第3章-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、飞机的飞行操纵系统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，用于控制飞机的飞行姿态、气动外形、乘坐品质。飞行员操纵飞机的副翼、升降舵、方向舵和其它可动舵面，从而实现飞机的纵向、方向、侧向运动，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。1.飞行操纵系统第三章飞行操纵系统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；地面上所有舵面应用“锁”来固定。第三章飞行操纵系统2.机体坐标轴第三章飞行操纵系统A320第三章飞行操纵系统3.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。1）按照操纵指令的来源分为：（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等。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、摇臂等机械部件传动。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动。如：A320、A330、A340、A380、B777（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/侧杆偏航操纵:方向舵—脚蹬俯仰操纵：升降舵—驾驶杆/盘/侧杆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—手柄空中/地面扰流板第三章飞行操纵系统二、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——用于产生操纵指令，包括手操纵机构和脚操纵机构；传动机构——用于传递操纵指令；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平放式脚镫左右脚镫的动作是协调的，即一个脚镫向前时，另一个脚镫向后。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③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四余度电传操纵系统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助力式主操纵系统——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（1）液压驱动装置①助力操纵系统类型采用液压助力协助驾驶员克服舵面铰链力矩的操纵系统称为助力机械操纵系统。助力操纵系统从驾驶舱中央操纵机构到舵面的机械联动装置中，利用助力器进行功率放大，从而操纵多舵面运动。包括：有回力助力机械操纵系统。无回力助力机械操纵系统。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液压助力器液压助力器是一种以液压作为工作能源的执行操纵指令的机械液压位置伺服功率放大装置，助力器输出的机械位移，与输入指令的机械位移量成正比。第三章飞行操纵系统第三章飞行操纵系统③载荷感觉器为了使飞行员操纵飞机时能从驾驶杆上感受到合适的力，在飞行操纵系统中装有载荷感觉器。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，但其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三、人工飞行操纵系统第三章飞行操纵系统1.主操纵系统（1）副翼操纵系统副翼操纵期间，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副翼感觉和定中机构副翼的配平副翼和扰流板的联动第三章飞行操纵系统副翼的操纵（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。第三章飞行操纵系统（2）升降舵操纵系统左右升降舵同时向上或者向下偏转。输入摇臂，接助力器输出摇臂，接升降舵图3-19升降舵扭力管外套管内套管内筒外筒连接点输入摇臂，接助力器输出摇臂，接升降舵输出摇臂，接升降舵a)扭力管外观b)扭力管原理（2）升降舵操纵系统第三章飞行操纵系统驾驶杆感觉作动筒助力器水平安定面升降舵马赫配平机构滚轮滚轮臂定中连杆壳体定中凸轮定中弹簧动压感觉机构感觉变换机构回油升降舵感觉和定中机构马赫配平飞机以较高马赫数飞行时，出现气动力中心后移，造成机头自动下沉现象。第三章飞行操纵系统升降舵的操纵（俯仰操纵）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。第三章飞行操纵系统（3）方向舵操纵系统飞机的协调转弯偏航阻尼当操纵飞机转弯时，除了操纵方向舵外，还需靠副翼配合升降舵协调转弯。抑制“荷兰滚”方向舵配平第三章飞行操纵系统“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。第三章飞行操纵系统方向舵的操纵（偏航操纵）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前缘缝翼前/后缘襟翼扰流板水平安定面调整片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（1）前缘缝翼第三章飞行操纵系统（2）襟翼操纵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飞机襟翼操纵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扰流板的功能是：（1）飞行扰流板可以辅助副翼横滚操纵；（2）飞行扰流板对称升起，可使飞机空中减速；（3）飞机落地后，地面扰流板升起，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。升起扰流板可使飞机的升力减小，阻力增加。（3）扰流板操纵第三章飞行操纵系统扰流板的收放第三章飞行操纵系统地面扰流板活门地面扰流板内锁活门内地面扰流板作动筒外地面扰流板作动筒外地面扰流板作动筒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安定面配平作动器驾驶杆电门组件安定面配平手轮安定面配平操纵电门水平安定面后钢索鼓轮前钢索鼓轮安定面配平操纵钢索齿轮箱丝杠水平安定面第三章飞行操纵系统A320配平手轮第三章飞行操纵系统四、特情处置通常飞行操纵系统故障，无论是卡阻还是受限，机组都会以较大的速度飞行，以增加对航空器的操控。所以，在开始进近前，管制员应建议通过耗油或放油减小全重以降低接地速度。飞行操纵系统故障中最常见的是襟翼卡阻。首先管制员应了解故障情况及机组的措施，备用放襟翼需要较长的时间，所以五边引导的要长。将着陆方向跑道长度、地面风情况通报给机组，应使用逆风着陆。因故障航空器进近速度较大，要增加与前机的间隔。考虑到该航空器可能冲出跑道，其后不要安排其他航空器进近。通知地面救援部门做好救援的各项准备工作。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）。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方向舵配平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A320第三章飞行操纵系统第三章飞行操纵系统襟翼和缝翼信息显示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？