連接在每個操縱面上 的執(zhí)行機構(gòu)以提供想要的響應(yīng)。最初的執(zhí)行機構(gòu)通常是液壓式的， 現(xiàn)在電動執(zhí)行 機構(gòu)也已經(jīng)被研制出來。關(guān)于電傳操縱系統(tǒng)的主要擔(dān)憂是可靠性問題。 傳統(tǒng)的機械式或液壓式操縱系 統(tǒng)通常是逐漸失效的，而所有飛行控制計算機失效會使飛機立即處于不可控制狀 態(tài)。為此，大多數(shù)電傳操縱系統(tǒng)包含有冗余計算機和一些機械式或液壓式備份。 這好像使電傳操縱系統(tǒng)的一些優(yōu)點變得沒有意義，但是由于冗余系統(tǒng)只是用于緊急情況，因此這些系統(tǒng)可以做得更簡單、更輕，而且只需提供有限的能力。2.電傳操縱系統(tǒng)飛機的側(cè)風(fēng)修正量度的掌握八十年代后期到九十年代，空

8、中客車制造商科研人員與航空公司飛行人員及 試飛員等共同努力，研制了位于駕駛艙兩側(cè)的小型側(cè)操縱桿 （side-stock ）取代 了傳統(tǒng)飛機位于飛行員與顯示裝置之間笨重的直立駕駛桿，實現(xiàn)了飛行員的無障礙視界。而它的技術(shù)和概念與傳統(tǒng)飛機的技術(shù)有著較大的區(qū)別，它的優(yōu)先性在于取消了駕駛桿與液壓助力器之間的機械連接，它是以從不傳動裝置上提供反饋， 它的操縱不通過彈簧力和阻尼等組件，而避免的復(fù)雜的反饋系統(tǒng)、駕駛桿的連接、 卡阻及反饋的監(jiān)控組件、操縱分離等組件，從而減小了系統(tǒng)裝置的重量及阻力， 大大提高了操縱系統(tǒng)的靈活性和可靠性。只有空中客車系列飛機裝有側(cè)桿，它是由七個計算機解讀飛行員輸入的操縱 量并按序行

9、動飛機操縱舵面，其中兩個 ELAC （升級舵付翼計算機）提供正常升 降度及安定面控制、付翼控制；兩個 FAC（飛行增益計算機）提供方向舵電動控 制；三個SEC（擾流板、升降舵計算機）提供擾流板、升降舵和安定面控制。而側(cè)桿與舵面之間沒有機械連接，所有的傳輸信號也是通過有屏蔽的、 低阻抗的電 線進行傳輸，安定面和方向面也可以機械操縱（應(yīng)急情況） ，而其他舵面全部為 電操縱和液壓做動。電傳系統(tǒng)的設(shè)計和取證已經(jīng)是新一代的飛機比傳統(tǒng)飛機更加經(jīng)濟、安全，在駕駛和乘坐時更加舒適和平穩(wěn)。它的經(jīng)濟性是由于飛行軌跡穩(wěn)定， 飛行參數(shù)控制 精確，提高了飛機的厚重性，加上發(fā)動機的控制技術(shù)（FDX,使推力穩(wěn)定，燃油 量減

10、小。電傳操縱技術(shù)及計算機的運用使得操縱系統(tǒng)的安全裕度大大增加，對于飛機的失速、風(fēng)切變、超速等復(fù)雜狀態(tài)都提供了很好的保護程序，加上設(shè)備本身 也有很好的自檢自測性能，把飛機各系統(tǒng)故障均顯示在ECAM幕上或自動處理或提供人工處理依據(jù)，對保證飛行安全性又大大提高了 一步。 另外電傳操縱系統(tǒng) 在滿足側(cè)駕駛桿在選擇目標(biāo)軌跡外和除了對復(fù)雜狀態(tài)的保護外還有一個很重要 的功能，就是會對飛機提供廣泛的保護措施，當(dāng)駕駛員輸入由計算機解讀并按序 移動飛行操縱面時，然而不管飛行員輸入操縱量如何，計算機都能防止過大的機 動動作和超出安全飛行范圍的失控，因此，電傳操縱系統(tǒng)在必須做極端飛行機動 動作或飛機進入劇烈的天氣狀態(tài)時

11、都能有助于它自身的安全性能，對保證航空安全向前又邁了一大步。側(cè)桿和側(cè)風(fēng)幾乎風(fēng)馬牛不相及，但從傳統(tǒng)飛機桿狀的側(cè)桿飛行的飛行員， 對于電傳側(cè)桿飛機來修正側(cè)風(fēng)問題值得討論。首先，側(cè)風(fēng)的修正一般通常分為三 種方法：1、側(cè)滑修正即用跑道的航向來校準(zhǔn)飛機的正確性向風(fēng)來的方向壓適量 的坡度產(chǎn)生側(cè)滑，同時向相反的方向蹬舵，制止飛機因坡度而室航向偏轉(zhuǎn)，保持 飛機縱軸與航跡一致，與跑道中心線一致直到接地為止；2、偏流修正法即視飛機的航向與跑道的著陸航跡之間差一個側(cè)風(fēng)偏流角使飛機著陸航跡與跑道方向 一致；3、混合修正法一般用于側(cè)風(fēng)較大時用一部分偏流帶一點側(cè)滑進行修正五 邊的著陸軌跡。但無論用那一種方法進行修正側(cè)風(fēng)，

12、 一般在飛機接地前的瞬間均 應(yīng)將飛機的縱軸與跑道的方向修正到一致，否則就有沖出跑道的危險。大、重型 飛機如空中客車A33O空中客車A340機型修正側(cè)風(fēng)時通常為偏流修正，即向上 風(fēng)方向修正一個偏流，使飛機航跡與跑道方向一致；在短五邊時，通常采用混合 修正法因為偏流較大，有時對飛行員的視線有一定影響， 所以短五邊可以減小一 點偏流角而帶一點側(cè)滑角；而長五邊進近中，飛機的側(cè)桿通常處于中立位，飛機 平穩(wěn)保持選定的俯仰和橫滾姿態(tài)，在姿態(tài)限制內(nèi)飛機能夠抵御由側(cè)風(fēng)引起的顛簸 影響，即使強烈的擾動氣流也能保持穩(wěn)定， 不需飛行員操縱側(cè)桿，幾乎百分之百 的補償因速度和外形而引起的配平改變，這就是電傳操縱系統(tǒng)的自動配平和最小 地速保護功能。在模擬機訓(xùn)練時，當(dāng)學(xué)員五邊進近不穩(wěn)定時，有時教員會說把手 松開飛機反而較人操縱側(cè)桿時穩(wěn)定， 這就是電傳操縱那個的靈敏度較高， 修正量 和提前量都要適度掌握，一旦掌握不好就