自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)AFCS

1、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)第六章自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)AFCS 自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的組成和基本功能自動(dòng)駕駛儀（AP）飛行指引（FD）偏航阻尼系統(tǒng)（YDS）俯仰配平系統(tǒng)（Auto Trim）自動(dòng)油門(mén)系統(tǒng)（ATS）6.1自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)AFCS的組成和基本功能系統(tǒng)的功用一一自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)可在除起飛的飛機(jī)的整個(gè)飛行階段中使用：離場(chǎng)、爬升、巡航、下降和進(jìn)近著陸。6.1.1自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)AFCS由下列分系統(tǒng)組成：自動(dòng)駕駛儀（A/P）既可用于控制飛行軌跡，也可用于控制飛行速度減輕飛行員 的工作負(fù)擔(dān)，還可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的自動(dòng)著陸。飛行指引儀（F/D）在PFD或EADI上顯示計(jì)算機(jī)提供的自動(dòng)飛行的指令使飛行 員按照飛行指引桿的指引

2、 駕駛飛機(jī)，或監(jiān)控飛機(jī)的姿態(tài)。自動(dòng)配平系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)飛機(jī)的水平安定門(mén)，改善飛機(jī)的俯仰穩(wěn)定性偏航阻尼系統(tǒng)（丫/D ）改善飛機(jī)整個(gè)飛行階段的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性自動(dòng)油門(mén)系統(tǒng)（ATS）自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，實(shí)現(xiàn)最佳飛行，并減輕飛行 員的負(fù)擔(dān)。偏航阻尼系統(tǒng)與自動(dòng)配平系統(tǒng)合稱為增穩(wěn)系統(tǒng)。飛行管理系統(tǒng)FMS在現(xiàn)代飛機(jī)上，利用飛行管理系統(tǒng) FMS，可完成對(duì)飛機(jī)的全自動(dòng)導(dǎo)航； 提 供從起飛到進(jìn)近著陸的最優(yōu)側(cè)向飛行軌 跡和垂直飛行剖面的計(jì)算， 實(shí)現(xiàn)最佳飛行。FMS的輸出信號(hào)加到AFCS,控制自動(dòng)飛行控制系統(tǒng) 的工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的制導(dǎo) 和推力管理；同時(shí)監(jiān)測(cè)AFCS的工作，防 止 飛機(jī)在不正常條件下的自動(dòng)飛行。6.1.3 A

3、FCS的基本結(jié)構(gòu)AFCS的基本組成：飛行控制計(jì)算機(jī)一一計(jì)算控制指令?？刂瓢逡灰唬ǚ绞娇刂瓢錗CP）是人機(jī)接口，用于向計(jì)算機(jī)輸入飛行員的控制 指令，如飛行方式、速度、高度等。輸出設(shè)備一一將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)加到飛行控制系統(tǒng)（通過(guò)舵機(jī)控制飛行操 縱面等），將顯示信息輸往顯示器。數(shù)字式AFCS的結(jié)構(gòu)80年代AP/FD計(jì)算機(jī)集成為FCC電子飛行控制系統(tǒng)EFCS的結(jié)構(gòu)電傳操縱 FBW 通過(guò) 電信號(hào)取代機(jī)械操 縱機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛 機(jī)操縱 面的控制。 飛行管理制導(dǎo)包絡(luò)計(jì) 算機(jī) FMGEC AP、 AD 功能、偏 航阻尼、 配平功能及失速、 超速等飛行安全極 限監(jiān)控。 數(shù)字式發(fā)動(dòng) 機(jī)全權(quán)電 子控制系統(tǒng) FAD

4、EC 利用計(jì) 算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 油門(mén)等 的完全的自 動(dòng)控制。6.2 自動(dòng)駕駛儀 AP 6.2.1 自動(dòng)駕駛儀的功用與組成 6.2.2 自動(dòng)駕駛儀的基本原理 6.2.3 自 動(dòng)駕駛儀的工作方式6.2.1 自動(dòng)駕駛儀的功用與組成 自動(dòng)駕駛儀的主要功能：1）自動(dòng)保持飛機(jī)沿三個(gè)軸的穩(wěn)定 保持姿態(tài)角；航向、高度、升降速度、俯預(yù)定的高度等飛行；2）按照飛行員的指令，自動(dòng)操縱飛機(jī)達(dá)到指定的仰角等；3）按照飛行員的設(shè)定，控制飛機(jī)按指定的航向、4）在 FMC 的控制下，執(zhí)行飛行計(jì)劃，按預(yù)定的 航線飛行；5）與儀表著陸系統(tǒng)相耦合，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的自動(dòng)著陸。自動(dòng)駕駛儀的基本組成 傳感器，測(cè)量裝 置（ IRU 等） 敏感元

5、件； 信號(hào)計(jì)算處理裝 置（計(jì)算 機(jī)） 計(jì)算 元件； 比較放大器 放大元件；伺服系統(tǒng)（陀 機(jī)） 執(zhí)行 機(jī)構(gòu)； 控制顯示裝置 顯示元件。自動(dòng)駕駛儀的部件功用1）傳感器、測(cè)量裝置 敏感元件，如 IRU 、垂直陀螺等。 敏感飛機(jī)的姿 態(tài)，測(cè)量飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換為電信 號(hào)輸入 AP。2）比較放大器 放大元件 ,比較輸入基準(zhǔn)指令與實(shí)時(shí)的測(cè) 量信號(hào)，產(chǎn)生、 計(jì)算誤差（控制） 指令； 放大經(jīng)信號(hào)處理元件處理后的 信號(hào) （一般指功率放大 ）,輸 送給伺服系統(tǒng)。 信號(hào)處理元 件 計(jì)算元件，把各種敏感元件的輸出信號(hào) 處理為符 合控制規(guī)律要求的信號(hào)；3）伺服系統(tǒng)（陀機(jī)） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)放大元件的輸出 的誤差信

6、號(hào)，產(chǎn)生 操縱舵面的作用力， 驅(qū)動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)， 亦稱為舵面控 制組件。4）反饋回路 利用傳感器感受舵面的運(yùn)動(dòng)， 反饋給比較 器，與基準(zhǔn)信 號(hào)相比較， 不斷修正誤差信號(hào)， 以使舵面的平 滑、準(zhǔn)確 地運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)控制要求。（5）控制（顯示）面板一一用于向AP提供指令，完成系統(tǒng)的 接通/斷開(kāi)、工作 方式的選擇以及通告顯示等。622自動(dòng)駕駛儀的的基本原理自動(dòng)駕駛 儀是一種閉 環(huán)控制系統(tǒng)。其工作過(guò)程為包含誤差敏感、誤差糾正和舵面隨動(dòng)的閉環(huán)控制過(guò)程。自動(dòng)駕駛儀包含有內(nèi)回路和外回路兩個(gè)反饋回路。自動(dòng)駕駛儀的內(nèi)回路內(nèi)回路一一控制飛機(jī)的姿態(tài)。內(nèi)回路比較器將飛機(jī)的實(shí)際姿態(tài)與姿態(tài)指令進(jìn)行比較， 產(chǎn)生姿態(tài)誤差信號(hào)。姿

7、態(tài) 誤差信號(hào)通過(guò)伺服系統(tǒng)操縱飛行控制舵面， 使控制舵面相應(yīng)偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)姿 態(tài)的控制。 實(shí)際姿態(tài)由IRU或垂直陀螺提供。姿態(tài)指令來(lái)自于駕駛員選擇的工作模式或外回路。伺服馬達(dá)：液力、電動(dòng)或氣動(dòng)。速度適配電路：使飛機(jī)姿態(tài)變化一定量所需 的舵面偏轉(zhuǎn)量與空速有關(guān)一一 空速較高時(shí)所需 的舵面偏轉(zhuǎn)量小。自動(dòng)駕駛儀的外回路外回路一一控制飛機(jī)的航路： 外回路比較器將飛機(jī)的實(shí)際航路與設(shè)計(jì)（計(jì)算） 航路相比較，產(chǎn)生航路誤差 信號(hào)。航路誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換為內(nèi)回路的姿態(tài)指令，輸 入內(nèi)回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)航路 的控制。關(guān)于姿態(tài)限幅器姿態(tài)限幅器用于限制從外回路進(jìn)入內(nèi)回路的姿態(tài)指令，以防止導(dǎo)致飛機(jī)進(jìn)入危險(xiǎn)傾斜或俯仰狀態(tài)，保障 安全

8、和舒適性。 多數(shù)飛機(jī)的傾斜限制為30，可在5至 25間調(diào) 節(jié)；飛機(jī)的俯仰限制為上仰25,下俯10。6.2.3自動(dòng)駕駛儀的工作方式通過(guò)三個(gè)控制通道分別控制飛機(jī)的副翼、升降陀和方向陀： 俯仰通道一一控制升降陀的通道（升降陀通道）； 航向通道一一控制方向陀的通道（方向陀通道）； 橫滾通道一一控制副翼的通道（副翼通道）?？v向通道一一穩(wěn)定和控制飛機(jī)的俯仰姿態(tài)、高度、速度、升降速度等； 橫側(cè)向通道一一因航向通道和橫滾通道的信號(hào)交連，統(tǒng)稱為橫側(cè)向通道。橫側(cè)向通道穩(wěn)定和控制飛機(jī)的航向角、傾斜角、偏航距離等。在不同的工作方式，通過(guò)對(duì)上述變量的控制，可實(shí)現(xiàn)以下功能：姿態(tài)保持、高度保持、航向保持、自動(dòng) 改平、復(fù)飛。

9、方式控制板 MCP方式控制板 MCP各方式的控制板集成為方式控制板 MCP。MCP上設(shè)置有：F/D銜接電門(mén)；左、 中、右三個(gè)獨(dú)立通道的自動(dòng)駕駛銜接電門(mén)；自動(dòng)著陸多通道銜接的進(jìn)近電門(mén)APP；自動(dòng)駕駛的人 工脫開(kāi)電門(mén)；速度、高度、航向、升降速度指令輸入旋鈕 等。方式控制板MCP速度、高度、航向、升降速度指令輸入旋鈕等。自動(dòng)駕駛儀的銜接和脫開(kāi)銜接：到達(dá)接通高度、滿足接通條件、按下接通(銜接)電門(mén)。 接通后，可選 取或轉(zhuǎn)換工作方式。常用脫開(kāi)方式：按壓駕駛盤(pán)上的脫開(kāi)按鈕 脫開(kāi)A/P ；擦作人工配平開(kāi)關(guān)時(shí)也脫開(kāi)；人工強(qiáng)行脫開(kāi)：向俯仰、橫滾和航向通道 施加足夠的力；自動(dòng)脫開(kāi)：電源、液壓等系統(tǒng)故障。脫開(kāi)時(shí)都會(huì)

10、有脫開(kāi)警告信號(hào)。自動(dòng)駕駛儀的兩種銜接方式駕駛盤(pán)操作方式CWS (也稱為飛行員操作方式CCW)飛行員通過(guò)駕駛盤(pán)發(fā) 出的操縱指令，轉(zhuǎn)換為操縱信號(hào)輸入 FCC ；飛行控制計(jì)算機(jī)FCC在飛行員操縱指令的控制下，輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)舵面運(yùn) 動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的操縱。 在CWS方式，A/P只相當(dāng)于飛行員進(jìn)行操縱的 助力 器”相當(dāng)于電傳操縱飛 機(jī)上的人工操作。指令方式CMD飛行員通過(guò)方式控制板 MCP上的控制元件選擇工作方式， 輸入控制指令(航向、飛行高度、速度)；A/P根據(jù)輸入的控制指令和各傳感器 的輸入信號(hào)，縱向通道和橫側(cè)向通道分別以不同的方式工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的自動(dòng)操縱?？v向通道的工作方式：高度保持(ALTI

11、TUDE HOLD)升降速度(垂直速度)(V/S)高度層改變(LEVEL CHANGE)高度截獲獲高度獲得(ALTITUDE ACQUIRE)垂直導(dǎo)航(V NAV)下滑道(G/S)復(fù)飛(GO AROUND)等。橫側(cè)向通道的工作方式：航向保持(HEADING HOLD)航跡(TRACK)水平導(dǎo)航(L NAV) VOR航向道(LOC)復(fù)飛(RWY TRACK)等。橫向和縱向的不同工作方式，對(duì)應(yīng)于不同的控制軌律。6.3飛行指引儀FD飛行指引儀的功用：自動(dòng)駕駛儀銜接前，為飛行員提供目視的飛行指引指令；自動(dòng)駕駛儀銜接后，用以監(jiān)控自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的工作狀態(tài)。飛行指引儀的工作原理： 將飛機(jī)實(shí)際的飛行路線與目標(biāo)路

12、線進(jìn)行比 較，得出進(jìn) 入目標(biāo)路線所需要的操縱量，在指引儀上采用簡(jiǎn)明的表達(dá)方式，直接顯示出操縱 要求的指令：俯仰一一向上還是向下、傾斜 向左還是向右飛行。6.4偏航阻尼系統(tǒng)的功用當(dāng)飛機(jī)的方向平衡受破壞時(shí)，偏航阻尼系統(tǒng)利用偏轉(zhuǎn)方向舵產(chǎn)生的方向操縱力矩 來(lái)平衡使機(jī)頭偏轉(zhuǎn)的力矩， 以保持飛機(jī)的方向平衡，從而抑制飛機(jī)繞立軸和縱 軸的擺動(dòng)一一荷蘭滾”偏航阻尼系統(tǒng)通過(guò)偏轉(zhuǎn)方向舵：將飛機(jī)由于荷蘭滾所引起的航向偏差減至最??；將陣風(fēng)引起的側(cè)滑減至最?。粚⑼牧饕鸬臋C(jī)體變形所導(dǎo)致的飛機(jī)振蕩減至最??；此外，還可提供飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎協(xié)調(diào)信號(hào)。642荷蘭滾當(dāng)機(jī)翼帶后掠角的高速飛機(jī)受到沿偏航軸的側(cè)風(fēng)擾動(dòng)時(shí)，機(jī)體會(huì)產(chǎn)生沿其立軸和縱

13、軸的周期性擺動(dòng)， 即飛機(jī)出現(xiàn)左右偏航的同時(shí)，伴隨著左右橫滾運(yùn)動(dòng)一一荷 蘭滾”6.4.3偏航阻尼系統(tǒng)的組成偏航阻尼計(jì)算機(jī)一一用于計(jì)算方向舵的偏轉(zhuǎn)量。偏航阻尼伺服馬達(dá)一一用于驅(qū)動(dòng)方向舵。偏航阻尼器控制板一一用于銜接或斷開(kāi)偏航阻尼系統(tǒng) 偏航阻尼指示一一位置指示、狀態(tài)顯示以及警戒信息。 速率陀螺一一用于探測(cè)航向的變化率。偏航阻尼計(jì)算機(jī)用于計(jì)算方向舵的偏轉(zhuǎn)量。（1）帶通濾波器接受飛機(jī)的偏航信號(hào)，濾除正常的轉(zhuǎn)彎信號(hào)。偏航阻尼速 率信號(hào)達(dá)到荷蘭滾震蕩頻率才能通過(guò)濾波器。（2）速度補(bǔ)償電路一一接受大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的空速信號(hào)，以根據(jù)空速 來(lái)修正方 向舵偏轉(zhuǎn)量?？账僭酱?，方向舵的偏轉(zhuǎn)角度越小。（3） 協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎電路 接收由垂直陀螺或慣導(dǎo)系統(tǒng)的橫滾姿態(tài)信號(hào)，協(xié)調(diào)飛機(jī) 的轉(zhuǎn)彎。偏航阻尼器控制板偏航阻尼銜接電門(mén)的兩個(gè)功能：銜接和指示按下按鍵或扳到ON位一按鍵保持在O