第五章-飞机飞行操纵系统

第五章飞机飞行操纵系统飞机操纵系统是飞机的重要组成部分之一，它的正常与否直接关系到飞机的飞行安全，因而操纵系统是飞机的极其重要的环节。飞机操纵系统可分为两大类：人工飞行操纵系统和自动飞行控制系统。第一节概述第二节简单机械操纵系统一、对飞机操纵系统的要求二、飞机操纵系统的工作原理飞机操纵系统通常包括主操作系统和辅助操作系统两部分。副翼升降舵方向舵前缘襟翼缝翼后缘襟翼扰流板水平安定面起飞警告失速警告操纵系统主操纵系统辅助操纵系统警告系统飞行操纵系统组成软式硬式1、飞机的纵向操纵飞机的纵向操纵是通过操纵驾驶杆或驾驶盘控制升降舵来实现的。2、飞机的横向操纵飞机的横向操纵系统是通过操纵驾驶杆或驾驶盘控制副翼来实现的。3、飞机的航向操纵飞机的航向操纵是通过脚蹬控制方向舵来实现的。三、中央操纵机构的机构和工作原理飞机主操纵系统是由中央操纵机构和传动系统两大部分组成。㈠手操纵机构手操纵机构一般分为驾驶杆式和驾驶盘式两种，如图所示：㈡脚操纵机构脚操纵机构有脚蹬平放式和脚蹬立放式两种。四、传动机构的构造和工作原理㈠传动机构的构造形式飞机操纵系统的传动机构通常分为软式、硬式、混合式三种。㈡硬式传动机构的主要构件1、传动杆，传动杆又称为拉杆。传动杆的接头如图所示：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。摇臂的作用支持传动杆改变传动力的大小改变位移改变传动速度改变传动方向实现差动操纵⑴放大或缩小力的作用，如图所示：⑵放大或缩小位移的作用：主动臂的半径一定，在相同的主动臂端点位移s1的条件下，从动臂的半径越大，所得到的从动臂端点位移s2也越大；从动臂的半径越小，所得到的从动臂端点位移s2也越小。如图所示：⑶放大或缩小运动速度的作用：由于整体具有相同的角速度，通过改变从动臂和主动臂的半径关系从而实现放大或缩小运动速度。如图所示：⑷改变传动杆运动方向原理如图所示：差动臂：当驾驶杆左右或前后移动的位移相等，而舵面上下偏转的角度不等，称之为差动操纵。实现差动操纵最简单的机构是双摇臂，称为差动摇臂，其工作原理如图所示：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，使传动杆不至于过早地失去总稳定性。㈢软式传动机构的主要构件1、钢索：钢索是由钢丝编成的。只能承受拉力，不能承受压力。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钢索预紧M铰ΔTM铰T0T0+ΔT’-ΔT’钢索构造和规格规格型号7×77×19股数钢丝数2、滑轮和扇形轮支持钢索改变钢索的运动方向改变传动力的大小3、松紧螺套作用：调整钢索的预张力注意：调松钢索时，螺杆末端不应超过小孔的位置4、钢索张力补偿器飞机机体外载荷及周围气温变化会使机体结构和操纵系统钢索产生相对变形，导致钢索变松或过紧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是保持钢索的正确张力五、飞机飞行操纵系统的传动系数、传动比及非线性传动机构㈠操纵系统的传动系数舵偏角△δ与杆位移△X的比值㈡操纵系统的传动比㈢改变传动比和传动系数的机构——非线性传动机构传动系数不变的操纵系统，不能满足对飞机操纵性的要求：传动系数大，小舵面偏角小时，杆行程太小，难以准确地控制操纵量传动系数小，舵面偏角很大时，杆行程过大装有非线性传动机构的操纵系统，杆行程与舵面偏角之间成曲线关系六、气动力补偿及气动力平衡㈠气动力补偿⑴移轴补偿⑵角式补偿⑶随动补偿⑷内补偿⑸操纵调整片㈡气动力平衡1、配平调整片：调整片一般用于飞机配平，当飞机着陆时，如果需要也可以利用调整片带动升降舵向上偏转来减小驾驶杆的拉力。配平调整片的构造如图所示：2、补偿配平调整片：又称助力配平调整片，如图所示。这种调整片既可以进行配平使飞机气动力矩平衡和杆力为零，又可以进行气动力补偿，以减小杆力。㈠引言飞机颤振是飞机飞行中空气动力、结构弹性力和惯性力之间的交互作用的现象。它属于气动弹性问题，是一种多自由度的自激振动。由于它在飞机的各种振动中是一种最危险的振动，因此必须保证在飞机使用中不发生颤振。颤振视频七、飞机颤振与副翼反效、结构承力与传力、操纵系统的强度与刚度㈡传动杆的振动和翼面颤振1、振动的主要特性参数振动有两个主要参数：①重锤离开中间位置的最大距离Y叫做振幅y1或y2；②重锤离开中立位置而振动一周（一个全波）的时间叫振动周期T。2、传动杆的振动传动杆会发生振动，振动的方向与传动杆的长度垂直，因此叫做弯曲振动。3、机翼与尾翼颤振的现象飞机机翼与尾翼的颤振是一种非常强烈的振动。它是一种自激振动。颤振通常会使飞机受到破坏。4、机翼弯扭颤振机翼发生颤振的原因如图所示：影响颤振临界速度的因素主要有两个，即机翼的刚度和机翼中心位置。⑴机翼刚度增大机翼扭转刚度的方法是增加机翼的蒙皮厚度。为使蒙皮在弯曲强度中也有贡献，桁条在扭转中也有贡献，因而发展了单块式机翼结构。在飞机使用中，若机翼蒙皮连接处破坏，或蒙皮自身发生裂纹，尤其是弦向裂纹，会使颤振临界速度值降低。⑵机翼重心的位置机翼重心现象位置对颤振临界速度的大小也有严重的影响。为了提高颤振临界速度常在机翼翼尖的前缘部位上加配重。5、机翼弯曲——副翼偏转颤振机翼弯曲——副翼偏转颤振又称舵面型颤振。发生副翼自由偏转的原因可能是由于副翼操纵系统的弹性变形或系统中有间隙，也可能由于松杆式机翼发生不对称的弯曲，如下图所示：机翼弯曲——副翼偏转颤振的发生过程如下图所示：副翼重心到转轴的距离如下图中c所示：防止机翼弯曲——副翼偏转颤振的措施：如下图所示，可在副翼前缘加上配重使副翼的重心前移，这种方法称为重量平衡法。副翼重量平衡的主要方式有两种：分布配重和集中配重，如下图所示：6、尾翼颤振尾翼颤振是和机身的弯扭、振动联合产生的，尾翼颤振有机身弯曲——舵面偏转或机身扭转——舵面偏转。也就是机身弯曲和扭转振动加上舵面偏转振动。只用中央集中配重来达到百分之百的静平衡是不够的，还需在舵面的尖端安置端部配重，且是过度的静平衡，如图所示：升降舵的过度重量平衡对飞机操纵性有不良的影响。当飞机做法向过载飞行时，由于升降度配重的质量力使驾驶杆自动向后倒向驾驶员，一般在驾驶杆的前面加上反平衡配重，如图所示：㈢副翼反效机翼的弹性变形对副翼效能有严重的影响，在飞行速度很大时，能使副翼效能完全丧失，甚至出现反效能，称为“副翼反效”或“副翼逆动”。副翼和襟翼通常都位于机翼的后缘，襟翼在内侧，副翼在外侧。提高副翼反效作用的临界速度的措施如下：①把副翼向机翼内侧移动，缺点是挤掉襟翼面积，如图所示：②用差动平尾以代替正常形式的副翼，同时采用机翼上的扰流片，以辅助差动平尾在低速时效能不足。③在大型飞机的机翼上有两个副翼。一个位于机翼内侧称为内侧副翼，又称高速副翼；另一个位于机翼外侧，称为外侧副翼，又称低速副翼。如图所示：八、简单机械操纵系统的维护特点㈠防止系统摩擦力过大操纵系统摩擦力过大的原因如下：1、活动连接接头表面不清洁或润滑不良而造成锈蚀；2、活动连接接头固定过紧；3、传动机构和飞机其他部分发生摩擦；4、传动机构本身摩擦力过大。㈡防止系统间隙过大㈢保持钢索张力正常㈣操纵系统的调整第三节有助力器的飞机操纵系统有助力器的飞机操纵系统，简称助力操纵系统。一、助力操纵系统的形式1、有回力的助力操纵系统有回力的助力操纵系统，通常是利用回力连杆把舵面传来的一部分载荷传给驾驶杆的。所谓回力比就是在舵面枢轴力矩相同的条件下，使用液压助力器使平衡舵面载荷所需的杆力P杆与不使用液压助力器使平衡舵面载荷所需的杆力P杆ˊ之比。小的回力比可以在舵面枢轴力矩很大的情况下保证驾驶杆力不致过大，但在舵面枢轴力矩阵较小的时候，会使驾驶杆变得过“轻”，这对飞行员凭杆力来操纵飞机是不利的。因此，在有回力的助力操纵系统中，往往还装设载荷感觉器，来适当增加驾驶杆力。有回力液压助力器工作原理图：2、无回力的助力操纵系统在无回力的助力操纵系统中，液压助力器的一端直接与通向舵面的传动机构相连，舵面传来的载荷全部由助力器承受。如图所示：飞行中松驾驶杆，舵面在空气动力的作用下不能自由偏转将液压助力器安装在舵面附近，减少助力器后传动机构的连接点，可减少舵面的活动间隙，从而有效地防止机翼或尾翼颤振舵面受阵风载荷后不能自动偏转，这对于结构受力是不利的二、液压助力器的基本工作原理(一)液压助力器的工作原理飞机上使用的液压助力器的构造虽然各不相同，但其基本工作原理却是相同的，均为液压位置伺服控制系统。在采用机械式操纵机构的系统中，为机液位置伺服机构；在采用电传操纵系统（或自动驾驶仪）中，为电液位置伺服机构。液压位置伺服控制系统是一种以液压动力装置作为执行机构并且有反馈控制的控制系统。不仅能自动地，准确而快速地复现输入量的变化规律，而且还能对输入信号进行放大与变换。如下图为飞机上常用的机液伺服机构和电液伺服控制机构的原理图：(二)典型液压助力器的基本工作原理其基本组成部分为外筒、传动活塞和配油柱塞。如图所示：一、典型液压助力器构造壳体配油柱塞传动活塞二、典型液压助力器工作原理二、典型液压助力器工作原理二、典型液压助力器工作原理二、典型液压助力器工作原理二、典型液压助力器工作原理二、典型液压助力器工作原理二、典型液压助力器工作原理二、典型液压助力器工作原理三、液压助力器应急工作三、液压助力器应急工作三、液压助力器应急工作三、液压助力器应急工作三、液压助力器应急工作三、液压助力器应急工作如下页图所示为另一种典型的液压助力器，在这种液压助力器中，配油柱塞装在活塞杆头部的壳体内，它的左端a点与一个固定在壳体b点上的小摇臂相连。小摇臂的下端c点与通向驾驶杆的传动机构相连，它在壳体上的圆孔内有一定的游动间隙，可以在圆孔内左右活动。其工作原理如下页图所示。三、液压助力器的性能分析和维护、修理、使用特点(一)液压助力器的性能分析经验表明，液压助力器的各项工作性能中，与维护、使用关系最为密切的是：快速性、灵敏性和稳定性。1、快速性液压助力器的快速性是指助力器的传动活塞在液压作用下，能以多大速度运动的性能。快速性直接影响舵面偏转的最大角速度，从而影响飞机的操纵性(1)影响液压助力器快速性的因素流量密封性传动活塞运动速度与流量的关系为V传动活塞F=Q，传动活塞的有效面积是不变的，其运动速度仅与油液流量成正比，即V传动活塞=Q/F。如图所示：通油孔面积f与配油柱塞的尺寸、通油孔形状和通油孔开度Z等因素有关，开度越大，进入助力器的油液流量就越大，传动活塞也就运动的越快。如图所示：对同一个助力器来说，其快速性还与传动活塞上的载荷p有关。载荷包括舵面传来的载荷和助力器以后的传动机构的摩擦力。载荷越小，通油孔两边的压力差就越大，因而传动活塞的运动速度也越大。液压助力的快速性，还与它的密封性有关。当进入助力器的一部分油液渗漏以后，实际上用来推动传动活塞的油液就会减少。因此，传动活塞的运动速度就减少。(2)改善和保持助力器快速性的措施通油孔的最大开度，在构造上有配油柱塞的游动间隙来保证，因此，维护工作应当注意保持游动间隙正常。助力器的来油压力和回油压力，主要取决于液压系统的工作性能。用专门的助力液压系统来保证助力器工作。传动活塞的摩擦力作用在活塞、活塞杆与外筒内壁接触的部位，如图所示：为了保证助力器的密封性，在外筒两端和传动活塞周围都装有橡胶密封圈；内部零件装配精密度很高；此外，许多液压助力器的配油柱塞的凸缘与它所遮盖的通油孔之间，都有一定的交叠量。经验表明，如果由于维护、使用不当或者其他原因而使助力器的快速性变差，飞行员操纵舵面是就可能感觉驾驶杆“沉重”。当助力器外筒内壁局部受到损伤而使内部密封性变差时，传动活塞在整个行程内的运动速度就会变得不均匀。这时飞行员会感到驾驶杆在某一段行程内操纵起来不灵活。2、灵敏性液压助力器的灵敏性是指它的传动活塞迅速地跟随配油活塞运动的能力。影响因素不灵敏范围：配油柱塞在某一范围内活动时，传动活塞并不运动随从误差：当传动活塞跟随配油柱塞运动时，传动活塞的行程与配油柱塞的行程之间始