第16章-自动飞行系统

中国民航大学空管学院第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统现代运输飞机安装自动飞行控制（AFCS）的目的：为了减轻驾驶员的体力和精力，提高飞机飞行精度，保证飞行安全，高质量地完成各项任务。自动飞行控制系统可在飞机除起飞外的离场、爬升、巡航、下降和进近着陆的整个飞行阶段中使用。一、概述第十六章自动飞行控制系统自动飞行控制系统（AFCS,AutoFlightControlSystem）主要包括四部分内容：1.自动驾驶（AP-AUTOPILOT）2.飞行指引（FD-FLIGHTDIRECTOR）3.自动推力（A/T-AUTOTHROTTLE）4.飞行增稳系统（偏航阻尼(YD-YAWDAMPER)、安定面自动配平(APT-AutoPitchTrim)功能）第十六章自动飞行控制系统二、自动驾驶（AP）1.自动驾驶仪的基本功能在飞行中代替飞行员控制飞机舵面，以使飞机稳定在某一状态或操纵飞机从一种状态进入另一种状态。可实现飞机的：（1）自动保持飞机沿三个轴的稳定；（2）接收驾驶员的输入指令，操纵飞机以达到希望的俯仰角、航向、空速或升降速度等；（3）接收驾驶员的设定，控制飞机按预定高度、预定航向飞行；（4）与飞行管理计算机耦合，实现按预定飞行轨迹飞行；（5）与仪表着陆系统（ILS）耦合，实现飞机的自动着陆第十六章自动飞行控制系统AP有三套控制回路即通道(Channel)：控制升降舵的回路，称为俯仰通道；控制副翼的回路，称为横滚通道；控制方向舵的回路，称为航向通道。有的飞机上AP只控制副翼和升降舵，而方向舵由偏航阻尼器控制。第十六章自动飞行控制系统AP自动飞行测量元件飞机升降舵自动驾驶仪信号处理元件放大元件执行元件2.AP的工作原理第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统3.AP的工作方式AP包含纵向通道和横侧通道。纵向通道(俯仰通道)——可以稳定和控制飞机的俯仰角、高度、速度、升降速度等。横向通道（倾斜通道）——可以稳定和控制飞机的航向角、倾斜角、偏航距离等；第十六章自动飞行控制系统（1）俯仰通道的工作方式高度保持方式——ALTITUDEHOLD升降速度方式——V/S高度层改变方式——LEVELCHANGE高度截获或高度获得方式——ALTITUDEACQUIRE垂直导航方式——VNAV下滑道方式——G/S（2）倾斜通道的工作方式航向选择方式——HEADINGSELECT航向保持方式——HEADINGHOLD水平导航方式——LNAV航向道方式——LOC第十六章自动飞行控制系统4.AP的接通与断开按压飞行控制面板（FCU）上的AP按钮，实现自动驾驶。当下列情况时，AP1或AP2脱开：－按压侧杆上的接管(take－over)按钮。（正常断开）－按压FCU上相应的自动驾驶(AP)按钮。（紧急断开）－加在侧杆上的力或在方向舵脚蹬上的力高于基本极限值，或者移动俯仰配平轮超出基本极限值。（强行断开）自动驾驶仪的使用范围是除起飞以外的所有飞行阶段。第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统三、飞行指引（FD）自动驾驶（AP）——操纵飞机，“替”驾驶员飞。飞行指引（FD）——不直接操纵飞机，“指挥”驾驶员飞。为了便于飞行员操纵飞机，及时正确地纠正飞行姿态，现代飞机都装备有飞行指引仪，直接向驾驶员发出操纵飞机的指令，保证飞机按给定的航迹飞行。第十六章自动飞行控制系统（1）显示功能指引指示器可显示飞机俯仰角、倾斜角和侧滑等状态，供驾驶员判读。（2）指令功能可显示飞机俯仰和倾斜操纵指令。（3）监控告警功能可显示告警旗信号。在AP衔接前，为飞行员提供目视的飞行指引指令；在AP衔接后，用以监控自动驾驶系统的工作状态。1.FD的基本功能第十六章自动飞行控制系统FD的工作就是将飞机的实际飞行路线与目标路线进行比较，并计算出进入目标路线所需要的操纵量，以目视的形式在指示器上给出。指引信号直接显示出操纵要的指令是向上、向下，还是向左、向右，驾驶员看到后，直接跟随指引杆操纵飞机，保证飞机正确切入或保持在预定的航线上。2.FD的工作原理现代飞机上飞行指引指令的计算是由FCC来完成的第十六章自动飞行控制系统（1）十字指引针横向指引针进行俯仰指引纵向指引针进行横滚指引3.FD的指引方式第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统（2）“V”形指引针利用V字指引针与飞机符号的：上下关系——俯仰指引；左右关系——横滚指引。第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统（1）水平方式——提供倾斜指令航向选择（HDGSEL）——提供倾斜指令，使飞机转向并保持在所选的航向上；水平导航（LNAV）——FMC提供的横向制导指令，控制飞机沿飞行计划航路飞行；VOR/LOC——提供倾斜指令，控制飞机截获并跟踪VOR航道或LOC航向道。4.FD的工作方式第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统（2）垂直方式——提供俯仰指令高度保持（ALTHOLD）——提供俯仰指令，使飞机保持在预选的高度上；高度层改变（LVLCHG）——俯仰指令与自动油门协作，控制飞机爬升或下降到预选高度；垂直导航(VNAV)——利用来自FMC的目标高度和空速，控制飞机按照预定的垂直剖面飞行；垂直速度（V/S）——提供俯仰指令，使飞机以选择的升降速率爬升或下降；（3）进近方式——提供俯仰和倾斜指令，使飞机跟踪所截获的航向道（LOC）和下滑道（GS）。第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统5.FD的接通与断开第十六章自动飞行控制系统四、自动推力（A/T）1.自动推力的基本功能根据输入的各种信息，提供从起飞到落地的飞行全程的发动机推力控制。其主要功能是执行发动机推力限制计算和自动推力方式管理。自动推力工作时还有下列功能：－当飞机迎角超过特定界限时，提供最大推力保护－提供发动机推力限制指令（N1限制）自动油门系统在飞机起飞至着陆都可自动控制油门。第十六章自动飞行控制系统自动油门系统的示意图第十六章自动飞行控制系统3.A/T的工作原理推力管理计算机（TMC）根据自动油门控制板和推力方式选择控制板来的输入信号，飞行管理计算机来的控制信号，引气信号，大气数据计算机系统来的空速、马赫数、气压高度和大气全温信号，惯性基准系统来的飞机姿态和加速度信号，发动机传感器来的N1信号或EPR信号，飞机迎角传感器来的迎角信号，襟翼位置传感器来的襟翼位置信号，无线电高度表来的无线电高度信号，空地传感器来的空地逻辑信号，发动机附件装置来的反推信号，油门位置的反馈信号，自动油门伺服作动器的转速和扭力电门状态信号以及其他一些控制信号，经过计算，一方面输出信号到EFIS，进行自动油门方式显示；另一方面输出信号至伺服放大器，经放大后输至自动油门伺服装置，去操纵油门杆和燃油流量调节器，控制发动机的EPR或N1，调节推力大小。第十六章自动飞行控制系统4.A/T的工作方式（1）推力方式（EPR/N1/THR）TMC根据人工选择的推力或自动飞行时FMC(或FCC)计算的推力和发动机的实际推力相比较，计算出他们的差值，再根据飞机当前的高度、速度、大气温度、姿态等，计算出要维持选择的N1(EPR)值所需油门位置的信号。当需要推力来保持飞机的飞行剖面或者飞行速度时，自动油门处在推力方式第十六章自动飞行控制系统（2）速度/马赫方式TMC根据MCP板上给定的速度或FMC计算的目标空速(各飞行阶段不同)和来自大气数据计算机的实际空速进行比较，计算出他们的差值，再根据飞机当前的高度、姿态等，控制发动机推力，改变飞机的速度，使飞机的速度达到预定速度。控制飞机的飞行速度稳定在某一速度值上，飞机既不失速，也不使飞机超速。第十六章自动飞行控制系统（3）回收方式将发动机油门杆按一定速度慢慢收回道后止挡位，控制发动机进入慢车状态的工作方式。第十六章自动飞行控制系统A/T的工作方式取决于AP的工作方式：一般为保证飞机不至于进入失速或超速状态，要优先保证速度控制；A/T和AP衔接工作时：若AP控制飞机速度，A/T控制发动机推力；若AP控制其他参数（如高度、升降速度），A/T控制飞机速度。第十六章自动飞行控制系统1.飞行前，A/T预位第十六章自动飞行控制系统2.起飞阶段，A/T在N1方式下，提供最大起飞推力3.滑跑速度大于80节时，A/T在THRHOLD方式下第十六章自动飞行控制系统4.A/T在THRHOLD方式下，推力保持直到达到400ft高度第十六章自动飞行控制系统5.爬升阶段一般AP/FD控制飞行速度，A/T控制爬升推力7.巡航阶段，AP/FD保持高度，A/T保持飞机速度或马赫6.高度层改变时，AP/FD在高度改变，A/T控制速度第十六章自动飞行控制系统8.进近着陆阶段，A/T收油门第十六章自动飞行控制系统9.复飞阶段，A/T油门第十六章自动飞行控制系统3.自动推力的接通与断开油门杆处于A/THR工作范围内（包括慢车位）时，按压FCU上的A/THR按钮，就可以起动自动推力。油门杆位置决定可由A/T系统指令的最大推力。（1）自动推力的接通（2）自动推力的断开*标准断开－按下油门杆上的自然断开按钮，或－两个油门杆放在慢车卡位。*非标准断开－按下FCU上的A/THR按钮第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统五、飞行增稳飞行增稳的基本功能：（1）偏航阻尼功能确保飞机在偏航轴的稳定和协调转弯（2）配平功能速度配平、马赫配平（3）飞行包线功能第十六章自动飞行控制系统1.偏航阻尼（YD）在飞机飞行的全过程中，YD用于提高飞机绕立轴的稳定性。当航向平衡被破坏后，偏航阻尼器控制方向舵偏转，从而抑制飞机绕立轴和纵轴的摆动，即抑制飞机的“荷兰滚”运动。保持飞机的航向平衡和航向稳定性。第十六章自动飞行控制系统“荷兰滚”运动这种飘摆运动的飞行轨迹呈S形，同时又左右偏航左右滚转，很像荷兰人滑冰的动作，故称荷兰滚。第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统它根据空速和偏航角速度信号，经处理，适时提供指令使方向舵相对飘摆、振荡、反向偏转，从而增大偏航运动阻力，消除飘摆。（2）工作原理第十六章自动飞行控制系统偏航阻尼器工作原理第十六章自动飞行控制系统偏航阻尼器在起飞前接通，着陆后断开。因此在整个飞行阶段均可使用。偏航阻尼器可单独使用,也可和自动驾驶仪配合工作。（3）接通和断开第十六章自动飞行控制系统（1）最小和最大速度：∗VSW(失速警告)∗VMO/MMO（2）机动速度：∗绿点∗S(最小收缝翼速度)速度∗F(最小收襟翼速度)速度（3）飞行包线功能第十六章自动飞行控制系统（3）ALPHA平台保护当飞机迎角很大时，迎角平台保护自动设置TOGA推力，而不管油门杆在何位。（4）低能量警告一个低能量音响警告“SPEEDSPEEDSPEED”，每5秒重复一次，提醒飞行员飞机能量已经低于临界值，要加大油门用俯仰控制恢复正的飞行航径角。第十六章自动飞行控制系统A320自动飞行控制第十六章自动飞行控制系统A320第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统A320第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统A320第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统A320第十六章自动飞行控制系统第十六章自动飞行控制系统本章重点：1、AFCS的功用及组成2、AP的主要功用3、AP的使用范围4、FD的使用范围。5、试述FD的工作原理。6、AT的基本工作方式是什么？7、说明AT的使用范围8、说明AT在飞行中的作用