第一章 飛機操縱系統(tǒng)1

第一章飛機操縱系統(tǒng)第一節(jié)飛機飛行操縱系統(tǒng)概述

一、飛機飛行操縱系統(tǒng)的功用和分類飛行操縱系統(tǒng)的定義：傳遞駕駛員的操縱指令，使各操縱面按操縱指令偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對飛行姿態(tài)的穩(wěn)定控制飛機仰俯的操縱飛機操縱系統(tǒng)按操縱指令的來源分為：人工飛行操縱系統(tǒng)（MFCS）自動飛行控制系統(tǒng)（AFCS）人工飛行操縱系統(tǒng)可分為：主操縱系統(tǒng)主舵面輔助操縱系統(tǒng)輔助舵面

早期飛機是藉助鋼索或拉桿直接操縱的。二、飛機操縱系統(tǒng)的發(fā)展概況（一）傳統(tǒng)的飛機飛行操縱系統(tǒng)隨著飛行速度和飛機尺寸、重量的增大，飛行員體力很難操縱飛機，導(dǎo)致了液壓助力器的出現(xiàn)?？赡娌豢赡嬷Σ倏v系統(tǒng)又分為可逆與不可逆操縱系統(tǒng)桿力模擬裝置（載荷感覺器）電門A液壓助力器載荷感覺器調(diào)整片效應(yīng)機構(gòu)不可逆操縱系統(tǒng)除設(shè)計了載荷感覺器外，還配上:調(diào)正片效應(yīng)機構(gòu)（桿力配平裝置）：卸除載荷感覺器中的壓縮位移，從而使駕駛員能松桿飛行。力臂自動調(diào)節(jié)器：解決機動飛行中因飛行高度和速度變化大所引起的駕駛技術(shù)不一致的困難。力臂自動調(diào)節(jié)器飛行速度和高度的進一步提高，特別是超音速飛機的出現(xiàn)。給飛機操縱帶來了極大的困難。主要表現(xiàn)為：在亞音速至超音速的飛行過程中會出現(xiàn)舵面鉸鏈力矩反向，使駕駛員無法正常操縱飛機。舵偏角H=6KmM1.0在跨音速飛行時，機翼焦點后移，飛機會產(chǎn)生自動下俯現(xiàn)象而引起桿力或桿位移反向舵偏角H=6KmM1.0飛機產(chǎn)生單位過載所需的平尾偏度隨M數(shù)和高度的變化很大，造成桿力和桿位移隨M數(shù)和高度的變化也相當(dāng)大，使駕駛員很難操縱。nyMH=12KmH=5Km隨著飛機飛行速度、高度的不斷增加，飛機的動不穩(wěn)定問題變得突出，于是需要在操縱系統(tǒng)中設(shè)置增穩(wěn)系統(tǒng)。增穩(wěn)系統(tǒng)：是用速率陀螺和加速度計測量飛機的振動模態(tài)，并使舵面產(chǎn)生相反的運動，以提供人工阻尼的方法使振動很快衰減下來。操作權(quán)限不宜太大，只為全權(quán)限的3%~6%。（二）現(xiàn)代飛機飛行操縱系統(tǒng)增穩(wěn)飛行操縱系統(tǒng)方塊圖助力器飛機放大器速率陀螺放大器加速度計舵回路增穩(wěn)系統(tǒng)

為了克服由于增穩(wěn)系統(tǒng)而使飛機的操縱靈敏性變差的問題，發(fā)展了控制增穩(wěn)系統(tǒng)?？刂圃龇€(wěn)系統(tǒng)：是在增穩(wěn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上迭加來自駕駛桿的電信號，使它既起到了增穩(wěn)的作用，有增加了操縱反應(yīng)能力。操縱權(quán)限可為全權(quán)限的30%。桿力傳感器指令模型助力器飛機放大器速率陀螺放大器加速度計舵回路增穩(wěn)系統(tǒng)控制增穩(wěn)系統(tǒng)

隨著電子技術(shù)和余度技術(shù)的發(fā)展，七十年代初，出現(xiàn)了電傳操縱系統(tǒng)（FBW），并成為飛機的主操縱系統(tǒng)。電傳操縱系統(tǒng)：是控制增穩(wěn)系統(tǒng)的必然產(chǎn)物，它去掉了增穩(wěn)系統(tǒng)的機械桿系，而改用導(dǎo)線，用電信號代替機械信號工作，就成了電傳操縱系統(tǒng)。飛機操縱系統(tǒng)的發(fā)展：小結(jié)：純機械操縱系統(tǒng)可逆助力器操縱系統(tǒng)電傳操縱系統(tǒng)不可逆助力器操縱系統(tǒng)控制增穩(wěn)操縱系統(tǒng)增穩(wěn)操縱系統(tǒng)第二節(jié)飛機操縱系統(tǒng)的基本工作

原理一、對飛機操縱系統(tǒng)的要求操縱系統(tǒng)是一個機構(gòu)傳力部件，它直接或間接感受舵面鉸鏈力矩的變化，應(yīng)具有足夠的強度、剛度、且重量輕和使用維護方便。同時它也應(yīng)能給駕駛員提供合適的桿力和桿位移。對于這一要求，一般表現(xiàn)在如下三個方面：（一）保證駕駛員能正常操縱飛機。包括：1.駕駛員的操縱動作必須符合人的本能反映習(xí)慣。2.駕駛員通過駕駛桿可同時操縱副翼和升降舵，兩舵面的偏轉(zhuǎn)應(yīng)保證互不干擾。3.駕駛員的操縱桿力和桿位移要恰當(dāng)。

4.縱向、橫向或航向的操縱桿力要匹配。5.操縱系統(tǒng)的啟動力應(yīng)在合適的范圍內(nèi)，以減輕駕駛員的疲勞或防止駕駛員無意識動桿。6.限制操縱系統(tǒng)的操縱延遲。7.具有既合適又足夠的即使桿力和位移，以保證舵面的最大偏轉(zhuǎn)角和完成飛機作各種機動的要求。8.操縱系統(tǒng)元件與其它相鄰結(jié)構(gòu)件之間要保持一定的間隙，以保證操縱系統(tǒng)在任何飛行狀態(tài)下不被卡死。（二）具有良好的動態(tài)品質(zhì)。（三）工作應(yīng)十分安全可靠。典型的飛機操縱系統(tǒng)由中央操縱機構(gòu)和

傳動系統(tǒng)兩部分組成。中央操縱機構(gòu)：是駕駛員直接操縱的部

分。由手操縱和腳操縱兩部分組成。手操縱機構(gòu)有駕駛桿式和駕駛盤式兩種腳操縱機構(gòu)有平放式和立放式兩種。二、飛機操縱系統(tǒng)的組成和傳動

關(guān)系（一）飛機操縱系統(tǒng)的組成某型殲擊機的中央操縱構(gòu)減速板按鈕剎車把手投彈按鈕射擊按鈕駕駛桿升降舵?zhèn)鲃訔U限動釘方向舵?zhèn)鲃訔U腳蹬調(diào)整卡鎖腳蹬調(diào)整卡鎖支架副翼傳動桿腳蹬駕駛桿式手操縱系統(tǒng)33OO123412aOO4bb駕駛盤式手操縱機構(gòu)及其原理圖腳蹬平放式腳操縱機構(gòu)腳蹬桿橫桿腳蹬鋼索腳蹬立放式腳操縱機構(gòu)腳蹬方向舵操縱鋼索aabb至方向舵ba操縱系統(tǒng)的小片段傳動系統(tǒng)：是從中央操縱機構(gòu)至舵面之間的那部分線系。常規(guī)的傳動系統(tǒng)有三種結(jié)構(gòu)型式：硬式傳動系統(tǒng)軟式傳動系統(tǒng)

混合式傳動系統(tǒng)

軟式和硬式操作系統(tǒng)手操縱腳操縱軟式硬式軟式硬式升降舵升降舵副翼副翼方向舵方向舵駕駛桿駕駛桿腳蹬腳蹬

硬式傳動系統(tǒng)：主要靠拉桿和搖臂傳力。剛度大，不易變形，舵面不易引起振動但重量大，構(gòu)造復(fù)雜，系統(tǒng)通過機內(nèi)裝備不便。軟式傳動系統(tǒng)：主要靠剛索張力傳力，必須備有兩根剛索構(gòu)成回路輪流受拉起作用。重量輕，構(gòu)造簡單，通過性好，但剛度小，剛索受力后易伸長變形，受溫度影響大，操縱靈敏性差。剛索在轉(zhuǎn)彎處繞過滑輪，摩擦大，易磨損，生存力也差

操縱系統(tǒng)的主要傳動構(gòu)件1.拉桿和搖臂拉桿：由兩端耳片接頭和管材組成，是受拉或受壓的細(xì)長構(gòu)件。由于拉桿是受拉或壓的細(xì)長構(gòu)件，要考慮它抵抗總體失穩(wěn)的能力。搖臂：主要用來傳遞力、位移、或改變它的大小和方向，或僅作支持用。剛度要好。

各種搖臂(a)支臂(b)單臂搖臂(c)舵面操縱搖臂(d)雙臂搖臂(e)散臂搖臂(f)平面搖臂彎曲不好拉壓彎曲扭轉(zhuǎn)好(g)空間搖臂2.剛索和滑輪、剛索張力補償器剛索：由多股鋼絲編織而成，它靠張力傳力。受拉易伸長，須預(yù)加拉緊力，可以減小剛索傳動中產(chǎn)生的張力?；啠褐С謩偹骰蚋淖儎偹鞯倪\動方向和力的大小。剛索、剛索接頭及其連接(a)鋼索的加強套(d)螺套接頭(c)帶眼接頭(g)松緊螺套(b)鋼索與扇形塊連接(f)松緊螺桿(e)螺桿接頭縮緊套管鋼索扇形塊圓柱體連接桿鋼索源頭滑輪和扇形輪剛索張力補償器：由于飛機所受的外載荷以及周圍氣溫變化很大，使機體結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)產(chǎn)生不同的變形，剛索就會變松或拉緊，即產(chǎn)生間隙或附加摩擦。剛索張力補償器能始終保持剛索適當(dāng)?shù)膹埩Α］S承：為保證操縱靈活且不被卡死，在操縱系統(tǒng)各交點處都安裝有軸承。是標(biāo)準(zhǔn)件。剛索張力隨溫度變化關(guān)系曲線溫度o張力(kgf)2.53剛索張力補償器（二）操縱系統(tǒng)的傳動系數(shù)和傳動比傳動系數(shù)和傳動比是操縱系統(tǒng)的兩個重要的特征參數(shù)，用它來表示操縱系統(tǒng)力和位移的傳動關(guān)系。傳動系數(shù)：是舵偏角增量Δφ與駕駛桿位移增量Δx之比。常用符號k表示。

k=Δφ/Δx（1/米）操縱系統(tǒng)的傳動系數(shù)xFOQrMjk=Δφ/Δx傳動系數(shù)也可定義為駕駛桿力與舵面鉸鏈力矩之比:若不考慮系統(tǒng)摩擦力，那么駕駛員桿力

F所做的功應(yīng)等于舵面鉸鏈力矩Mj驅(qū)動舵面偏轉(zhuǎn)所做的功：

F?Δx=Mj?Δφ符號規(guī)定：駕駛桿前推為正，后拉為負(fù)。k=F/Mj傳動系數(shù)要適當(dāng)選?。簁不可太大，也不可太小。通常k在如下統(tǒng)計值范圍內(nèi)選取：

升降舵操縱：k=2.3~3.2

方向舵操縱：k=5.1~8.1

副翼操縱：k=1.7~2.9傳動比：表示駕駛桿力F與舵面操縱搖臂上的傳動力Q之比值。常用n表示。

n=F/Q可見，傳動系數(shù)和傳動比的關(guān)系為：

k=F/（Q?r）=n/r兩者具有同樣的意義，兩者成正比。

操縱系統(tǒng)是由多個搖臂用拉桿連接起來的，所以操縱系統(tǒng)傳動比也由各搖臂傳動比組成。Fr1r2P1r3r4r5r6r7P2P3QABCr

操縱系統(tǒng)中任一搖臂的傳動比n：

表示它主動端上的作用力與從動端上的作用力之比，也等于從動端位移與主動端位移之比。搖臂傳動比搖臂的傳動比也可由從動臂和主動臂的有效臂長之比確定:

n=F1/F2=Δx2/Δx1=r2`/r1`=r2sina/r1X1X2F1F2r1r2操縱系統(tǒng)的傳動比操縱系統(tǒng)的傳動比等于系統(tǒng)各搖臂傳動比的連乘積，也等于各搖臂從動臂有效半徑乘積與主動臂有效半徑乘積之比。Fr1r2P1r3r4r5r6r7P2P3QABCr差動操縱：是當(dāng)駕駛桿向前、后（或向左、右）作相同的位移時，舵面向上、下的偏轉(zhuǎn)角不等的操縱。C3C2C1abBAC

b0a0212

12

1操縱系統(tǒng)線路布置特點1.線路要短且盡量貼近機身表面，使結(jié)構(gòu)緊湊且便于維護。2.系統(tǒng)交點接頭盡量要少，且必須布置在剛度較強的結(jié)構(gòu)件上。全動平尾操縱系統(tǒng)線路布置液壓助力器的安裝和傳力斜加強支座縱向加強型材3.助力器盡量靠近舵面布置，且要有足夠大的固定支持剛度，這樣可以減輕后段系統(tǒng)的重量和改善助力器動態(tài)性能。典型客機副翼操縱系統(tǒng)214143(a)構(gòu)造圖(b)副翼操縱系統(tǒng)示意圖左駕駛盤10作動筒10右副翼左副翼配平操縱鋼索鋼索扇形輪雙重操縱鋼索鋼索補償器三角力臂鋼索補償器彈簧支柱3感覺彈簧支柱操縱系統(tǒng)的強度和剛度1.操縱系統(tǒng)外載荷

操縱系統(tǒng)的外載荷必須按強度規(guī)范要求確定。操縱系統(tǒng)的設(shè)計載荷取安全系數(shù)f=1.5,助力器后段取f=2.0。2.操縱系統(tǒng)剛度操縱系統(tǒng)剛度是在駕駛桿固定情況下，產(chǎn)生舵面單位偏角φ所需施加的舵面鉸鏈力矩Mj。即C=Mj/φ(N?M)剛度對操縱系統(tǒng)十分重要，