3 飞行操纵系统

中国民航大学空管学院第三章飞行操纵系统第三章飞行操纵系统一、概述定义：飞机飞行操纵系统是飞机上用来传递操纵指令，驱动舵面运动的所有部件和装置的总称，用于飞机飞行姿态、速度、轨迹的控制。飞行员操纵飞机的副翼、升降舵、方向舵和其它可动舵面，从而实现飞机的侧向、纵向、方向运动，并且无论在有人驾驶还是在自动驾驶的状态下，均可使飞机保持或改变飞行姿态。第三章飞行操纵系统飞行操纵系统的要求：一般要求：重量轻、制造简单、维护方便；具有足够的强度和刚度。特殊要求：保证驾驶员手、脚操纵动作与人类运动本能相一致；纵向或横向操纵时彼此互不干扰；脚操纵机构能够进行适当调节；有合适的杆力和杆位移；启动力应在合适的范围内；系统操纵延迟应小于人的反应时间；应有极限偏转角度止动器；所有舵面应用“锁”来固定。第三章飞行操纵系统1.机体坐标轴横滚---飞机绕纵轴的转动(X轴—纵轴)副翼俯仰---飞机绕横轴的转动（Z轴—横轴）升降舵偏转---飞机绕立轴的转动（Y轴—立轴）方向舵二、飞机的操纵性第三章飞行操纵系统2.飞行操纵系统的分类（1）人工飞行操纵系统：其操纵信号由驾驶员发出。（2）自动飞行控制系统：其操纵信号由系统本身发出。对飞机实施自动和半自动控制，协助驾驶员工作或自动控制飞机对扰动的响应。包括：自动驾驶、飞行指引和自动油门。1）按照操纵指令的来源分为：第三章飞行操纵系统（1）机械式操纵系统操纵指令由钢索、传动杆、滑轮、摇臂等机械部件传递。如：B737、B747、B757、B7672）按照指令的传递方式来分：（2）电传操纵系统操纵指令由电缆传递。如：A320、A330、A340、A380、B777、B787（3）光传操纵系统操纵指令由光缆传动。第三章飞行操纵系统（1）简单机械操纵系统：依靠驾驶员体力克服铰链力矩驱动舵面运动。分为软式操纵系统和硬式操纵系统。（2）助力操纵系统：依靠液压助力器实现助力操纵。分为有回力的和无回力的两类。3）按照驱动舵面方式来分：第三章飞行操纵系统（1）主操纵系统：操纵飞机绕三轴旋转，改变或保持飞机的飞行姿态。操纵升降舵、方向舵、副翼、三个主舵面，实现飞机的俯仰、偏航和滚转操纵；（2）辅助操纵系统：改善操纵性，提高飞机飞行性能。操纵襟翼、缝翼、扰流板、调整片等增升、增阻及水平安定面配平等系统。4）按照功能来分：第三章飞行操纵系统A320A320副翼升降舵方向舵水平安定面地面扰流板滚转扰流板速度刹车襟翼缝翼VERTICALSTABILIZER垂直安定面第三章飞行操纵系统B737-300第三章飞行操纵系统飞行操纵系统主操纵系统辅助操纵系统横侧操纵:副翼—驾驶杆/盘偏航操纵:方向舵—脚蹬俯仰操纵：升降舵—驾驶杆/盘增升装置操纵扰流板操纵:配平操纵配平调整片水平安定面—配平轮襟翼—手柄缝翼—手柄飞行/地面扰流板第三章飞行操纵系统三、飞行操纵系统的组成飞行操纵系统包括三部分，即：中央操纵机构——由驾驶员直接操纵的部分手操纵机构：驾驶杆/驾驶盘,控制副翼和升降舵脚操纵机构：脚蹬，控制方向舵传动机构——将操纵信号传到舵面软式传动机构:主要由钢索、滑轮等构件所组成；硬式传动机构:主要由传动杆、摇臂等构件所组成；混合式传动机构:由软式、硬式传动机构混合组成。驱动机构——用于驱动舵面运动第三章飞行操纵系统1.中央操纵机构由驾驶员手脚直接操纵的部分，叫做中央操纵机构。中央操纵机构：手操纵机构——驾驶杆/驾驶盘/侧杆,控制副翼和升降舵脚操纵机构——脚蹬，控制方向舵第三章飞行操纵系统①驾驶杆前后推拉操纵升降舵；左右压杆操纵副翼。横、纵向操纵具有独立性，即操纵驾驶杆时升降舵和副翼，两者不会互相干扰。（1）手操纵机构第三章飞行操纵系统②驾驶盘式（1）前后压驾驶盘操纵升降舵（2）左右转动驾驶盘可操纵副翼第三章飞行操纵系统驾驶杆与驾驶盘的比较第三章飞行操纵系统③侧杆（电传）飞行控制计算机输入力信号，输出电信号，可以代替驾驶杆（或驾驶盘）。第三章飞行操纵系统（2）脚操纵机构①平放式脚镫脚镫只作平移而不转动。第三章飞行操纵系统通过传动杆和摇臂等构件的传动而使方向舵偏转的。②立放式脚镫第三章飞行操纵系统2.传动机构（系统）（1）机械传动机构将操纵机构的信号传送到舵面或助力器。软式传动机构——主要由钢索、滑轮等构件所组成；硬式传动机构——主要由传动杆、摇臂等构件所组成；混合式传动机构——由软式、硬式传动机构混合组成。机械传动缺点：存在摩擦、间隙和弹性变形等，导致无法实现精微操纵信号传递；机械操纵系统对飞机结构的变化非常敏感；体积大，结构复杂，重量大！第三章飞行操纵系统软式传动系统硬式传动系统第三章飞行操纵系统传动机构的比较第三章飞行操纵系统①电传操纵系统的组成电传操纵系统主要由驾驶杆或侧杆（含杆力传感器）、前置放大器、传感器、机载计算机和执行机构组成。（2）电传操纵系统（Fly-By-Wire）第三章飞行操纵系统②电传操纵系统（FlyByWire）的提出机械操纵系统缺点：存在摩擦、间隙和非线性因素导致无法实现精微操纵信号传递；机械操纵系统对飞机结构的变化非常敏感；体积大，结构复杂，重量大！电传操纵系统的缺点：单通道电传系统可靠性较低可接受的安全指标解决措施：余度技术第三章飞行操纵系统③工作原理驾驶员发出操纵指令；经传感器转换为电信号，并与来自飞机运动参数传感器测得的信号一起，传输给计算机；处理计算机按预定的控制规律生成舵面操纵信号；控制操纵面作动器动作，舵面偏转，从而实现对飞机进行操纵。第三章飞行操纵系统第三章飞行操纵系统④电传操纵系统优点/缺点优点：减轻了操纵系统的重量，减少体积节省设计和安装时间消除了机械操纵系统中的摩擦、间隙以及飞机结构变形的影响简化了主操纵系统与自动驾驶仪的组合可采用小侧杆操纵机构飞机操稳特性得到根本改善。缺点：单通道电传操纵系统的可靠性不够高电传操纵系统的成本较高系统易受雷击和电磁脉冲波干扰影响第三章飞行操纵系统3.舵面驱动装置简单机械操纵系统现在仍广泛应用于低速飞机和一些运输机上，由于舵面偏转时气动力较小，驾驶员体力足以克服舵面气动力从而实现对飞行的操纵。无助力操纵系统示意图第三章飞行操纵系统（1）液压驱动装置助力机械操纵系统——采用液压助力协助驾驶员克服舵面铰链力矩的操纵系统。包括：有回力助力机械操纵系统。无回力助力机械操纵系统。现代民用运输机多采用液压助力操纵第三章飞行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。第三章飞行操纵系统无回力的助力操纵系统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。第三章飞行操纵系统（2）电动驱动装置现代飞机上有些也采用电动操纵，只是用电助力器代替液压助力器；控制方式由各种手柄改为各种电门；电动控制常用于各种辅助操纵系统，如水平安定面的配平操纵。第三章飞行操纵系统水平安定面的配平操纵第三章飞行操纵系统四、人工飞行操纵系统第三章飞行操纵系统①飞机的纵向操纵（俯仰操纵）通过操纵驾驶杆或驾驶盘向前或向后运动，使升降舵向下或向上偏转，来实现飞机纵向操纵的目的。后拉杆，升降舵后缘上偏，产生上仰力矩，飞机抬头。前推杆，升降舵后缘下偏，产生下俯力矩，飞机低头。1.主操纵系统第三章飞行操纵系统驾驶员通过操纵脚蹬来进行飞机的方向操纵。②飞机的方向操纵（偏转操纵）蹬左舵，方向舵左偏，产生左转力矩，飞机左转。蹬右舵，方向舵右偏，产生右转力矩，飞机右转。第三章飞行操纵系统③飞机的侧向操纵（滚转操纵）•左压杆，左副翼上偏，右副翼下偏，产生左横滚力矩，飞机左滚转。•右压杆，右副翼上偏，左副翼下偏，产生右横滚力矩，飞机右滚转。副翼操纵期间，一侧副翼向上运动，另一侧副翼向下运动。第三章飞行操纵系统扰流板前/后缘襟翼前缘缝翼水平安定面调整片（配平片）2.辅助操纵系统与主操纵系统的区别：主操纵系统必须给驾驶员以杆力和位移的感觉；辅助操纵系统则没有，但必须知道它的位置。主操纵系统在空气动力的作用下可恢复到原来平衡位置；辅助操纵系统则不会。第三章飞行操纵系统升起扰流板可使飞机的升力减小，阻力增加。扰流板的功能是：（1）飞行扰流板可以辅助副翼横滚操纵；（单侧升起）（2）飞行扰流板对称升起，可使飞机空中减速；（3）飞机落地后，飞行和地面扰流板同时升起，可以增大飞机阻力使飞机减速，提高刹车效能。扰流板是铰链在机翼上表面的一种可活动翼板。扰流板分为飞行扰流板和地面扰流板。扰流板只能向上升起①扰流板左滚转，左副翼上偏，右副翼下偏，左扰流板升起；右滚转，右副翼上偏，左副翼下偏，右扰流板升起；第三章飞行操纵系统扰流板的收放第三章飞行操纵系统A320扰流板第三章飞行操纵系统②襟翼对称地位于两边内侧机翼后缘的增升装置。第三章飞行操纵系统前缘襟翼第三章飞行操纵系统后缘襟翼后退式三开缝襟翼后退式襟翼开裂式襟翼第三章飞行操纵系统襟翼手柄卡槽用于防止手柄意外滑动。第三章飞行操纵系统A320襟翼的收放第三章飞行操纵系统不同步保护防止左、右两侧襟翼放出角度不对称过载保护用于保护襟翼结构，防止过大的气动载荷损伤襟翼。襟翼的保护襟翼的位置指示左指针第三章飞行操纵系统③前缘缝翼第三章飞行操纵系统A320缝翼的收放第三章飞行操纵系统A320第三章飞行操纵系统水平安定面配平系统——提供飞机纵向的俯仰配平。被操纵的是可调水平安定面偏转1度相当于升降舵偏转2.5-3.5度配平后升降舵回中立位，以减小阻力，提高操纵性④水平安定面配平人工配平——配平手轮电动配平——水平安定面配平电门自动配平——自动驾驶配平第三章飞行操纵系统A320配平手轮第三章飞行操纵系统功用是在飞机潜在危险发生前，通过声、光等信号警告驾驶员以避免事故发生。五.飞行操纵警告系统（1）失速警告系统空速处于最小飞行速度且接近失速状态时，失速警告系统操纵驾驶杆抖杆器，提示机组人员。失速自动恢复系统——推杆器（2）起飞警告系统飞机起飞时，当任一油门杆前推而某些飞行操纵组件不在正确位置，则起飞警告系统会给驾驶员提供音响警告信号。飞机飞行操纵警告系统分类：第三章飞行操纵系统PF操纵飞行员与PM监控飞行员操纵飞行员（PF）:操纵主飞、主控飞机;监控飞行员（PM）:负责与ATC联系。在同一时间，直接去操纵飞机的，只能是一个人。而这个人，既可以是左座，也可以是右座，谁飞，谁就叫做PF(PilotFlying）。这个主飞的飞行员，手放在驾驶杆和油门上，直接操纵飞机。如果他想做什么，可以以下口令的形式向另外一个飞行员下达指令，而这另外一个人，就是PM（PilotMonitoring）在以前，这个不操纵的人叫做PNF（PilotNotFlying）。PM（PilotMonitoring）即负责飞机状态和仪表的监控、提醒、通讯以及根据PF的指令执行PF想要做但是自己腾不出手做的动作。另外，需要指出的是，因为飞机的转向手轮只在左座一侧才有，所以，飞机的地面运行阶段，只能由左座当PF，这个是没的商量的。第三章飞行操纵系统A320飞行操纵系统第三章飞行操纵系统第三章飞行操纵系统第三章飞行操纵系统2个升降舵和副翼计算机（ELAC）；3个扰流板升降舵计算机（SEC）；2个飞行增稳计算机（FAC）。电传操纵系统第三章飞行操纵系统A320第三章飞行操纵系统A320水平安定面配平手轮第三章飞行操纵系统A320第三章飞行操纵系统A320第三章飞行操纵系统方向舵配平第三章飞行操纵系统A320第三章飞行操纵系统第三章飞行操纵系统第三章飞行操纵系统A320第三章飞行操纵系统第三章飞行操纵系统本章重点：1.主操纵舵面和辅助操纵舵面有哪些？2.主操纵系统和辅助操纵系统是如何控制的？3.电传操纵系统的特点？4.操纵系统的显示？第三章飞行操纵系统重点内容前缘内侧：前缘襟翼前缘外侧：前缘缝翼后缘内侧：后缘襟翼后缘中部：扰流板后缘外侧：副翼纵轴：滚转横轴：俯仰立轴：偏航主要操纵舵面：升降舵、方向舵、副翼辅助操纵舵面：水平安定面、扰流板、襟