各种飞机的操纵原理

飞行操纵北京摩诘创新科技吕兆波飞行操纵系统概述飞行操纵系统定义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合驾驶员通过操纵飞机的各舵面和调整片实现飞机绕纵轴、横轴和立轴旋转，以完成对飞机的飞行状态、气动外形的控制Page4固定翼飞机的操纵面Page5大型客机常采用混合副翼：内副翼：全速副翼外副翼：低速副翼方向舵可配平的水平安定面升降滚转扰流板全速副翼低速副翼Page6右副翼左副翼固定翼飞机的操纵面Page7右副翼左副翼右升降舵左升降舵固定翼飞机的操纵面Page8右副翼左副翼右升降舵左升降舵升降舵调整片升降舵调整片固定翼飞机的操纵面Page9俯仰配平右副翼左副翼右安定面左安定面右升降舵左升降舵升降舵调整片升降舵调整片固定翼飞机的操纵面Page10俯仰配平方向舵右副翼左副翼右安定面左安定面右升降舵左升降舵升降舵调整片升降舵调整片固定翼飞机的操纵面Page11俯仰配平方向舵扰流板右副翼左副翼右安定面左安定面右升降舵左升降舵升降舵调整片升降舵调整片固定翼飞机的操纵面Page12俯仰配平方向舵扰流板右副翼左副翼右安定面左安定面襟翼襟翼右升降舵左升降舵升降舵调整片升降舵调整片固定翼飞机的操纵面飞机的操纵性操纵系统的重要性飞行模拟器操纵负荷系统是向模拟器飞行员提供操纵力感的系统。同时操纵负荷系统还要进行飞机舵偏角的计算，从而实现与飞行控制系统、自动驾驶系统的实时交互。操纵负荷系统是飞行模拟器中十分重要的组成部分，操纵负荷系统的反馈效果是否逼真将直接影响到飞行员的训练，并且关系到对整个飞机设计过程的评估。只有获得逼真的力感模拟，才能使飞行学员在模拟训练中获得“实际”的飞行经验，在飞行品质评估过程中才能给出客观的评价，否则飞行员很难获得真实的飞行体验，专家在评估飞机性能时所获得测试结果只能是错误的。操纵系统的分类1、简单的机械操纵系统：从操纵杆位移传递到舵面的过程中全部的传动机构都是机械构件，飞行员直接对舵面进行控制。2、可逆式的助力机械操纵系统：利用液压助力器来操纵舵面，舵面所受的力，以某一比例反向传递到飞行员，飞行员可以感受到舵面上的力的真实变化规律。3、不可逆可逆式的助力机械操纵系统：舵面的扭矩全部由液压助力器的输出力来克服，这样驾驶杆的力只用来克服传动系统的摩擦和机液伺服系统中的液动机与舵面的空气动机毫无关系。4、电传操纵系统：驾驶杆输入为电信号，送入到一台控制计算机中同时也输入飞机高度、速度和动压等飞行状态信息，通过一定的算法，输出相应的舵面和交联舵面的偏角信号由伺服作动系统驱动舵面偏转。操纵负荷系统座舱控制（操纵机构）：由实际飞机座舱改造，与连接系统链接。链接系统（传动系统）：执行机构：用来匹配仿真系统的力、速度和频率的需要，包含电机、驱动器以及位置传感器。执行控制回路（内回路）：执行机构产生的负荷力与控制仿真系统计算的力匹配，基于控制位置和速度（加速度），执行控制器保证通过执行机构一个实时的力被拖加到链接机构上。控制系统仿真-模型（外回路）：是一个标准的或者严格的实际飞机控制系统模型（包括弹簧力、阻尼力和止动力等），这个模型依据执行控制器回路提供的位置和速度信息，计算出一个相应的力返回给执行控制回路。操纵负荷系统操纵负荷系统座舱操纵机构传动机构负荷系统是真实飞机的飞行操纵系统的仿真系统，为驾驶员提供力感及实时结算舵面偏角操纵机构→拉杆、摇臂、支座……→舵面座舱操纵机构手脚操纵机构驾驶杆、脚蹬操纵机构、安装座操纵摇臂、支架、连杆油门操纵机构：对发动机的控制操纵机构主要分三部分：驾驶杆、驾驶盘、脚蹬以及传动机构在内的整套机构系统。驾驶杆和驾驶盘链接在一起，左右摆动和前后拉动的自由度相互不受影响，操纵负荷系统力感介绍力感仿真是指飞行员完成任务的操纵感觉仿真：功能是模拟飞机在飞行、地面滑行过程中以及故障状态下，飞行员驾驶飞机时的操纵力感，复现飞机在不同飞行条件下和不同操纵模式下操纵系统的静态和动态特性。静态力：由力对应位置的曲线给出，在静止的时候给的力，由感觉弹簧和摩擦引起。如：摩擦力、弹簧力等。动态力：位置对应时间的曲线给出，随动状态变化的力，如：阻尼力（是速度的函数，与振动速度的大小成正比，方向成反比）、惯性力（是加速度的函数）等。操纵性的定义：飞机的操纵性是指飞机在飞行员操纵升降舵、方向舵和副翼下改变其飞行状态的特性。俯仰操纵性方向操纵性横侧操纵性着陆襟翼操纵性的定义：舵面的类型副翼横滚操纵主操纵系统升降舵俯仰操纵方向舵偏航操纵襟翼、缝翼增升装置操纵辅助操纵系统扰流板扰流板操纵安定面配平操纵1飞机的俯仰操纵性飞机的俯仰操纵性是指飞行员操纵驾驶盘偏转升降舵后，飞机绕横轴转动而改变其迎角等飞行状态的特性。拉杆升降舵上偏附加向下升力①直线飞行中改变迎角的基本原理平尾上的向下附加升力会打破原有俯仰平衡，使飞机抬头。①直线飞行中改变迎角的基本原理机头向上升降舵上偏向下气动力机尾向下后拉杆重心焦点操纵力矩稳定力矩俯仰操纵力矩=俯仰稳定力矩①直线飞行中改变迎角的基本原理直线飞行中，驾驶盘前后的每一个位置（或升降舵偏角）对应着一个迎角。一个迎角对应一个速度。驾驶盘位置越靠后，升降舵上偏角越大，对应的迎角也越大。反之，驾驶盘位置越靠前，升降舵下偏角越大，对应的迎角也越小。结论飞行员操纵驾驶盘，要施加一定的力，这个力简称为杆力。②驾驶杆力I.杆力的产生和影响因素铰链铰链力矩舵面上铰链力矩的产生:飞行员推杆后，升降舵下偏，升降舵上产生向上的空气动力，对铰链形成的力矩。杆力的产生:M枢轴枢轴L舵由M枢轴传来的力铰链力矩迫使升降舵和杆回到中立位，为保持舵偏角和杆位置不变，飞行员必须用一定力推杆才能平衡铰链力矩。I.杆力的产生和影响因素II.调整片的作用飞行中调整片可以减小和消除杆力。●飞行中调整片可以减小和消除杆力。调整片在保持平尾升力不变的前提下，通过偏转配平调整片使舵面铰链力矩为零。2飞机的方向操纵性（无滚转）飞机的方向操纵性是指飞行员操纵方向舵以后，飞机绕立轴偏转而改变其侧滑角等飞行状态的特性。垂直尾翼上的向右附加气动力会打破原有方向平衡，使飞机机头左偏。①飞行中改变侧滑角的基本原理飞机的方向操纵蹬右舵——方向舵后缘右偏——向左的侧向力——机头向右偏不带滚转的直线飞行中，每一个脚蹬位置对应着一个侧滑角。蹬右舵，飞机产生左侧滑。蹬左舵，飞机产生右侧滑。方向舵偏转后产生方向铰链力矩，飞行员需用力蹬舵才能保持方向舵偏转角不变。方向舵偏转角越大，气流动压越大，蹬舵力越大。结论②蹬舵反倾斜现象方向舵侧向力对重心产生的滚转力矩侧向静稳定性产生的滚转力矩，就会出现蹬右舵飞机向左倾斜，蹬左舵飞机又向右倾斜的现象，这种现象叫做蹬舵反倾斜现象。3飞机的横侧操纵性（无侧滑）飞机的横侧操纵性是指飞行员操纵副翼以后，飞机绕纵轴转动而改变其滚转角速度、坡度等飞行状态的特性。两个副翼上的不同升力差会打破原有横侧平衡，使飞机开始滚转。①飞行中不带侧滑的横侧操纵基本原理①飞行中不带侧滑的横侧操纵基本原理横侧操纵力矩=横侧阻尼力矩滚转方向阻尼力矩方向操纵力矩方向旋转阻力副翼升力作用不带侧滑的横侧操纵中，驾驶盘左右转动的每个位置都对应着一个稳定的滚转角速度。压左盘，飞机作滚转，压右盘，飞机右滚转。驾驶盘左右转动的角度越大，滚转的角速度就越大。结论②横侧反操纵(有害偏航)迎角增大，横侧操纵性变差，临界迎角和大于临界迎角时，可能出现横侧反操纵。●横侧反操纵小迎角时，压右盘，飞机右滚，形成右侧滑，出现横侧稳定力矩，阻止右滚。接近临界迎角时，压右盘，下偏副翼的左侧机翼阻力很大，上偏副翼的右侧机翼阻力较小，这一阻力差将加大飞机的侧滑角，从而加大使飞机左滚的横侧稳定力矩。当稳定力矩大于操纵力矩时，出现压右盘导致飞机左滚。偏转副翼引起的有害偏航为什么？左压杆——机翼左右阻力不平衡——右偏航——左侧滑——右滚转静稳定力矩。怎么办？–差动副翼•上偏角大于下偏角–弗莱兹副翼•上下偏角相等差动副翼可以大部分消除上述现象。●差角副翼上偏一侧副翼阻力加大。●阻力副翼③副翼操纵的失效和反逆“副翼反效”又称为“副翼反逆”、“副翼反操纵”。飞机高速飞行时由于气动载荷而引起的机翼扭转弹性变形，使得偏转副翼时所引起的总滚转力矩与预期方向相反的现象。副翼操纵的失效和反逆是怎样产生副翼操纵的失效和反逆是怎样产生操纵力矩M1=反力矩M2，再操纵副翼就不会产生滚转力矩，这种现象叫副翼失效。这个飞行速度叫副翼反逆临界速度。M1M2时，副翼反效。提高副翼反逆临界速度提高机翼的抗扭刚度–机翼的扭转刚度越大，副翼反逆临界速度就越高。采用混合副翼–外侧副翼——低速飞行–内侧副翼——高速飞行④提高飞机侧向操纵效率扰流板(a)扰流板未打开时与机翼表面平齐(b)扰流板打开产生大量旋涡(c)扰流板在机翼表面上的位置1—扰流板；2—副翼；3—襟翼扰流板扰流板扰流板工作原理和作用扰流板一般安装在机翼下表面或上表面的襟翼之前，当副翼向上偏转到一定角度时，联动机构就起作用而将扰流板打开。当副翼继续偏转到某一角度时，扰流板就全部竖立在气流中。它全开时的最大高度，接近于该处的附面层厚度。有利于改善飞机的横侧操纵性能，或在飞行中使飞机减速，而且能提高飞机的起落性能。飞机的操纵性小结操纵性的定义飞机的俯仰操纵性–直线飞行中改变迎角的基本原理–驾驶杆力与调整片飞机的方向操纵性（无滚转）–飞行中改变侧滑角的基本原理–蹬舵反倾斜现象飞机的横侧操纵性（无侧滑）–飞行中不带侧滑的横侧操纵基本原理–横侧反操纵(有害偏航)–副翼操纵的失效和反逆–提高飞机侧向操纵效率直升机操纵原理直升机操纵原理直升机操纵原理直升机操纵的特点油门总距杆（总距操纵杆）总矩操纵杆（油门总距杆）周期变距操纵杆周期变距操纵杆自动倾斜器自动倾斜器飞机的操纵性小结操纵性的定义飞机的俯仰操纵性–直线飞行中改变迎角的基本原理–驾驶杆力与调整片飞机的方向操纵性（无滚转）–飞行中改变侧滑角的基本原理–蹬舵反倾斜现象飞机的横侧操纵性（无侧滑）–飞行中不带侧滑的横侧操纵基本原理–横侧反操纵(有害偏航)–副翼操纵的失效和反逆–提高飞机侧向操纵效率直升机的操纵机构尾翼旋翼飞机的操纵性小结操纵性的定义飞机的俯仰操纵性–直线飞行中改变迎角的基本原理–驾驶杆力与调整片飞机的方向操纵性（无滚转）–飞行中改变侧滑角的基本原理–蹬舵反倾斜现象飞机的横侧操纵性（无侧滑）–飞行中不带侧滑的横侧操纵基本原理–横侧反操纵(有害偏航)–副翼操纵的失效和反逆–提高飞机侧向操纵效率飞行操纵系统构成中央操纵机构传动机构驱动机构操纵面手操纵机构机械传动人力驱动主操纵副翼升降舵电传操纵液压助力方向舵脚操纵机构辅助操纵襟翼、缝翼光传操纵电动助力扰流板安定面飞行操纵系统分类——信号来源人工飞行操纵系统特点：操纵信号由驾驶员发出组成：飞机的俯仰、滚转和偏航操纵系统（主操纵系统）增升、增阻操纵系统，人工配平系统等（辅助操纵系统）自动飞行控制系统特点：操纵信号由系统本身产生，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组成：自动驾驶仪发动机油门自动控制结构振动模态抑制系统。飞行操纵系统分类——信号传递机械操纵系统机械操纵系统的操纵信号由钢索、传动杆的机械部件传动。电传操纵系统而电传操纵系统的操纵信号通过电缆传动。光传操纵系统操纵信号为在光缆中的光信号。飞行操纵系统分类——驱动方式简单机械操纵系统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，又被称为简单机械操纵系统。软式操纵系统硬式操纵系统简单机械操纵系统构造比较简单，主要由驾驶杆、脚蹬、钢索、滑轮、传动杆、摇臂等组成。助力操纵系统液压助力电助力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副翼升降舵方向舵襟翼扰流板水平安定面飞行操纵系统组成在起降时，增加升力或者阻力；增加机翼面积。横滚。仰俯。偏航。使飞机具有静稳定性，