自動飛行控制系統(tǒng)AFCS

1、渦輪發(fā)動機(jī)飛機(jī)第六章自動飛行控制系統(tǒng)AFCS 自動飛行控制系統(tǒng)的組成和基本功能自動駕駛儀（AP）飛行指引（FD）偏航阻尼系統(tǒng)（YDS）俯仰配平系統(tǒng)（Auto Trim）自動油門系統(tǒng)（ATS）6.1自動飛行控制系統(tǒng)AFCS的組成和基本功能系統(tǒng)的功用一一自動飛行控制系統(tǒng)可在除起飛的飛機(jī)的整個飛行階段中使用：離場、爬升、巡航、下降和進(jìn)近著陸。6.1.1自動飛行控制系統(tǒng)AFCS由下列分系統(tǒng)組成：自動駕駛儀（A/P）既可用于控制飛行軌跡，也可用于控制飛行速度減輕飛行員 的工作負(fù)擔(dān)，還可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的自動著陸。飛行指引儀（F/D）在PFD或EADI上顯示計算機(jī)提供的自動飛行的指令使飛行 員按照飛行指引桿的指引

2、 駕駛飛機(jī)，或監(jiān)控飛機(jī)的姿態(tài)。自動配平系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)飛機(jī)的水平安定門，改善飛機(jī)的俯仰穩(wěn)定性偏航阻尼系統(tǒng)（丫/D ）改善飛機(jī)整個飛行階段的動態(tài)穩(wěn)定性自動油門系統(tǒng)（ATS）自動調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)輸出功率，實(shí)現(xiàn)最佳飛行，并減輕飛行 員的負(fù)擔(dān)。偏航阻尼系統(tǒng)與自動配平系統(tǒng)合稱為增穩(wěn)系統(tǒng)。飛行管理系統(tǒng)FMS在現(xiàn)代飛機(jī)上，利用飛行管理系統(tǒng) FMS，可完成對飛機(jī)的全自動導(dǎo)航； 提 供從起飛到進(jìn)近著陸的最優(yōu)側(cè)向飛行軌 跡和垂直飛行剖面的計算， 實(shí)現(xiàn)最佳飛行。FMS的輸出信號加到AFCS,控制自動飛行控制系統(tǒng) 的工作，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)的制導(dǎo) 和推力管理；同時監(jiān)測AFCS的工作，防 止 飛機(jī)在不正常條件下的自動飛行。6.1.3 A

3、FCS的基本結(jié)構(gòu)AFCS的基本組成：飛行控制計算機(jī)一一計算控制指令。控制板一一（方式控制板MCP）是人機(jī)接口，用于向計算機(jī)輸入飛行員的控制 指令，如飛行方式、速度、高度等。輸出設(shè)備一一將計算機(jī)產(chǎn)生的控制信號加到飛行控制系統(tǒng)（通過舵機(jī)控制飛行操 縱面等），將顯示信息輸往顯示器。數(shù)字式AFCS的結(jié)構(gòu)80年代AP/FD計算機(jī)集成為FCC電子飛行控制系統(tǒng)EFCS的結(jié)構(gòu)電傳操縱 FBW 通過 電信號取代機(jī)械操 縱機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對飛 機(jī)操縱 面的控制。 飛行管理制導(dǎo)包絡(luò)計 算機(jī) FMGEC AP、 AD 功能、偏 航阻尼、 配平功能及失速、 超速等飛行安全極 限監(jiān)控。 數(shù)字式發(fā)動 機(jī)全權(quán)電 子控制系統(tǒng) FAD

4、EC 利用計 算機(jī)實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī) 油門等 的完全的自 動控制。6.2 自動駕駛儀 AP 6.2.1 自動駕駛儀的功用與組成 6.2.2 自動駕駛儀的基本原理 6.2.3 自 動駕駛儀的工作方式6.2.1 自動駕駛儀的功用與組成 自動駕駛儀的主要功能：1）自動保持飛機(jī)沿三個軸的穩(wěn)定 保持姿態(tài)角；航向、高度、升降速度、俯預(yù)定的高度等飛行；2）按照飛行員的指令，自動操縱飛機(jī)達(dá)到指定的仰角等；3）按照飛行員的設(shè)定，控制飛機(jī)按指定的航向、4）在 FMC 的控制下，執(zhí)行飛行計劃，按預(yù)定的 航線飛行；5）與儀表著陸系統(tǒng)相耦合，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的自動著陸。自動駕駛儀的基本組成 傳感器，測量裝 置（ IRU 等） 敏感元

5、件； 信號計算處理裝 置（計算 機(jī)） 計算 元件； 比較放大器 放大元件；伺服系統(tǒng)（陀 機(jī)） 執(zhí)行 機(jī)構(gòu)； 控制顯示裝置 顯示元件。自動駕駛儀的部件功用1）傳感器、測量裝置 敏感元件，如 IRU 、垂直陀螺等。 敏感飛機(jī)的姿 態(tài)，測量飛機(jī)的運(yùn)動參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換為電信 號輸入 AP。2）比較放大器 放大元件 ,比較輸入基準(zhǔn)指令與實(shí)時的測 量信號，產(chǎn)生、 計算誤差（控制） 指令； 放大經(jīng)信號處理元件處理后的 信號 （一般指功率放大 ）,輸 送給伺服系統(tǒng)。 信號處理元 件 計算元件，把各種敏感元件的輸出信號 處理為符 合控制規(guī)律要求的信號；3）伺服系統(tǒng)（陀機(jī)） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)放大元件的輸出 的誤差信

6、號，產(chǎn)生 操縱舵面的作用力， 驅(qū)動舵面偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)， 亦稱為舵面控 制組件。4）反饋回路 利用傳感器感受舵面的運(yùn)動， 反饋給比較 器，與基準(zhǔn)信 號相比較， 不斷修正誤差信號， 以使舵面的平 滑、準(zhǔn)確 地運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)控制要求。（5）控制（顯示）面板一一用于向AP提供指令，完成系統(tǒng)的 接通/斷開、工作 方式的選擇以及通告顯示等。622自動駕駛儀的的基本原理自動駕駛 儀是一種閉 環(huán)控制系統(tǒng)。其工作過程為包含誤差敏感、誤差糾正和舵面隨動的閉環(huán)控制過程。自動駕駛儀包含有內(nèi)回路和外回路兩個反饋回路。自動駕駛儀的內(nèi)回路內(nèi)回路一一控制飛機(jī)的姿態(tài)。內(nèi)回路比較器將飛機(jī)的實(shí)際姿態(tài)與姿態(tài)指令進(jìn)行比較， 產(chǎn)生姿態(tài)誤差信號。姿

7、態(tài) 誤差信號通過伺服系統(tǒng)操縱飛行控制舵面， 使控制舵面相應(yīng)偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)姿 態(tài)的控制。 實(shí)際姿態(tài)由IRU或垂直陀螺提供。姿態(tài)指令來自于駕駛員選擇的工作模式或外回路。伺服馬達(dá)：液力、電動或氣動。速度適配電路：使飛機(jī)姿態(tài)變化一定量所需 的舵面偏轉(zhuǎn)量與空速有關(guān)一一 空速較高時所需 的舵面偏轉(zhuǎn)量小。自動駕駛儀的外回路外回路一一控制飛機(jī)的航路： 外回路比較器將飛機(jī)的實(shí)際航路與設(shè)計（計算） 航路相比較，產(chǎn)生航路誤差 信號。航路誤差信號轉(zhuǎn)換為內(nèi)回路的姿態(tài)指令，輸 入內(nèi)回路，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)航路 的控制。關(guān)于姿態(tài)限幅器姿態(tài)限幅器用于限制從外回路進(jìn)入內(nèi)回路的姿態(tài)指令，以防止導(dǎo)致飛機(jī)進(jìn)入危險傾斜或俯仰狀態(tài)，保障 安全

8、和舒適性。 多數(shù)飛機(jī)的傾斜限制為30，可在5至 25間調(diào) 節(jié)；飛機(jī)的俯仰限制為上仰25,下俯10。6.2.3自動駕駛儀的工作方式通過三個控制通道分別控制飛機(jī)的副翼、升降陀和方向陀： 俯仰通道一一控制升降陀的通道（升降陀通道）； 航向通道一一控制方向陀的通道（方向陀通道）； 橫滾通道一一控制副翼的通道（副翼通道）?？v向通道一一穩(wěn)定和控制飛機(jī)的俯仰姿態(tài)、高度、速度、升降速度等； 橫側(cè)向通道一一因航向通道和橫滾通道的信號交連，統(tǒng)稱為橫側(cè)向通道。橫側(cè)向通道穩(wěn)定和控制飛機(jī)的航向角、傾斜角、偏航距離等。在不同的工作方式，通過對上述變量的控制，可實(shí)現(xiàn)以下功能：姿態(tài)保持、高度保持、航向保持、自動 改平、復(fù)飛。

9、方式控制板 MCP方式控制板 MCP各方式的控制板集成為方式控制板 MCP。MCP上設(shè)置有：F/D銜接電門；左、 中、右三個獨(dú)立通道的自動駕駛銜接電門；自動著陸多通道銜接的進(jìn)近電門APP；自動駕駛的人 工脫開電門；速度、高度、航向、升降速度指令輸入旋鈕 等。方式控制板MCP速度、高度、航向、升降速度指令輸入旋鈕等。自動駕駛儀的銜接和脫開銜接：到達(dá)接通高度、滿足接通條件、按下接通(銜接)電門。 接通后，可選 取或轉(zhuǎn)換工作方式。常用脫開方式：按壓駕駛盤上的脫開按鈕 脫開A/P ；擦作人工配平開關(guān)時也脫開；人工強(qiáng)行脫開：向俯仰、橫滾和航向通道 施加足夠的力；自動脫開：電源、液壓等系統(tǒng)故障。脫開時都會

10、有脫開警告信號。自動駕駛儀的兩種銜接方式駕駛盤操作方式CWS (也稱為飛行員操作方式CCW)飛行員通過駕駛盤發(fā) 出的操縱指令，轉(zhuǎn)換為操縱信號輸入 FCC ；飛行控制計算機(jī)FCC在飛行員操縱指令的控制下，輸出控制信號，驅(qū)動舵面運(yùn) 動，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)的操縱。 在CWS方式，A/P只相當(dāng)于飛行員進(jìn)行操縱的 助力 器”相當(dāng)于電傳操縱飛 機(jī)上的人工操作。指令方式CMD飛行員通過方式控制板 MCP上的控制元件選擇工作方式， 輸入控制指令(航向、飛行高度、速度)；A/P根據(jù)輸入的控制指令和各傳感器 的輸入信號，縱向通道和橫側(cè)向通道分別以不同的方式工作，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)的自動操縱?？v向通道的工作方式：高度保持(ALTI

11、TUDE HOLD)升降速度(垂直速度)(V/S)高度層改變(LEVEL CHANGE)高度截獲獲高度獲得(ALTITUDE ACQUIRE)垂直導(dǎo)航(V NAV)下滑道(G/S)復(fù)飛(GO AROUND)等。橫側(cè)向通道的工作方式：航向保持(HEADING HOLD)航跡(TRACK)水平導(dǎo)航(L NAV) VOR航向道(LOC)復(fù)飛(RWY TRACK)等。橫向和縱向的不同工作方式，對應(yīng)于不同的控制軌律。6.3飛行指引儀FD飛行指引儀的功用：自動駕駛儀銜接前，為飛行員提供目視的飛行指引指令；自動駕駛儀銜接后，用以監(jiān)控自動駕駛系統(tǒng)的工作狀態(tài)。飛行指引儀的工作原理： 將飛機(jī)實(shí)際的飛行路線與目標(biāo)路

12、線進(jìn)行比 較，得出進(jìn) 入目標(biāo)路線所需要的操縱量，在指引儀上采用簡明的表達(dá)方式，直接顯示出操縱 要求的指令：俯仰一一向上還是向下、傾斜 向左還是向右飛行。6.4偏航阻尼系統(tǒng)的功用當(dāng)飛機(jī)的方向平衡受破壞時，偏航阻尼系統(tǒng)利用偏轉(zhuǎn)方向舵產(chǎn)生的方向操縱力矩 來平衡使機(jī)頭偏轉(zhuǎn)的力矩， 以保持飛機(jī)的方向平衡，從而抑制飛機(jī)繞立軸和縱 軸的擺動一一荷蘭滾”偏航阻尼系統(tǒng)通過偏轉(zhuǎn)方向舵：將飛機(jī)由于荷蘭滾所引起的航向偏差減至最??；將陣風(fēng)引起的側(cè)滑減至最小；將湍流引起的機(jī)體變形所導(dǎo)致的飛機(jī)振蕩減至最小；此外，還可提供飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎協(xié)調(diào)信號。642荷蘭滾當(dāng)機(jī)翼帶后掠角的高速飛機(jī)受到沿偏航軸的側(cè)風(fēng)擾動時，機(jī)體會產(chǎn)生沿其立軸和縱

13、軸的周期性擺動， 即飛機(jī)出現(xiàn)左右偏航的同時，伴隨著左右橫滾運(yùn)動一一荷 蘭滾”6.4.3偏航阻尼系統(tǒng)的組成偏航阻尼計算機(jī)一一用于計算方向舵的偏轉(zhuǎn)量。偏航阻尼伺服馬達(dá)一一用于驅(qū)動方向舵。偏航阻尼器控制板一一用于銜接或斷開偏航阻尼系統(tǒng) 偏航阻尼指示一一位置指示、狀態(tài)顯示以及警戒信息。 速率陀螺一一用于探測航向的變化率。偏航阻尼計算機(jī)用于計算方向舵的偏轉(zhuǎn)量。（1）帶通濾波器接受飛機(jī)的偏航信號，濾除正常的轉(zhuǎn)彎信號。偏航阻尼速 率信號達(dá)到荷蘭滾震蕩頻率才能通過濾波器。（2）速度補(bǔ)償電路一一接受大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)的空速信號，以根據(jù)空速 來修正方 向舵偏轉(zhuǎn)量。空速越大，方向舵的偏轉(zhuǎn)角度越小。（3） 協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎電路 接收由垂直陀螺或慣導(dǎo)系統(tǒng)的橫滾姿態(tài)信號，協(xié)調(diào)飛機(jī) 的轉(zhuǎn)彎。偏航阻尼器控制板偏航阻尼銜接電門的兩個功能：銜接和指示按下按鍵或扳到ON位一按鍵保持在O