第9章 自動油門系統(tǒng)《民航飛機自動飛行控制系統(tǒng)》

《民航飛機自動飛行控制系統(tǒng)》?精品課件合集自動油門系統(tǒng)第九章目 錄CONTENTS1飛行速度的控制方案2自動油門系統(tǒng)概述自動油門系統(tǒng)的接口5自動油門系統(tǒng)的接口自動油門系統(tǒng)的組成和在飛機上的安裝位置346 自動油門系統(tǒng)的控制、顯示和使用飛行速度的控制方案第1節(jié)1.1

自動駕駛儀控制飛機速度的原理自動駕駛儀控制飛機速度的方法是將速度誤差信號和速度給定信號引入自動駕駛儀的俯仰通道，通過操縱升降舵來改變飛機的俯仰姿態(tài)，從而改變飛機的飛行速度。自動駕駛儀控制飛機速度的原理1.2

自動油門系統(tǒng)控制飛機速度的原理將速度誤差信號和速度給定信號引入自動油門控制系統(tǒng)，通過控制發(fā)動機油門的方法實現(xiàn)對飛行速度的控制。由于飛機縱向運動中飛行速度和俯仰姿態(tài)角之間存在著氣動耦合，當(dāng)增加推力時，不僅會直接引起飛行速度的增加，而且還會引起俯仰角（航跡角）的增大，俯仰角增大又會導(dǎo)致飛行速度下降。因此要改變飛行速度必須保持俯仰角。所以，通常自動油門系統(tǒng)必須與自動駕駛儀（姿態(tài)保持功能）配合使用才能達到速度控制的目的。通過自動油門系統(tǒng)控制飛機的速度1.3

交叉耦合控制飛機速度的方法交叉耦合控制飛機速度的方法是在對速度進行控制的同時，還要對飛機的俯仰運動參數(shù)進行控制或保持。交叉耦合控制飛機速度的原理自動油門系統(tǒng)概述第2節(jié)2

自動油門系統(tǒng)概述自動油門系統(tǒng)可以在起飛、爬升、巡航、下降、進近、著陸和復(fù)飛階段使用。在這些階段中自動油門系統(tǒng)應(yīng)該具備以下功能：速度保持功能速度保護功能進場功能自動檢測功能起飛/復(fù)飛功能2

自動油門系統(tǒng)概述自動油門系統(tǒng)及其使用的飛行階段自動油門計算機使用來自飛機傳感器的數(shù)據(jù)計算發(fā)動機推力。自動油門控制發(fā)動機推力以響應(yīng)機組在

AFCS

MCP

板上和駕駛艙內(nèi)選擇的方式以及來自

FMC

的方式。自動油門系統(tǒng)的工作方式總體來說有兩種，即推力方式和速度方式。自動油門的工作方式可以通過

3

種方法確定：一是通過MCP

板人工確定，二是在

AFCS

銜接時由AFCS

自動選擇，三是通過油門桿上的起飛/復(fù)飛電門（TO/GA電門）人工選擇。自動油門系統(tǒng)的組成和在飛機上的安裝位置第3節(jié)3

自動油門系統(tǒng)的組成和在飛機上的安裝位置自動油門系統(tǒng)由自動油門計算機、自動油門伺服電機（A/T

Servomotors，A

S

M

s

）

、

油門解算器（

T

h

r

u

s

tResolver，TR）組件、具有摩擦制動器和離合器的齒輪箱、油門桿和自動油門伺服電機之間的機械連接部分、MCP

板上的自動油門預(yù)位/斷開電門和自動油門方式選擇電門、油門桿上的起飛/復(fù)飛（TO/GA）電門、油門桿上的自動油門脫開電門，以及自動油門方式通告牌等組成自動油門系統(tǒng)的組成3

自動油門系統(tǒng)的組成和在飛機上的安裝位置自動油門計算機和自動油門程序電門組件安裝在電子設(shè)備艙內(nèi)。方式控制板（

M

C

P

）

、

油門桿上的TO/GA

電門、油門桿上的自動油門脫開電門、自動飛行狀態(tài)通告牌以及外側(cè)的飛行顯示器（PFD）和中央顯示組件（發(fā)動機顯示器）等都安裝在駕駛艙內(nèi)。自動油門系統(tǒng)中駕駛艙內(nèi)的部件及安裝位置3

自動油門系統(tǒng)的組成和在飛機上的安裝位置自動油門伺服馬達（ASM）安裝在中央操縱臺和駕駛艙地板下面的前設(shè)備艙內(nèi)，

通過齒輪箱、推力解算器組件以及操作臺下面機械裝置與油門桿連接在一起自動油門伺服馬達及相關(guān)部件的安裝位置自動油門系統(tǒng)的接口第4節(jié)4

自動油門系統(tǒng)的接口自動油門計算機和各系統(tǒng)組件、傳感器和電門之間交換數(shù)字信號、模擬信號和離散信號。自動油門電源接口和模擬離散信號接口如右圖所示。自動油門電源接口和模擬離散信號接口4.1

電源接口在跳開關(guān)板上有兩個跳開關(guān)用于向自動油門計算機提供

28V

直流電。通常情況下，自動油門計算機使用

BUS

1

的電源。如果

BUS

1失效，自動油門將使用

BUS2

的電源。在自動油門前面板上有

ASM

1

和

ASM

2

兩個跳開關(guān)，自動油門計算機通過這兩個跳開關(guān)分別向左、右兩個自動油門伺服馬達提供28V直流電。自動油門計算機上的

ASM

跳開關(guān)4.2

模擬離散信號接口自動油門計算機接收模擬離散信號，模擬信號有來自

TO/GA

電門的起飛/復(fù)飛請求、來自自動油門脫開電門的脫開邏輯、來自

ASA

的自動油門脫開警告刪除/復(fù)位信號、來自MCP板的方式選擇信號、來自

FCC

的所需方式離散信號以及來自程序電門模塊的銷釘選擇信號。起飛/復(fù)飛（TO/GA）電門安裝在油門桿上。該電門用于選擇起飛方式或復(fù)飛方式。在地面，該電門選擇起飛方式；在空中，如果復(fù)飛方式已經(jīng)預(yù)位，則該電門選擇的是復(fù)飛方式。當(dāng)自動油門脫開時，將向自動飛行狀態(tài)通告牌（ASA）發(fā)送一個信號，使

ASA

上紅色的A/T

燈閃亮。自動油門計算機向顯示電子組件（DEU）發(fā)送自動油門工作方式信號，以便在

PFD

的FMA

上顯示相應(yīng)的方式通告信息。4.3

自動油門的數(shù)字輸入接口自動油門數(shù)字輸入接口自動油門計算機接收來自方式控制板（MCP）、電子式發(fā)動機控制器（EEC）、飛行管理計算機（FMC）、無線電高度表（RA）、失速管理偏航阻尼器（SMYD）、大氣數(shù)據(jù)慣性基準組件（ADIRS）以及自動油門伺服馬達（ASM）的數(shù)字信號，并用這些數(shù)據(jù)計算伺服馬達的速率指令，以控制發(fā)動機的推力。自動油門數(shù)字輸入接口如圖。4.3

自動油門的數(shù)字輸入接口DFCS的MCP

板自動油門方式控制板可以是獨立的，但在大型飛機上一般和自動飛行控制系統(tǒng)合用一個MCP

板。操作人員通過

MCP板上的電門和自動油門系統(tǒng)接口。MCP

板上的自動油門方式控制部分4.3

自動油門的數(shù)字輸入接口電子式發(fā)動機控制器（EEC）每一個

EEC

都向自動油門計算機發(fā)送推力解算器角度（TRA）、N1

指令顯示、最大前推慢車TRA、預(yù)計修正推力、實際

N1TRA、目標

N1TRA、最大

N1TRA

以及

5°/s

響應(yīng)的

TRA

的數(shù)字信號。顯示電子組件（DEU）將目標

N1值發(fā)送給電子式發(fā)動機控制器（EEC），電子式發(fā)動機控制器利用該數(shù)據(jù)計算與目標

N1值對應(yīng)的推力解算器角度（TRA）目標值。飛行管理計算機（FMC）飛行管理計算機向自動油門計算機發(fā)送目標

N1

值、全重、最小速度、FMC高度、大氣靜溫、時間/日期以及

BITE測試信息等數(shù)字信號。4.3

自動油門的數(shù)字輸入接口無線電高度表（Radio

Altimeter，RA）無線電高度表的收/發(fā)機向自動油門計算機發(fā)送無線電高度信息。在進近階段自動油門利用該數(shù)據(jù)來確定控制律增益，并用作拉平收油門的備用信號。失速管理偏航阻尼器（SMYD）失速管理偏航阻尼器向自動油門計算機發(fā)送最小操縱速度信號，以便進行最小速度包線控制。大氣數(shù)據(jù)慣性基準組件（ADIRU）大氣數(shù)據(jù)慣性基準組件向自動油門計算機發(fā)送計算空速、最大允許空速（VMO/MMO）、未修正的高度、修正氣壓高度、馬赫數(shù)、大氣靜溫（SAT）、大氣總溫（TAT）、高度變化率、靜壓、總壓、真實速度以及迎角等大氣數(shù)據(jù)的數(shù)字信號。4.3

自動油門的數(shù)字輸入接口自動油門伺服電機（Autothrottle

ServoMotors，ASM）自動油門伺服電機接收來自自動油門系統(tǒng)的推力變化率指令數(shù)字信號，并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電氣脈沖信號，以驅(qū)動伺服電機。電機通過齒輪箱和摩擦式離合器驅(qū)動推力解算器組件，進而將油門桿驅(qū)動到期望的推力解算器角度。推力解算器組件再將推力解算器角度以數(shù)字信號的形式發(fā)送到電子式發(fā)動機控制器，以便設(shè)置合適的推力值。自動油門伺服電機向自動油門計算機發(fā)送伺服狀態(tài)，測量速率以及測量力矩等反饋信號。4.4

自動油門的數(shù)字輸出接口自動油門計算機通過

BUS

1

和BUS

2

兩條數(shù)據(jù)總線向各用戶發(fā)送數(shù)字信號。自動油門計算機通過

BUS

2

連接的設(shè)備有

ASM1

和

ASM

2。自動油門計算機通過

BUS

2向ASM1

和

ASM2

發(fā)送推力變化率指令、TRA

選擇和

TRA最大限制等數(shù)字信號。自動油門系統(tǒng)的數(shù)字輸出接口自動油門的原理第5節(jié)5

自動油門的原理自動油門計算機是一個數(shù)字式計算機，它接收來自許多系統(tǒng)的輸入信號，用于計算油門桿指令。自動油門計算機由直接存儲器存?。―irectMemory

Access，DMA）、中央處理組件（CPU）、存儲器和電源供應(yīng)組件組成。自動油門計算機的功能5.1

自動油門計算機的功能模塊DMA

系統(tǒng)DMA系統(tǒng)包含

I/O設(shè)備、控制器和

RAM。DMA

的

I/O

設(shè)備接收

ARINC429

數(shù)據(jù)和模擬離散信號，進行轉(zhuǎn)換后，將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到DMA控制器。DMA

的

I/O

也接收來自

CPU

的數(shù)字信號，并在這些數(shù)據(jù)發(fā)送到其他系統(tǒng)之前將其轉(zhuǎn)換成ARINC429

數(shù)據(jù)和模擬離散信號。DMA

控制器控制著自動油門計算機的輸入/輸出數(shù)據(jù)。5.1

自動油門計算機的功能模塊CPU決定什么時候接通和脫開自動油門計算油門桿指令監(jiān)控系統(tǒng)的運行確定自動油門的工作方式5.1

自動油門計算機的功能模塊存儲器存儲器有

ROM

和非易失性存儲器兩種。ROM

中存放著計算機操作程序，非易失性存儲器用于存儲

BITE產(chǎn)生的維護數(shù)據(jù)。電源組件在自動油門計算機前模板上有

ASM

1

和

ASM

2

兩個跳開關(guān)。自動油門計算機通過這兩個跳開關(guān)向自動油門伺服電機提供電源。5.2

自動油門系統(tǒng)的方式選擇和指令計算自動油門的方式選擇自動油門各方式的指令計算所依據(jù)的參數(shù)5.2

自動油門系統(tǒng)的方式選擇和指令計算N1

方式N1方式在起飛，爬升和最大推力復(fù)飛這

3

個飛行階段中使用。在

N1

方式中，A/T

控制推力到

EEC

油門桿角度解算器計算的目標

N1

值。N1

方式可從下列

4

種方式選擇：駕駛員從

MCP

上人工地選擇

N1

方式。當(dāng)

DFCS

銜接時根據(jù)俯仰方式和飛機所處的飛行階段，DFCS

請求

N1方式。在地面上，按壓

TO/GA

電門。在空中，連續(xù)兩次按壓TO/GA

電門。5.2

自動油門系統(tǒng)的方式選擇和指令計算N1

方式在爬升期間，當(dāng)

DFCS

銜接于

VNAV

爬升或高度改變爬升時，F(xiàn)CC

指令

A/T

到

N1

方式。當(dāng)DFCS

未銜接時，駕駛員可以按壓

MCP上的

N1選擇器開關(guān)來人工地選擇

N1方式。在

N1方式，A/T

使用下列輸入信號：TRA

目標（EEC）目標

N1（FMC）TRA

實際（EEC）N1指令（EEC）最大

N1

TRA（EEC）5.2

自動油門系統(tǒng)的方式選擇和指令計算N1

方式推力管理計算機根據(jù)人工選擇的推力或自動飛行時

FMC（或

FCC）計算出的推力（各飛行階段不同），和發(fā)動機的實際推力相比較，計算出它們的差值；再根據(jù)飛機當(dāng)前的高度、速度、大氣溫度、姿態(tài)等，計算出油門控制指令，驅(qū)動伺服機構(gòu)，移動油門桿，保持所需推力。自動油門

N1

方式的原理5.2

自動油門系統(tǒng)的方式選擇和指令計算目標馬赫數(shù)速度方式在速度方式，A/T

通過控制發(fā)動機推力來控制飛機的速度，使實際空速與目標空速保持一致。目標空速來自

MCP

板，或飛行管理計算機。當(dāng)

VNAV

方式接通時，目標速度來自FMC，稱為

FMCSPD。當(dāng)

VNAV

方式?jīng)]有接通時，比如接通的是

FLCHG方式時，目標空速來自MCP

板，稱為

MCPSPD。目標空速 馬赫數(shù)真空速縱向加速度計算空速5.2

自動油門系統(tǒng)的方式選擇和指令計算速度方式推力計算機根據(jù)

MCP

板上給定的速度或

FMC

計算的目標空速（各飛行階段不同），和實際空速相比較，計算出它們的差值；再根據(jù)飛機當(dāng)時的高度和姿態(tài)等，計算出油門控制指令，驅(qū)動伺服機構(gòu)，移動油門桿，控制發(fā)動機推力，使飛機的空速保持給定空速。自動油門

SPD

方式的原理5.2

自動油門系統(tǒng)的方式選擇和指令計算油門保持方式油門保持方式是自動進入的。在起飛地面滑跑期間，當(dāng)計算空速為

80kt時，自動油門自動進入油門保持方式（THROTTLEHOLD）。在該方式中，A/T

斷開到自動油門伺服電機的電源，以防止起飛滑跑和初始的爬升期間

A/T移動油門桿。當(dāng)電源斷開時，A/T

方式在

FMA上顯示

THR

HLD（油門保持）。此時，機組可以人工控制油門桿。預(yù)位方式在預(yù)位方式，A/T

能夠并準備好接收指令，自動油門伺服電機已供電，但

A/T

控制邏輯阻止了伺服電機移動油門。飛行前

A/T

被預(yù)位后，或起飛滑跑過程中自動油門處于油門保持方式后已經(jīng)達到氣壓高度

800

ft，或在下降收油門過程中當(dāng)油門桿到達后止動位時，自動油門會進入預(yù)位方式。5.2

自動油門系統(tǒng)的方式選擇和指令計算回收油門方式在回收油門方式，A/T

將油門桿回收到后止動位?；厥沼烷T方式分為下降回收油門和拉平回收油門兩個子方式。下降回收出現(xiàn)在

VNAV

SPD下降過程中，或當(dāng)在

MCP

上

LVL

CHG下降被選擇時。拉平回收出現(xiàn)在著陸拉平過程中。復(fù)飛方式在進近期間，當(dāng)無線電高度低于

2

000

ft

時，復(fù)飛方式預(yù)位后，按壓

TO/GA

電門，A/T給出一個減推力復(fù)飛指令。A/T方式在

FMA

上顯示

GA（復(fù)飛）。在復(fù)飛方式中，A/T

使用

N1

方式、速度方式、TO/GA

電門輸入、無線電高度、總重以及襟翼位置等信號計算指令。如果在

MCP上選擇了

N1或速度方式，則復(fù)飛方式復(fù)位。自動油門系統(tǒng)的控制、顯示和使用第6節(jié)6.1

自動油門的主要控制組件MCP

板自動油門預(yù)位電門（Arm

Switch）自動油門預(yù)位燈（A/TArm

Light）自動油門推力（N1

或

EPR）方式選擇電門指示空速/馬赫數(shù)選擇器（IAS/MACH

Selector）指示空速/馬赫數(shù)顯示器（IAS/MACH

Display）指示空速/馬赫數(shù)切換電門（IAS/MACHChange/Over

Switch）自動油門速度（SPD

或

SPEED）方式選擇電門6.1

自動油門的主要控制組件油門桿上的

TO/GA

電門在每一個油門桿上都有一個起飛/復(fù)飛（TO/GA）電門，該電門用于啟動AFCS

中飛行指引儀的的起飛/復(fù)飛方式和自動油門的起飛/復(fù)飛方式。當(dāng)相關(guān)的條件具備時，如果飛機位于地面上，按壓該電門，啟動的是起飛方式；如果飛機位于空中，按壓該電門，啟動的是復(fù)飛方式。油門桿上的自動油門斷開電門在每一個油門桿都有一個自動油門斷開電門，如教材圖

9.15

所示。按壓任何一個自動油門斷開電門都能夠斷開自動油門系統(tǒng)。當(dāng)自動油門斷開警告出現(xiàn)時，再次按壓該電門，可以使自動油門斷開警告信號復(fù)位。6.2

自動油門的主要顯示組件PFD

上自動油門方式通告牌自動油門方式通告牌用于顯示自動油門當(dāng)前的工作方式。在有些飛機上，有專門的

A/T方式通告牌。自動油門方式通告牌6.2

自動油門的主要顯示組件ASA

前面板上的自動油門斷開警告燈A/T

斷開警告燈在自動飛行控制系統(tǒng)狀態(tài)通告牌上有

A/T

斷開警告燈。當(dāng)自動油門系統(tǒng)斷開時，琥珀色A/T燈閃亮A/T

斷開警告當(dāng)自動油門斷開時，紅色的

A/T

燈閃亮，表示自動油門已經(jīng)斷開。當(dāng)

A/T

處于

BITE中時，該燈也亮。警告復(fù)位按壓

A/T

燈的燈罩時，ASA

將產(chǎn)生一個復(fù)位信號，并發(fā)送到

FCC

和自動油門計算機，并使閃亮的琥珀色

A/T

燈熄滅。自動油門斷開警告出現(xiàn)時，再次按壓該電門，可以使自動油門斷開警告信號復(fù)位。6.2

自動油門的主要顯示組件自動油門系統(tǒng)在發(fā)動機顯示器上的顯示信息自動油門系統(tǒng)在發(fā)動機顯示器上的顯示信息正常工作在正常工作期間，F(xiàn)MC

計算發(fā)動機目標

N1。FMC

將基準

N1

發(fā)送到

DEU，顯示在

N1刻度盤上。6.2

自動油門的主要顯示組件自動油門系統(tǒng)在發(fā)動機顯示器上的顯示信息非正常工作在非正常工作期間，當(dāng)

FMC

N1

數(shù)據(jù)無效或無計算的數(shù)據(jù)（NCD）時，推力方式通告牌上顯示3

條劃線，基準

N1

用虛線顯示，以表示在

N1

刻度盤上的基準

N1

游標不是由

FMC設(shè)置的。FMC

N1

數(shù)據(jù)無效時，可以用發(fā)動機控制板上的

N1

設(shè)置選擇器在

N1

刻度盤上人工設(shè)置基準N1

游標。FMC

N1

數(shù)據(jù)是無效或無計算的數(shù)據(jù)時，A/T

計算機為兩個發(fā)動機計算一個單一的

N1限制。信息“A/TLIM”顯示在發(fā)動機顯示器上。6.3

自動油門系統(tǒng)的使用自動油門的銜接邏輯A/T

計算機對傳感器和

A/T

系統(tǒng)的性能進行檢查。如果系統(tǒng)工作并且傳感器正常，則銜接邏輯讓

A/T

銜接。A/T

系統(tǒng)使用硬件和軟件監(jiān)控。如果這些監(jiān)控器發(fā)現(xiàn)問題，則系統(tǒng)斷開；如果某一個傳感器無效，或

A/T系統(tǒng)無效，或飛機在地面上，或按壓了自動油門斷開電門，則自動油門的銜接邏輯斷開。6.3

自動油門系統(tǒng)的使用自動油門在起飛階段的使用03

起飛滑跑04

開始爬升01

起飛前02

起飛開始6.3

自動油門系統(tǒng)的使用自動油門系統(tǒng)在爬升階段的使用初始爬升起飛后，當(dāng)無線電高度大于400

ft

時，可以銜接自動駕駛儀，并選擇一個

AFCS

俯仰方式，開始自動爬升。自動油門在起飛階段的使用6.3

自動油門系統(tǒng)的使用自動油門系統(tǒng)在爬升階段的使用VNAV

爬升在爬升過程中，如果選擇了

VNAV（垂直導(dǎo)航）作為

AFCS

的俯仰方式，就進行

VNAV爬升。這是常用的AFCS

爬升方式。在

VNAV

爬升期間，AFCS

自動選擇

A/T

方式是

N1，A/T控制發(fā)動機推力到爬升目標N1。自動駕駛儀使用升降舵來控制空速。LVLCHG

爬升在爬升過程中，如果選擇了

LVL

CHG（高度層改變）作為

AFCS方式的俯仰方式，就進行

LVL

CHG

爬升。在

LVL

CHG

爬升期間，AFCS

將選擇

N1

為

A/T方式。A/T

控制發(fā)動機推力，直到實際

N1

等于爬升目標

N1。自動駕駛儀使用升降舵來控制空速。6.3

自動油門系統(tǒng)的使用自動油門系統(tǒng)在巡航階段的使用在巡航期間，自動油門控制發(fā)動機推力來控制空速，使飛機速度保持在

FMC

目標速度上，或

MCP

上選擇的速度上。巡航階段自動油門的使用6.3

自動油門系統(tǒng)的使用自動油門系統(tǒng)在下降階段的使用VNAV

下降在

AFCS

VNAV

巡航期間，當(dāng)飛機達到

FMC計算的下降頂點時，自動油門慢慢地將油門桿回收到后止動位。在

AFCS

VNAV

下降期間，AFCS

俯仰方式通告為

VNAV，自動油門的方式通告從MCP

SPD變?yōu)槭沼烷T（RETARD），最后變?yōu)轭A(yù)位（ARM），MCP板上的

N1方式開關(guān)燈熄滅，IAS/MACH

速度窗口顯示空白。

DFCSVNAV

下降期間，通常油門桿在慢車位，A/T

方式是預(yù)位。AFCS

可能請求

A/T方式從預(yù)位變?yōu)?/p>

FMC

速度方式以增加推力來保持

FMC目標速度和下降速率。飛機持續(xù)下降到

FMC

高度或

MCP板選擇的高度。6.3

自動油門系統(tǒng)的使用自動油門系統(tǒng)在下降階段的使用LVLCHG

下降如果飛行員在

MCP

板上選擇一個較低的目標高度，并按壓

LVL

CHG

方式電門，就啟動了

LVLCHG下降。在

LVLCHG下降期間，AFCS

俯仰方式通告為

MCPSPD，自動油門的方式通告從

MCPSPD

變?yōu)槭沼烷T（RET