飞机机械与系统-第五章飞行操纵系统

上海交通职业技术学院第五章飞机飞行操纵系统机电教研室2010.11上海交通职业技术学院5.1飞机操纵系统概述•5.1.1飞机转动轴上海交通职业技术学院•5.1.2飞机平衡（1）飞机俯仰平衡（2）飞机横向平衡（3）飞机航向平衡5.1飞机操纵系统概述上海交通职业技术学院•5.1.3飞机操纵系统组成（1）主操纵系统副翼、升降舵、方向舵（2）辅助操纵系统增升装置：后缘襟翼、前缘襟翼、缝翼增阻装置：扰流板、地面扰流板水平安定面（3）警告系统起飞警告系统、失速警告系统5.1飞机操纵系统概述上海交通职业技术学院5.1飞机操纵系统概述上海交通职业技术学院5.1飞机操纵系统概述•5.1.4操纵飞机绕三轴运动操纵副翼、方向舵、升降舵上海交通职业技术学院•5.1.5对飞行操纵系统的要求飞行操纵系统除了要求具有足够的强度和刚度、重量尽可能小之外，还有一些特殊要求:1.必须使驾驶员的手和脚的操纵动作与人体运动习惯相适应。2.飞行操纵要灵敏，即各舵面能迅速地随驾驶员的操纵而偏转，使飞机的飞行姿态很快地随操纵动作而改变。要操纵灵敏，操纵系统中的各构件在工作时的变形和构件之的间隙必须尽可能小。3.飞行中，当飞机机体结构应力变形时，操纵系统不应发生卡阻现象。4.各舵面的操纵要求互不干扰。5.进行操纵时，既要轻便，也要有适当的感觉力，而且这种感觉力应随舵面偏转角度、飞行速度、飞行高度的改变而改变。要操纵轻便，操纵系统的摩擦力必须尽可能小，即应保持各相互连接处的清洁和润滑。5.1飞机操纵系统概述上海交通职业技术学院5.1飞机操纵系统概述•5.1.6飞机操纵性俯仰操纵性（纵向操纵性）方向操纵性横向操纵性上海交通职业技术学院5.2飞机操纵机构•驾驶员手或脚直接操纵的部分称为操纵机构。上海交通职业技术学院5.2飞机操纵机构现代民航客机上主操纵系统采用驾驶盘式操纵机构，两个驾驶盘采用并列式，左侧为“机长”驾驶盘，右侧为“副驾驶”驾驶盘。前推方向盘：升降舵下偏，飞机下俯后拉方向盘：升降舵上偏，飞机上仰左转方向盘：左侧副翼上偏，右侧副翼下偏，飞机左滚转右转方向盘：右侧副翼上偏，左侧副翼下偏，飞机右滚转脚操纵机构：操纵方向舵、前轮转弯上海交通职业技术学院5.2飞机操纵机构脚操纵机构主要用于操纵方向舵，现代飞机在地面用方向舵脚蹬操纵前轮转弯。图4-6脚蹬立放式脚操纵机构之一图4-7脚蹬立放式脚操纵机构之二方向舵操纵钢索脚蹬上海交通职业技术学院5.2飞机操纵机构辅助操纵机构用于操纵辅助操纵系统舵面的偏转。上海交通职业技术学院5.2飞机操纵机构A380操纵机构上海交通职业技术学院5.3传动机构•软式传动机构主要包括钢索和滑轮等构件。在软式传动机构中，操纵力只能依靠钢索的张力传递（钢索只能承受拉力），因此必须有两根钢索构成回路，才能实现双向操纵。软式传动机构具有重量较轻、占用空间小及装配时容易绕过其他设备等优点。•硬式传动机构主要包括传动杆和摇臂等构件。硬式传动机构中操纵力是由传动杆传递的，传力时，传动杆受到拉力或压力。硬式传动机构的主要优点是刚度大，受力后不易变形，因而操纵灵敏性较好。•混合式传动机构则由软式和硬式传动机构组合而成。上海交通职业技术学院5.3传动机构传动机构上海交通职业技术学院5.3传动机构•5.3.1软式传动机构的主要构件(1)钢索钢索是由钢丝编成的。它只能承受拉力，不能承受压力。在软式传动机构中，都用两根钢索构成回路，以保证舵面能在两个相反的方向偏转。上海交通职业技术学院5.3传动机构•5.3.1软式传动机构的主要构件(1)钢索钢索承受拉力时，容易伸长。这样当飞行员操纵舵面时，舵面的偏转会落后于驾驶杆或脚蹬的动作，就像操纵系统有了问题一样。由于操纵系统的弹性变形而产生的“间隙”通常称为弹性间隙。钢索的弹性间隙太大，就会使操纵的灵敏性变差。为了减小弹性间隙，操纵系统中的钢索在装配时都是预先拉紧的，预先拉紧的力称为预加张力。有预先张力的钢索能减小弹性间隙。第一、钢索被预先拉紧后，就把各股钢丝绞紧，传动时钢索就不容易被拉长第二、钢索在传动中张力增加得较少上海交通职业技术学院图4-有预加张力和无预加张力的钢索,在传动中所受的张力5.3传动机构上海交通职业技术学院钢索在工作中常见的故障是断丝。由于滑轮部位的钢索在传动中要反复受到弯曲和拉直作用（即经常受到重复载荷），而且它还可能与滑轮产生相对滑动，因而滑轮部位的钢索比较容易断丝，在维护工作中应着重检查。操纵的钢索和钢丝如果存在磨损、变形、锈蚀、或者有其它损伤，就应当更换。此外，钢索锈蚀也容易断丝，所以还应当做好钢索的防锈工作。5.3传动机构上海交通职业技术学院5.3传动机构钢索接头上海交通职业技术学院5.3传动机构（2）滑轮、扇形轮和钢索鼓轮滑轮通常用胶木或硬铝制成，它用来支持钢索和改变钢索的运动方向，为了减小磨擦在支点处装有滚珠轴承。滑轮上海交通职业技术学院5.3传动机构（2）滑轮、扇形轮和钢索鼓轮扇形轮也叫扇形摇臂，它除了具有滑轮的作用外，还可以改变力的大小、方向。扇形轮多用硬铝制成，在支点处也装有滚珠轴承。扇形轮上海交通职业技术学院5.3传动机构（2）滑轮、扇形轮和钢索鼓轮钢索鼓轮钢索鼓轮通过钢索球头或圆柱头固连，钢索相对于鼓轮不会滑动，钢索鼓轮驱动扇形轮或鼓轮上海交通职业技术学院5.3传动机构（3）扭力管扭力管广泛应用于飞行操纵系统中需要传递位移和转动之处。上海交通职业技术学院5.3传动机构（4）钢索导向装置导索环：将钢索包起来，保护钢索。密封导索装置：夹住钢索，防止过多泄漏不阻碍钢索的运动。导向滑轮：给钢索导向。护挡装置：把通过滑轮的钢索保持在应有的位置上，防止钢索松脱、卡阻。上海交通职业技术学院5.3传动机构（5）松紧螺套松紧螺套用来调整钢索的预加张力。螺套两端的螺杆，一根是顺螺纹的，一根是反螺纹的；转动螺套，即可使两根螺杆同时缩进或伸出，使钢索绷紧或放松。螺套上有两个检查小孔，调松钢索时，螺杆末端不应超过小孔的位置。松紧螺套上海交通职业技术学院5.3传动机构（6）钢索张力补偿器由于飞机机体上的外载荷的变化和周围气温变化的影响，飞机机体结构和飞机操纵系统之间会产生不同程度的相对变形，因而钢索可能会变松或过紧。变松将发生弹性间隙，过紧将产生附加摩擦。钢索张力补偿器的功用正是保持钢索的正确张力，而不受上述因素的影响。上海交通职业技术学院5.3传动机构1、在静止状态时，两个补偿弹簧的弹力通过螺杆向下拉滑架和摇臂，再通过两根小连杆使两个钢索扇形块张开而将钢索绷紧，使张力保持正确。2、正常操纵副翼时，一路钢索拉紧，另一路钢索放松，此时，两个钢索扇形块的转动方向是相同的，松套在滑管上的摇臂在绕支点衬套转动之后就歪斜着卡在滑管上。于是，整个钢索补偿器就像普通的钢索滑轮一样绕安装轴转动。壳体上的输出传动摇臂就把操纵的动作传送出去。3、当温度发生变化，钢索张力随之发生变化时，两路钢索要同时拉紧或同时放松，此时，两个钢索扇形块的转动方向是相反的。上海交通职业技术学院5.3传动机构•5.3.1硬式传动机构的主要构件（1）传动杆传动杆又称为拉杆。它通常采用硬铝管制成，两端有接头，其一端的接头通常是可以调整的。在调整拉杆长度时，为了防止接头的螺杆长度调出过多，而使螺纹的结合圈数过少，在管件端部应有检查小孔。把传动杆调长时，接头螺杆的末端不应超过小孔的位置。传动杆检查小孔接耳保险螺帽传动杆的可调接头上海交通职业技术学院5.3传动机构（1）传动杆在传动过程中，传动杆不仅要作往复直线运动，而且要相对于摇臂转动。为了减小磨擦，其接头内通常装有滚珠轴承。空心的传动杆要求有排水孔，因为潮气能从接头的连接处进入到杆的内腔，然后凝聚成水，除可能发生锈蚀和增加杆的重量外，由于水能结成冰还可能膨胀而使杆损坏。排水孔必须足够大，在水结冰之前就可以排除掉，但也不能过大以致过度消弱杆的强度。因此在维护中不应使小孔堵塞或扩孔。由于传动杆一般是细长杆，因此，当受到压力时就可能发生失稳现象，成为失去总稳定性（又称杆轴失稳）。压杆发生失稳现象就意味着杆已损坏。上海交通职业技术学院5.3传动机构（2）摇臂摇臂通常由硬铝材料制成，在与传动杆和支座的连接处都装有轴承。摇臂按臂数可分为单摇臂、双摇臂和复摇臂三类。摇臂除起支持传动杆的作用外，还可以起到以下的作用：1.放大或缩小力的作用2.放大或缩小位移和运动速度的作用3.改变传动杆运动方向4.差动摇臂上海交通职业技术学院5.3传动机构上海交通职业技术学院5.3传动机构（2）摇臂有些飞机的升降舵和副翼是差动的，所谓差动，就是当驾驶杆前后（或左右）偏转的同一角度时，升降舵（或副翼）上下（或左右）偏转的角度不同。实现差动操纵最简单的机构是差动摇臂。ab上海交通职业技术学院5.3传动机构差动摇臂的工作原理如图所示，它的一个臂OA经传动杆AC与驾驶杆相连，当驾驶杆在中立位置时，OA臂与拉杆AC垂直；另一个臂OB经传动杆BD与舵面操纵摇臂相连，OB臂与传动臂BD不成直角，而成（90°—α°）角。ab差动摇臂上海交通职业技术学院5.3传动机构（3）导向滑轮导向滑轮是由三个或四个小滑轮及其支架所组成。它的功用是：支持传动杆，提高传动杆的受压时的杆轴临界应力，使传动杆不致于过早地失去总稳定性。并且可以增大传动杆的固有频率，防止传动杆发生共振。在传动中，传动杆要与导向滑轮摩擦，故维护中应注意检查，防止磨损。导向滑轮上海交通职业技术学院5.3传动机构•5.3.3主操纵系统的传动系数和传动比（1）传动系数驾驶杆（盘或脚蹬）移动一个很小的行程△X时，舵面的偏转角相应也会改变一定数值△A，操纵系统的传动系数K就定义为：如果不考虑操纵系统的摩擦力，则驾驶员操纵驾驶杆的杆力P所做的功就等于克服舵面铰链力矩M使舵面偏转所做的功，即P×△X＝M×△A因此传动系数的另一种表达式是：XAKMPK上海交通职业技术学院5.3传动机构（1）传动系数•传动系数过大，则杆力太大，操纵起来费力，而且杆行程稍有变化时，舵面偏转角就改变很多，操纵太灵敏，不易准确。•传动系数过小，则杆力太小，不便于根据力的感觉操纵飞机，而且需要杆的全行程很大，需占用过多的驾驶舱空间，操纵也显得太迟钝。上海交通职业技术学院5.3传动机构（2）传动比操纵系统的传动比n，是杆力P与舵面操纵摇臂上的传动力Q的比值，即QPn上海交通职业技术学院5.3传动机构5.3.4非线性传动机构•操纵系统中，如果没有特殊的机构来改变传动比，在舵面偏转过程中，传动系数基本上是不变的，舵偏角A随杆行程X的变化近似地成正比例关系，即线性关系。•线性传动的操纵系统对低速飞机比较合适，但往往不能满足高速飞机的操纵性要求，在操纵系统中设置了专门的非线性传动机构，靠它来改变整个操纵系统的传动系数，以满足高速飞机的操纵性要求。上海交通职业技术学院5.4舵面补偿装置•随着飞行速度的提高和舵面尺寸的增大，舵面的铰链力矩和操纵杆力亦相应增大。为了减小铰链力矩和杆力，通常采用舵面补偿装置进行空气动力补偿。其形式有轴式补偿、角式补偿．内封补偿和使用调整片等。•5.4.1轴式补偿轴式补偿是将舵面的枢轴后移，作用于枢轴前、后的空气动力对枢轴形成方向相反的力矩，使得舵面铰链力矩减小，从而使杆力减轻。枢轴前的面积称为补偿面积。补偿面积越大，铰链力矩越小，杆力越轻。但是，若补偿面积过大，就可能使驾驶杆力与正常情况相反，这种现象叫过补偿。过补偿对于无助力操纵来说是不允许的。上海交通职业技术学院5.4舵面补偿装置•5.4.2角式补偿角式补偿的原理和轴式补偿一样，只是它将补偿面积集中到翼尖部分。角式补偿的主要缺点是气流容易在突角部位发生分离，高速飞行时还容易引起舵面抖振。常用于低速飞机。上海交通职业技术学院5.4舵面补偿装置•5.4.3内封补偿内封补偿主要应用于副翼和升降舵结构，也称为副翼平衡板和升降舵平衡板。•平衡板把舵面前缘的平衡腔的空间分成两部分，平衡板上的空气载荷取决于两部分空闷的压力差。当舵面从中立位里偏转时，上下冀面的通气缝隙变化，使得翼面气流的引射作用发生变化。当舵面向上偏转时，导致平衡腔上腔的压力增大，同时下腔的压力减小，压