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1、飞行操纵,张宏伟,第一章 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,飞行操纵系统构成,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。
2、,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,简单机械
3、操纵系统,简单机械操纵系统是一种人力操纵系统，由于其构造简单，工作可靠，使用了30余年，才出现助力操纵系统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,2.1 对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,一、主操纵系统组成,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：控制副翼和升降舵独立性脚操纵机构脚蹬：控制方
4、向舵（转弯/刹车）位置调整装置和限动装置传动机构将操纵信号传到舵面软式传动机构钢索、滑轮等硬式传动机构传动杆、摇臂等混合式传动机构,中央操纵机构,驾驶杆式手操纵机构推拉驾驶杆操纵升降舵左右压杆操纵副翼横、纵向操纵的独立性,独立性分析,驾驶杆左右摆时，传动杆沿着以b-b线为中心轴，以c点为顶点的锥面运动由于圆锥体的顶点c到底部周缘上任一点的距离相等，所以当驾驶杆左右摆动时，摇臂1不会绕其支点前后转动，因而升降舵不会偏转,驾驶盘式手操纵机构推拉驾驶盘操纵升降舵转动驾驶盘可操纵副翼独立性分析左右转动驾驶盘时，通过叶片状的万向节头传递扭矩，驾驶杆不动，所以，不会使升降舵偏转而前推或后拉驾驶盘时，由于有
5、叶片状的万向接头，副翼控制钢索轮不会转动，钢索不会绷紧或放松，所以既不会使副翼偏转，也不会影响驾驶盘的前后动作。,驾驶杆与驾驶盘的比较,侧杆操纵机构,一种输入力信号，输出电信号的小型侧置手操纵机构。,飞行控制计算机,中央操纵机构脚操纵机构,平放式脚蹬由两根横杆和两根脚蹬杆构成平行四边形机构平行四边形机构可保证飞行员在操纵脚蹬时，脚蹬只作平移而不转动,中央操纵机构脚操纵机构,立放式脚蹬蹬脚蹬时，通过传动杆和摇臂等构件的传动使方向舵偏转由于传动杆和摇臂等的连接，左右脚蹬的动作是协调的,脚蹬位置调整,手操纵机构与脚操纵机构的匹配,硬式传动机构传动杆摇臂导向滑轮软式传动机构钢索滑轮扇型轮/扇型摇臂松紧
6、螺套钢索张力补偿器,三、传动机构,传动机构特点比较,钢索,只承受拉力，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,钢索构造和规格,规格型号 77 719,股数,钢丝数,钢索构造和规格,类型碳钢、不锈钢 尺寸 1/16到3/8英寸名义直径相同的钢索，股数越多，它的柔性越好；名义直径相同，股数相同，钢丝数越多，柔性就越好。,钢索预紧,M铰,T,M铰,T0,T0,+T,-T,固有缺陷弹性间隙,弹性间隙钢索承受拉力时，容易伸长；由于操纵系统的弹性变形而产生的“间隙”称为弹性间隙危害：弹性间隙太大，会降低操纵的灵敏性解决措施：钢索预紧常见故障断丝（滑轮、导向器部位）,胶木/硬铝制成
7、作用支持钢索改变钢索的运动方向,5.滑轮,支持钢索改变钢索的运动方向改变传动力的大小,5.扇形轮/扇形摇臂,钢索导向装置,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,6.松紧螺套,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,7.钢索张力补偿器,硬式传动机构中的操纵力由传动杆传递，传动杆可承受拉力和压力传动杆的刚度较大可调接头调整接头端部有检查小孔，把传动杆调长时，接头螺杆的末端不应超过小孔的位置失效形式失稳,1.传动杆,2.摇臂,材料：硬铝特点：在连
8、接处装有轴承分类：单摇臂/双摇臂/复摇臂,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,差动操纵,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）偏转的角度不同实现差动操纵最简单的机构是差动摇臂,支持传动杆提高传动杆的受压时的杆轴临界应力增大传动杆的固有频率，防止传动杆发生共振,3.导向滑轮,2.3 传动系数/传动比,一、传动系数：舵偏角与杆位移X的比值,2.4 非线性机构,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
9、动机构的操纵系统，杆行程与舵面偏角之间成曲线关系,第五章 电传操纵系统,电传操纵系统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可靠性问题机械操纵系统可靠性较高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,5.1 电传操纵系统的组成四余度系统,前置放大,计算机,舵机,传感器,助力器,余度系统的工作特点对组成系统的各个部分具有故障监控、信号表决的能力一旦系统或系统中某部分出现故障后，必须具有故障隔离的能力。即在发生故障时，系统应具有第一次故障能工作，第二次故障还能工作的能力当系
10、统中出现一个或数个故障时，它具有重新组织余下的完好部分，使系统具有故障安全或双故障安全的能力，即在性能指标稍有降低情况下，系统仍能继续承担任务电传操纵系统特性驾驶员的操纵指令信号，只通过导线（或总线）传给计算机，经其计算（按预定的规律）产生输出指令，操纵舵面偏转，以实现对飞机的操纵人工操纵系统安全可靠性是由余度技术保证,5.2 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、非线性因素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，并可发生质的变化 缺点单通道电传操纵系统的可靠性
11、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 助力机械操纵系统,助力机械操纵系统的提出舵面铰链力矩是随舵面尺寸和飞行速压的增加而增加当铰链力矩变得很大时，即使利用当时的气动补偿法，也不能使驾驶杆（脚蹬）力保持在规定的范围之内研究效率更高的空气动力补偿研究液压助力器，以实现液压助力操纵 助力机械操纵系统的分类可逆助力机械操纵系统（回力）不可逆助力机械操纵系统（无回力）助力机械操纵系统的主要元件：液压助力器,一、可逆助力机械操纵系统,二、不可逆助力机械操纵系统,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
12、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,3.4 液压助力器,液压助力器特性机械-液压伺服装置工作原理机械-液压伺服原理应急操纵液压系统压力不足或液压助力器有故障时，可以关闭助力器的工作开关，转为用体力进行应急操纵 特性参数最大输出力最大输出速度最大行程性能分析快速性灵敏性稳定性,补充知识 伺服原理,原理系统靠输出与输入信号的偏差进行工作，从而使系统输出再现输入，达到输入控制输出的伺服控制目的基本特征输出量能够自动地、准确而快速地复现输入量的变化规律，且还能对输入信号实行放大(功率放大)与变换作用,一、典型液压助力器构造,壳体,配油柱
13、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,六、液压助力器性能分析,.快速性快速性是指在液压作用下，助力器的传动活塞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影响快速性的因素流量密封性,六、液压助力器性能分析,2.灵敏性灵敏性
14、是指传动活塞迅速地跟随配油柱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终存在着一定的差值,影响不灵敏范围因素配油柱塞交叠量密封性摩擦力混入空气,六、液压助力器性能分析,3.稳定性液压助力器的稳定性，指它在外部扰动作用消失后，能够迅速、自动地恢复到原来的工作状态的能力影响器稳定性的因素传动机构连接部分的间隙 混杂在油液中的空气操纵系统的摩擦力助力器的密封性 固定支架松动,载荷感觉器无回力助力操纵系统中，使飞行员从驾驶杆上感受到力有回力助力操纵系统中，在舵面铰链力矩较小时，使驾驶杆不致过“
15、轻”载荷感觉器类型弹簧载荷感觉器动压载荷感觉器载荷感觉器刚度小杆位移时，要求刚度大大杆位移时，要求刚度小,3.5 载荷感觉器,弹簧载荷感觉器构造,F,W,小弹簧座,3.6 调整片效应机构,操纵电门,电力驱动,水平安定面的配平操纵,操纵电门一般采用弹簧加载的定中电门，松开电门，电门会自动回到关断位，电动机停止工作。同时在电动操纵系统中，往往带有一些极限位置电门，当操纵面运动到极限位时，位置电门将使控制电路断开，防止操纵面运动超过极限位置，引发安全问题。,舵机,分类是飞机自动飞行控制系统和电传操纵系统的液压执行机构。舵机的控制回路称为舵回路，它是电液位置伺服控制系统（电动舵机控制回路是电电系统）。
16、把液压舵机装在液压助力器上，组成一个整体式的舵面操纵机构，称为复合舵机。作为人工操纵和自动驾驶控制舵面的共用舵机。电传操纵采用液压舵机+助力器或复合舵机,主飞行操纵与辅助操纵系统区别,6.1 辅助操纵系统特点,与主操纵系统区别操纵时不给驾驶员提供操纵力和位移的感觉驾驶员必须知道辅助操纵面的位置，需设位置指示器或指示灯工作特点当操纵面被操纵到需要的位置后，不会在空气动力作用下返回原来位置,典型主操纵系统,副翼操纵系统升降舵操纵系统方向舵操纵系统,副翼操纵系统,副翼输入机构特点,典型的并列式柔性互联驾驶盘操纵机构，任一驾驶盘卡滞乃能进行飞机横滚操纵。正常时当副翼偏转一定角度后有扰流板配合工作，当左
17、驾驶盘卡滞时，可由右驾驶盘单独操纵扰流板进行应急操纵。,副翼感觉和定中机构与副翼配平,副翼感觉和定中机构：操纵时由弹簧载荷感觉定中机构给驾驶员提供感觉力，不操纵时自动定中。副翼配平：配平操纵时，配平作动器（调整片效应机构）使中立位置点移动，带动副翼操纵机构操纵助力器使副翼偏转对应角度进行配平，此时驾驶盘操纵力为零。,升降舵操纵系统,操纵方式：驾驶杆、自动驾驶仪、水平安定面配平和马赫配平操纵。双助力器并联在一个扭力管上输出操纵左、右升降舵，保证两边舵面的同步性。,升降舵感觉和定中机构,动压载荷感觉装置和弹簧载荷感觉定中机构动压载荷感觉装置通过专用空速管提供动压，通过感觉变换机构调节感觉作动筒的液
18、压，由感觉作动筒调节弹簧载荷定中机构的弹簧力，使驾驶员感觉的操纵力与舵偏角、飞行高度及飞行速度成比例关系。在接近大迎角失速时还可提供更大的感觉力。,马赫配平,马赫配平是一套自动装置，感受飞行马赫数当需要配平时，飞机自动使升降舵向上偏一个角度进行配平，避免飞机自动下俯现象发生。,方向舵操纵系统特点,飞机水平协调转弯操纵副翼、升降舵和方向舵。偏航阻尼器偏航阻尼器装在方向舵操纵系统中，使飞机受到横侧干扰运动时产生的荷兰滚振荡过程得到充分的阻尼。,6.2 常见辅助操纵面,增升装置前缘装置前缘襟翼前缘缝翼可鲁格襟翼后缘装置开裂式后缘襟翼后退式襟翼后退式三开缝襟翼增阻装置扰流板配平装置水平安定面,增升装置
19、,襟翼操纵,襟翼保护,不同步保护在正常工作方式下，当左和右两侧襟翼发生不同步放出时，自动切断停止工作。过载保护襟翼载荷限制器在襟翼处于完全放出状态下，当空速突然超过规定值时，允许襟翼自动收回一个稍小的角度，防止结构损坏。,襟翼位置指示,左指针,扰流板,地面扰流板飞行扰流板,地面扰流板,功用只能在地面使用起减速作用。位置立起、放下控制受减速板手柄和空/地电门控制，只有飞机在地面时，操纵减速板手才能使地面扰流板放出。一般是液压作动，并使用双向单杆式作动筒。,飞行扰流板,功用配合副翼工作空中/地面使飞机减速控制驾驶盘操纵协助副翼工作。减速板手柄操纵，空中或地面使飞机减速。在空中作减速板使用中同时也可
20、进行配合副翼工作。一般采用液压伺服系统操纵。,Trim drag,飞机配平,水平安定面配平,输入方式人工操纵（安定面配平手轮）电动配平（安定面配平电门）自动驾驶操纵优先权人工电动 自动驾驶仪,水平安定面指示,用于指示水平安定面的位置。飞机在起飞前应拫据飞机的载重和平衡情况、飞机襟/缝翼位置进行配平到“起飞”绿区。,飞行警告系统,功用在潜在危险发生前警告驾驶员，避免事故发生分类失速警告系统失速警告所指的就是临近或达到最大可用升力时的警告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/自动缝翼系统 起飞警告系统飞机起飞时，当任一油门杆前推而
21、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减速板手柄没放下设置停留刹车前缘襟翼和缝翼没放下后缘襟翼不在起飞位置安定面超出绿区,失速警告系统,起飞警告系统,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间歇性警告喇叭声，并不能抑制。只有收回油门杆或使飞行操纵组件处于正确位置才能解除警告。,飞行操纵系统的维护,防止摩擦力过大或不均匀防止系统间隙过大保持钢索张力正常操纵系统的调整测量舵面位移的工具,防止摩擦力过大或不均匀,及时润滑、清除脏物。正确调整传动接头拧紧力和钢索张力防止过紧。保证传动部分与其它结构之间
22、的间隙。防止在操纵过程或飞机结构变形引起碰撞和摩擦。通过使舵面开始偏转时，所需的杆力测量检查摩擦力。应符合维护手册要求。,保证各传动部分接头的间隙合格,定期清洗和润滑轴承，防止过度磨损。注意检查传动杆接头与杆之间的连接铆钉，防止松动。系统间隙量的检查：将驾驶杆（或脚蹬）固定在中立位；在舵面规定位置上施加规定的力；测量舵面后缘（或规定测量点）相对结构上指定点的移动距离。应在标准范围内。,保持钢索预张力合格1、钢索预张力的作用：（1）减小弹性间隙（钢索受力变形伸长）。（2）减小驾驶员的操纵力。（3）温度对弹性间隙的影响：对没有钢索张力补偿器的小型飞机，飞机飞到高空时，由于温度降低，使钢索变松。预张
23、力的弹性变形可给予补偿。,保持钢索预张力合格,钢索预张力的作用：减小弹性间隙（钢索受力变形伸长）。减小驾驶员的操纵力。温度对弹性间隙的影响：对没有钢索张力补偿器的小型飞机，飞机飞到高空时，由于温度降低，使钢索变松。预张力的弹性变形可给予补偿。,保证钢索张力的措施,定期检查：钢索张力的实际值可以从钢索张力补偿器的指示处直接读出或用张力计测量（标准顶块号码、钢索直径和型号、张力计读数、校准表）。钢索张力的标准值，据不同钢索直径和型号及测量时的环境温度，由维护手册中的“钢索校装图表”上取得。钢索张力的调整：在装有松紧螺套处进行调整，调整后要打保险。,操纵系统的校装和检查,在更换操纵机构、传动机构或拆
24、卸机翼、尾翼以后必须进行校装和捡查,中央操纵机构与相应舵面运动一致性检查和校装,中立位检查：中央操纵机构在中立位时，相应舵面也应在中立位。最大行程检查：在中立位检查合格后进行，中央操纵机构在最大行程（双向）位时，相应舵面也应在最大偏角位。并确保中央操纵机构达到止动位时，传动机构留有一定余量。机翼或安定面的变形，会影响舵面位置的测量准确性。此时，应先进行飞机的水平和对称性的测量。在检查过程中，对舵面的操纵必须由中央操纵机构完成，不能直接扳动舵面。同步性检查：对双控制的系统，同时操纵时系统必须同步动作，并符合标准规定。,舵面行程的测量工具,专用工具：校装夹具和外形模板，由飞机制造厂提供。通用工具：量角器和直尺。维护手册中给出的舵面位置为舵面测量点到固定结构上的标定点之间的距离，可用直尺测量。对以角度给出的情况，则用量角器进行测量。在量角器的圆盘上读出舵偏角的整数，在游标尺上读出小数部分。,
