第12章 電傳飛行控制系統(tǒng)《民航飛機(jī)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)》

《民航飛機(jī)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)》?精品課件合集電傳飛行控制系統(tǒng)第十二章目 錄CONTENTS1飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)的定義和發(fā)展電傳飛行控制系統(tǒng)的含義23 電傳飛行控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)4飛行操縱未來(lái)的發(fā)展方向飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)的定義和發(fā)展第1節(jié)1

飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)的定義和發(fā)展飛行操縱系統(tǒng)的任務(wù)是將駕駛員的指令傳遞到各飛行舵面，其傳遞方式經(jīng)歷了數(shù)次變革。從最早的鋼纜傳遞方式，到后來(lái)的液壓助力方式；從功率和信號(hào)一起傳遞的方式，到功率和信號(hào)分別傳遞的方式。目前，飛機(jī)操縱方式逐步過(guò)渡到了電傳操縱。

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飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)的定義和發(fā)展飛行操縱系統(tǒng)的任務(wù)是將駕駛員的指令傳遞到各飛行舵面，其傳遞方式經(jīng)歷了數(shù)次變革。從最早的鋼纜傳遞方式，到后來(lái)的液壓助力方式；從功率和信號(hào)一起傳遞的方式，到功率和信號(hào)分別傳遞的方式。目前，飛機(jī)操縱方式逐步過(guò)渡到了電傳操縱。通常說(shuō)的電傳操縱（

Fly-By-Wire，F(xiàn)BW

）包括兩層含義，一是指令電傳（Command-By-Wire，CBW），即將駕駛員操縱指令通過(guò)電子器件和機(jī)載總線傳遞到飛行舵面控制器；二是功率電傳（Power-By-Wire，PBW），即將飛機(jī)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為電能通過(guò)功率電子器件傳遞、再將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能傳遞到各飛行舵面。電傳飛行控制系統(tǒng)的含義第2節(jié)2.1

電傳飛控系統(tǒng)架構(gòu)電傳操縱系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的飛控系統(tǒng)稱(chēng)為電傳飛控系統(tǒng)，一般意義上的飛行控制實(shí)質(zhì)包含

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個(gè)部分：飛行管理、飛行指引和飛行控制，分別對(duì)應(yīng)飛行管理系統(tǒng)（Flight

Management

System，F(xiàn)MS），飛行指引系統(tǒng)（Flight

Director

System，F(xiàn)DS）和飛行控制系統(tǒng)（Flight

Control

System）。飛行管理、飛行指引和飛行控制三者關(guān)系2.2

作動(dòng)器控制電子裝置（ACE）典型電傳飛行控制系統(tǒng)主要包括機(jī)載總線、作動(dòng)器控制電子裝置（ActuationControl

Electronics，ACE）和功率控制單元（Power

Control

Unit，PCU）。ACE

在系統(tǒng)中的角色2.3

功率控制組件

PCU民航飛機(jī)常常將液壓伺服閥、作動(dòng)筒以及相關(guān)的溢流閥、電磁閥、關(guān)斷閥和油濾等相關(guān)附件綜合設(shè)計(jì)，形成

PCU。PCU

的作用有：響應(yīng)飛控指令調(diào)整舵面位置。作為結(jié)構(gòu)件承受飛行負(fù)載，使飛機(jī)避免因氣動(dòng)力或不穩(wěn)定導(dǎo)致顫振。B737

NG

PCU

示意圖2.4

電傳作動(dòng)器電液伺服作動(dòng)器電液伺服作動(dòng)器（Electro-Hydraulic

Servo

Actuator）通過(guò)

ACE

對(duì)其控制，取消了機(jī)械反饋連桿，取而代之的是電子位移傳感器-線性可變差動(dòng)變送器（Linear

Variable

DifferentialTransformer，LVDT）。FBW

作動(dòng)器2.4

電傳作動(dòng)器電靜液作動(dòng)器電靜液作動(dòng)器（ElectroHydrostatic

Actuator，EHA）是電液伺服閥作動(dòng)器的改進(jìn)版本。它不再依賴(lài)飛機(jī)主液壓油源供油，其自身包含局部油源。EHA

原理示意圖2.4

電傳作動(dòng)器電靜液作動(dòng)器EHA

還未得到廣泛應(yīng)用，A

3

8

0

飛機(jī)選擇了一種叫EBHA（

ElectricBackupHydraulic

Actuator

）的折中方式。A380

EBHA2.4

電傳作動(dòng)器機(jī)電作動(dòng)器機(jī)電作動(dòng)器（Electro-Mechanical

Actuator，EMA）比

EHA

走得更遠(yuǎn)，EMA完全取代液壓作動(dòng)技術(shù)，改用電機(jī)和減速器組件產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)。原理示意圖2.5

機(jī)載總線機(jī)載總線也是電傳飛控系統(tǒng)的重要組成部分。ACE和飛控計(jì)算機(jī)，飛控計(jì)算機(jī)之間通信都是通過(guò)機(jī)載總線實(shí)現(xiàn)。機(jī)載總線作為飛控系統(tǒng)各部件數(shù)據(jù)鏈路載體，傳遞各種指令信號(hào)、傳感器數(shù)據(jù)、控制律數(shù)據(jù)以及監(jiān)控信息。飛控系統(tǒng)常用機(jī)載總線2.6

電傳控制律01

正?？刂坡僧?dāng)電傳飛控系統(tǒng)處于正常構(gòu)型時(shí)使用的控制律，提供基本控制。包括高操縱品質(zhì)控制、姿態(tài)限制、姿態(tài)變化率限制，以及傳感器信號(hào)處理、故障保護(hù)算法等。03

直接鏈控制律直接鏈控制是將飛行員操縱桿指令直接傳遞到飛控舵面的控制方式，是最低級(jí)別的數(shù)字控制律。2.6

電傳控制律01

正?？刂坡僧?dāng)電傳飛控系統(tǒng)處于正常構(gòu)型時(shí)使用的控制律，提供基本控制。包括高操縱品質(zhì)控制、姿態(tài)限制、姿態(tài)變化率限制，以及傳感器信號(hào)處理、故障保護(hù)算法等。03

直接鏈控制律直接鏈控制是將飛行員操縱桿指令直接傳遞到飛控舵面的控制方式，是最低級(jí)別的數(shù)字控制律。02

備用控制律當(dāng)電傳飛控系統(tǒng)出現(xiàn)故障(比如飛控計(jì)算機(jī)、傳感器以及液壓電力通道出現(xiàn)雙故障）時(shí)，系統(tǒng)將切換到備用控制律。備用控制律能夠完成基本控制，但不能實(shí)現(xiàn)高操縱品質(zhì)控制。04

機(jī)械恢復(fù)模式當(dāng)液壓動(dòng)力丟失時(shí)，電傳飛控系統(tǒng)會(huì)處于機(jī)械恢復(fù)模式。在該模式，可實(shí)現(xiàn)配平和方向舵腳蹬的人工控制，以及在允許情況下機(jī)械操縱飛機(jī)著陸。電傳飛行控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)第3節(jié)3

電傳飛行控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)同機(jī)械操縱系統(tǒng)相比，電傳飛行控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：閉環(huán)控制FBW

系統(tǒng)通過(guò)飛控計(jì)算機(jī)接收駕駛員指令，計(jì)算出飛行舵面所需位移和速度，根據(jù)傳感器獲取的舵面位移速度實(shí)時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)更好的控制速度和控制精度。操縱品質(zhì)電傳系統(tǒng)減輕了機(jī)械系統(tǒng)中固有的非線性、摩擦、滯環(huán)等影響，可以設(shè)計(jì)更高品質(zhì)的飛行控制律。自動(dòng)穩(wěn)定FBW

集成各傳感器信息，可在無(wú)駕駛員指令輸入情況下自動(dòng)生成控制指令，自動(dòng)控制飛行舵面保持飛機(jī)穩(wěn)定。安全性和余度設(shè)計(jì)FBW

容易實(shí)現(xiàn)多余度設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)更好的安全性。減重FBW

組件體積和質(zhì)量更小，相應(yīng)其飛行舵面也設(shè)計(jì)得更小。3

電傳飛行控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)電傳飛控系統(tǒng)存在的問(wèn)題：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比同功能機(jī)械系統(tǒng)更復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)

FBW

需要比機(jī)械系統(tǒng)更多的余度配置和監(jiān)控設(shè)計(jì)。

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電傳飛行控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)電傳飛控系統(tǒng)存在的問(wèn)題：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比同功能機(jī)械系統(tǒng)更復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)

FBW

需要比機(jī)械系統(tǒng)更多的余度配置和監(jiān)控設(shè)計(jì)。系統(tǒng)易受雷擊和電磁脈沖的干擾。需要指出，受此影響的除了FBW

之外，還有幾乎所有的航電設(shè)備。在大量依靠航電設(shè)備飛行的今天，使用機(jī)械操縱系統(tǒng)也不能回避此問(wèn)題。飛行操縱未來(lái)的發(fā)展方向第4節(jié)4

飛行操縱未來(lái)的發(fā)展方向發(fā)展方向光傳操縱光傳操縱（Fly-By-Optics，F(xiàn)BO），F(xiàn)BO

相比

FBW，可提供更高的傳輸率，不受電磁干擾影響且質(zhì)量更輕。FBO

和

FBW

很多部分是兼容的，部分應(yīng)用只需用光纜替換電纜即可。

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飛行操縱未來(lái)的發(fā)展方向發(fā)展方向光傳操縱光傳操縱（Fly-By-Optics，F(xiàn)BO），F(xiàn)BO

相比

FBW，可提供更高的傳輸率，不受電磁干擾影響且質(zhì)量更輕。FBO

和

FBW

很多部分是兼容的，部分應(yīng)用只需用光纜替