飞机飞行操纵系统

飞机结构与系统第五章：飞机飞行操纵系统航空工程学院飞机系2012.11飞机结构与系统Page2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姿态的改变，以完成对飞机的飞行状态、气动外形的控制飞机结构与系统Page3右副翼左副翼飞机的操纵面飞机结构与系统Page4右副翼左副翼右升降舵左升降舵飞机的操纵面飞机结构与系统Page5俯仰配平右副翼左副翼右安定面左安定面飞机的操纵面飞机结构与系统Page6俯仰配平方向舵右副翼左副翼右安定面左安定面飞机的操纵面飞机结构与系统Page7俯仰配平方向舵扰流板右副翼左副翼右安定面左安定面飞机的操纵面飞机结构与系统Page8本章内容5.1简单机械操纵系统5.2有助力器的飞机操纵系统5.3调节飞机操纵性的装置5.4辅助操纵装置5.5电传操纵装置5.6飞行操纵警告系统飞机结构与系统Page9一、对飞机操纵系统的要求中央操纵机构5.1简单机械操纵系统二、飞机操纵系统的工作原理飞机飞行操纵系统的分类(根据操纵信号的来源)人工飞行操纵系统主操纵系统：手操纵机构：操纵升降舵、副翼脚操纵机构：操纵方向舵辅助操纵系统：扰流板、调整片、前缘襟翼、后缘襟翼、水平安定面的操纵系统自动飞行控制系统飞机结构与系统Page10飞行操纵系统（中央操纵机构）飞机结构与系统Page111、飞机的纵向操纵飞机的纵向操纵是通过操纵驾驶杆或驾驶盘控制升降舵来实现的。飞机结构与系统Page122、飞机的横向操纵飞机的横向操纵系统是通过操纵驾驶杆或驾驶盘控制副翼来实现的。飞机结构与系统Page13飞机结构与系统Page143、飞机的航向操纵飞机的航向操纵是通过脚蹬控制方向舵来实现的。飞机结构与系统Page15三、中央操纵机构的机构和工作原理飞机主操纵系统是由中央操纵机构和传动系统两大部分组成。㈠手操纵机构手操纵机构一般分为驾驶杆式和驾驶盘式两种，图为驾驶杆式手操纵机构及其原理飞机结构与系统Page16驾驶盘式手操纵机构飞机结构与系统Page17•侧杆操纵机构输入力信号，输出电信号；前后、左右摆动时发出互不干扰的电信号飞机结构与系统Page18㈡脚操纵机构脚操纵机构有脚蹬平放式和脚蹬立放式两种。飞机结构与系统Page19㈡脚操纵机构脚操纵机构有脚蹬平放式和脚蹬立放式两种。脚蹬平放式脚操纵机构平行四边形机构保证脚蹬只做平移而不转动飞机结构与系统Page20脚蹬立放式脚操纵机构之一之二飞机结构与系统Page21（一）传动机构的构造形式软式传动机构：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。四、传动机构的构造和工作原理四、传动机构的构造和工作原理飞机结构与系统Page22（二）硬式传动机构的主要构件1、传动杆，传动杆又称为拉杆。传动杆的接头如图所示。在传动过程中，传动杆不仅要作往复直线运动，而且要相对于摇臂转动。飞机结构与系统Page232、摇臂摇臂通常由硬铝材料制成，在与传动杆和支座的连接处都装有轴承。⑴放大或缩小力的作用1221rrFFnF飞机结构与系统Page24⑵放大或缩小位移的作用FxnrrdsdsFFn121221飞机结构与系统Page25⑶放大或缩小运动速度的作用)(1212Fnrrvv飞机结构与系统Page26⑷改变传动杆运动方向飞机结构与系统Page27差动摇臂：当驾驶杆左右或前后移动的位移相等，而舵面上下偏转的角度不等，称之为差动操纵，实现差动操纵最简单的机构是双摇臂，称为差动摇臂，其工作原理如图所示：飞机结构与系统Page283、导向滑轮导向滑轮是由三个或四个小滑轮及其支架所组成。它的功用是：支持传动杆，提高传动杆受压时的杆轴临界应力，使传动杆不至于过早地失去总稳定性。飞机结构与系统Page29㈢软式传动机构的主要构件1、钢索：钢索是由钢丝编成的。只能承受拉力，不能承受压力。•规格型号7×77×19股数钢丝数飞机结构与系统Page30有预加张力和无预加张力的钢索，在传动中所受的张力。飞机结构与系统Page312、滑轮和扇形轮滑轮用来支撑钢索和改变钢索的运动方向；扇形轮（扇形摇臂）除了具有滑轮的作用外，还可以改变力的大小飞机结构与系统Page323、松紧螺套松紧螺套用来调整钢索的预紧力。调松钢索时，螺杆末端不应超过小孔的位置飞机结构与系统Page334、钢索张力补偿器飞机机体上的外载荷的变化和周围气温变化，使机体结构和操纵系统之间产生相对变形，因而钢索可能会变松或过紧。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。飞机结构与系统Page34五、飞机飞行操纵系统的传动系数、传动比及非线性传动机构㈠操纵系统的传动系数舵偏角△δ与杆位移△X的比值飞机结构与系统Page35㈡操纵系统的传动比飞机结构与系统Page36㈢改变传动比和传动系数的机构——非线性传动机构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,小舵面偏转角时，杆行程太小，难以准确控制传动系数小，舵面偏角很大时，杆行程过大装有非线性传动机构的操纵系统，杆行程与舵面偏角之间成曲线关系飞机结构与系统Page37六、气动力补偿及气动力平衡㈠气动补偿的目的：降低铰链力矩，减小驾驶员操纵飞机的疲劳程度气动补偿方法：移轴补偿、角式补偿、随动补偿、内补偿、操纵调整片舵面铰链力矩飞机结构与系统Page38⑴移轴补偿将铰链轴后移，轴前面积即为补偿面积飞机结构与系统Page39⑵角式补偿将一小部分舵面伸出于铰链轴的前面，形成一个角，该角的面积约占操纵面面积的6-12%飞机结构与系统Page40⑶随动补偿随动补偿片也称随动调整片，在舵面后缘有自己转轴的可旋转小翼面。随着舵面的偏转，补偿片向与舵面转动方向相反的方向转动。飞机结构与系统Page41⑷内补偿补偿面积位于机翼后缘的空腔内，该空腔由气密布隔成上下两部分。一般用在副翼上飞机结构与系统Page42⑸操纵调整片飞机结构与系统Page43㈡气动力平衡：飞机处于某一飞行状态时，完全消除驾驶杆力，实现松杆飞行1、配平调整片：调整片一般用于飞机配平，当飞机着陆时，如果需要也可以利用调整片带动升降舵向上偏转来减小驾驶杆的拉力。飞机结构与系统Page44•气动平衡与气动补偿的区别：功能不同：气动平衡是将铰链力矩完全抵消，驾驶员松杆，飞机仍保持飞行姿态；气动补偿是驾驶员操纵舵面偏转时，减小铰链力矩操纵方式不同：气动平衡装置不是随操纵面偏转来起作用的，而是通过独立的配平手轮或配平电门操纵飞机结构与系统Page452、补偿配平调整片：又称助力配平调整片。驾驶员直接操纵舵面:调整片按补偿调整片原理工作，起助力作用驾驶员操纵调整片操纵机构（转盘或手柄），起配平作用飞机结构与系统Page46安装角可变的水平安定面通过改变水平安定面的安装角，达到纵向配平的目的现代大型高速飞机，尤其是大型客机上普遍使用水平安定面的安装角变化范围一般为-12°~3°飞机结构与系统Page47飞机结构与系统Page48七、飞机颤振与副翼反效、结构承力与传力、操纵系统的强度与刚度（1）传动杆的振动和翼面颤振1、振动的主要特性参数①振幅②振动周期梁的自然振动飞机结构与系统Page492、传动杆的振动传动杆会发生振动，振动的方向与传动杆的长度垂直，因此叫做弯曲振动。飞机结构与系统Page50颤振弹性结构在气动力和惯性及自身弹性结构力的作用下，由于作用力相互耦合而形成的剧烈自激振动。飞机结构与系统Page51颤振的形式机翼弯曲扭转颤振机翼弯曲-舵面偏转颤振操纵面本身颤振飞机结构与系统Page52•由于机翼扭转而产生激振力机翼的弯扭颤振飞机结构与系统Page53机翼的弯扭颤振•由于机翼垂直运动速度而产生减振力飞机结构与系统Page54机翼的弯扭颤振飞机结构与系统Page55•产生弯扭颤振的结构原因–机翼为弹性体（刚度）–重心和刚心不重合（重心的位置）⑴机翼刚度增加机翼的蒙皮厚度以增大机翼扭转刚度。为使蒙皮在弯曲强度中、桁条在扭转中有贡献，因而发展了单块式机翼结构。飞机结构与系统Page56⑵机翼重心的位置机翼重心位置沿弦向前移，使机翼重心靠近刚心，临界速度增大。为了提高颤振临界速度常在机翼翼尖的前缘部位上加配重。飞机结构与系统Page57机翼弯曲——副翼偏转颤振（舵面颤振类似)机翼弯曲振动引起副翼偏转振动产生激振力而形成的剧烈的自激振动。飞机结构与系统Page58副翼重心到转轴的距离飞机结构与系统Page59防止机翼弯曲——副翼偏转颤振的措施：重量平衡法:在副翼前缘加上配重使其重心前移，包括分布配重和集中配重。飞机结构与系统Page606、尾翼颤振尾翼颤振是和机身的弯扭、振动联合产生的，有机身弯曲—舵面偏转或机身扭转—舵面偏转。预防尾翼颤振：对舵面采用重量平衡的方法，通常采用集中配重。对后略式尾翼，还需在舵面尖端安置端部配重，且是过度的静平衡。飞机结构与系统Page61升降舵的过度重量平衡对飞机操纵性有不良的影响。当飞机作法向过载飞行时，由于升降度配重的质量力使驾驶杆自动向后倒向驾驶员，一般在驾驶杆的前面加上反平衡配重飞机结构与系统Page62㈢副翼反效机翼的弹性变形对副翼效能有严重的影响，在飞行速度很大时，能使副翼效能完全丧失，甚至出现反效能，称为“副翼反效”或“副翼逆动”。飞机结构与系统Page63提高副翼反效作用的临界速度的措施：①把副翼向机翼内侧移动，缺点是挤掉襟翼面积。飞机结构与系统Page64②用差动平尾以代替正常形式的副翼，同时采用机翼上的扰流片，以辅助差动平尾在低速时效能不足。③在大型飞机的机翼上有两个副翼。一个位于机翼内侧称为内侧副翼，又称高速副翼；另一个位于机翼外侧，称为外侧副翼，又称低速副翼。飞机结构与系统Page65五、简单机械操纵系统的维护特点㈠防止系统摩擦力过大飞机结构与系统Page66操纵系统摩擦力过大的原因如下：1、活动连接接头表面不清洁或润滑不良而造成锈蚀；2、活动连接接头固定过紧；3、传动机构和飞机其他部分发生摩擦；4、传动机构本身摩擦力过大。㈡防止系统间隙过大㈢保持钢索张力正常㈣操纵系统的调整飞机结构与系统Page675.2有助力器的飞机操纵系统助力机械操纵系统的提出–舵面铰链力矩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–现代高速和重型飞机广泛采用助力器助力机械操纵系统的分类–有回力的助力操纵系统–无回力的助力操纵系统助力机械操纵系统的主要元件：液压助力器飞机结构与系统Page68一、助力操纵系统的形式1、有回力的助力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助力操纵系统的回力比飞机结构与系统Page69回力比：枢轴力矩相同的条件下，使用液压助力器时平衡舵面载荷所需的杆力与不使用液压助力器时平衡舵面载荷所需的杆力的比值小回力比可在舵面枢轴力矩很大的情况下保证驾驶杆力不致过大，但在舵面枢轴力矩阵较小的时候，会使驾驶杆变得过“轻”。在有回力的助力操纵系统中，往往还装设载荷感觉器适当增加驾驶杆力。有回力的助力操纵系统通常用在亚音速飞机上。飞机结构与系统Page70有回力液压助力器工作原理图：飞机结构与系统Page712、无回力的助力操纵系统在无回力的助力操纵系统中，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。现代超音速飞机都采用无回力的助力操纵系统•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飞机结构与系统Page72二、液压助力器的基本工作原理(一)液压助力器的工作原理液压位置伺服控制系统采用机械式操纵机构的系统中，为机液位置伺服机构