飛機操縱系統(tǒng)

1、電傳操縱技術1電傳操縱技術的發(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 一套相當復雜的機械聯(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?shù)牟倏v品質還是必要的，人工桿力的設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，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是航空領域中一種將 航空器駕駛員的操縱輸入，通過轉換器轉變?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構特性而非控制系統(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)行機構或舵 面之間，計算機系統(tǒng)通過軟件程序實際上修改了飛行員（對于非飛機系統(tǒng)，指操作員）的輸入。當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)過仔細設計靜穩(wěn)定性很低，甚至為負。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 從一開始就應用電傳操縱技術，而 波音則是在777系列之后應用此項技術。電傳操縱系統(tǒng)能夠更靈活地響應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。駕駛員的指令被轉換成電信號，飛行控制計算機確定如何恰當?shù)仳寗舆B接在每個操縱面上 的執(zhí)行機構以提供想要的響應。最初的執(zhí)行機構通常是液壓式的， 現(xiàn)在電動執(zhí)行 機構也已經(jīng)被研制出來。關于電傳操縱系統(tǒng)的主要擔憂是可靠性問題。 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)飛機的側風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的小型側操縱桿 （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。而它的技術和概念與傳統(tǒng)飛機的技術有著較大的區(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（FDX,使推力穩(wěn)定，燃油 量減

10、小。電傳操縱技術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、風切變、超速等復雜狀態(tài)都提供了很好的保護程序，加上設備本身 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) 在滿足側駕駛桿在選擇目標軌跡外和除了對復雜狀態(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。側桿和側風幾乎風馬牛不相及，但從傳統(tǒng)飛機桿狀的側桿飛行的飛行員， 對于電傳側桿飛機來修正側風問題值得討論。首先，側風的修正一般通常分為三 種方法：1、側滑修正即用跑道的航向來校準飛機的正確性向風來的方向壓適量 的坡度產(chǎn)生側滑，同時向相反的方向蹬舵，制止飛機因坡度而室航向偏轉，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風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風較大時用一部分偏流帶一點側滑進行修正五 邊的著陸軌跡。但無論用那一種方法進行修正側風，

12、 一般在飛機接地前的瞬間均 應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機型修正側風時通常為偏流修正，即向上 風方向修正一個偏流，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滑角；而長五邊進近中，飛機的側桿通常處于中立位，飛機 平穩(wěn)保持選定的俯仰和橫滾姿態(tài)，在姿態(tài)限制內飛機能夠抵御由側風引起的顛簸 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。在模擬機訓練時，當學員五邊進近不穩(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