飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)

1、飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱飛控系統(tǒng)）的作用是保證飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性，提高飛機(jī)飛行性能和完成任務(wù)的能力，增強(qiáng)飛行的安全性和減輕駕駛員的工作負(fù)擔(dān)。3.4.1 .飛行控制系統(tǒng)概述飛控系統(tǒng)分類飛控系統(tǒng)分為人工飛行控制系統(tǒng)和自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)兩大類。由駕駛員通過對(duì)駕駛桿和腳蹬的操縱實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)的系統(tǒng)，稱為人工飛行控制系統(tǒng)。最簡(jiǎn)單的人工飛行控制系統(tǒng)就是機(jī)械操縱系統(tǒng)。不依賴于駕駛員操縱駕駛桿和腳蹬指令而自動(dòng)完成控制任務(wù)的飛控系統(tǒng)，稱為自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)。自動(dòng)駕駛儀是最基本的自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)。飛控系統(tǒng)構(gòu)成飛控系統(tǒng)由控制與顯示裝置、傳感器、飛控計(jì)算機(jī)、作動(dòng)器、自測(cè)試裝置、信息傳輸鏈及接口裝置組成?？刂萍帮@

2、示裝置是駕駛員輸入飛行控制指令和獲取飛控系統(tǒng)狀態(tài)信息的設(shè)備，包括駕駛桿、腳蹬、油門桿、控制面板、專用指示燈盤和電子顯示器（多功能顯示器、平視顯示器等）。傳感器為飛控系統(tǒng)提供飛機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)（航向角、姿態(tài)角、角速度、位置、速度、加速度等卜大氣數(shù)據(jù)以及相關(guān)機(jī)載分系統(tǒng)（如起落架、機(jī)輪、液壓源、電源、燃油系統(tǒng)等）狀態(tài)的信息，用于控制、導(dǎo)引和模態(tài)轉(zhuǎn)換。飛控計(jì)算機(jī)是飛控系統(tǒng)的“大腦”，用來完成控制邏輯判斷、控制和導(dǎo)引計(jì)算、系統(tǒng)管理并輸出控制指令和系統(tǒng)狀態(tài)顯示信息。作動(dòng)器是飛控系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用來按飛控計(jì)算機(jī)指令驅(qū)動(dòng)飛機(jī)的各種舵面、油門桿、噴管、機(jī)輪等，以產(chǎn)生控制飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的力和力矩。自測(cè)試裝置用于飛行前、飛行中

3、、飛行后和地面維護(hù)時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，以確定系統(tǒng)工作是否正常并判斷出現(xiàn)故障的位置。信息傳輸鏈用于系統(tǒng)各部件之間傳輸信息。常用的傳輸鏈有電纜、光纜和數(shù)據(jù)總線。接口裝置用于飛控系統(tǒng)和其他機(jī)載系統(tǒng)之間的連接，不同的連接情況可以有多種不同的接口形式。圖3.4.1飛行控制系統(tǒng)基本原理尊救控tf顯小般飛控系統(tǒng)基本工作原理除個(gè)別的開環(huán)操縱系統(tǒng)（如機(jī)械操縱系統(tǒng)）外，所有的飛控系統(tǒng)都采用了閉環(huán)反饋控制的工作原理。圖3.4.1是通用的飛控系統(tǒng)基本工作原理框圖。在人工操作飛機(jī)飛行時(shí)，駕駛員通過駕駛桿、腳蹬、油門桿的位移（或力）給出控制信號(hào)Uo,經(jīng)過飛控計(jì)算機(jī)控制率計(jì)算后給出控制指令Ui。作動(dòng)器已據(jù)此指令驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)

4、的舵面（或油門、噴口）產(chǎn)生位移，形成使飛機(jī)運(yùn)動(dòng)變量后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)U2,一路反傳給飛控計(jì)算機(jī)，另一路輸入顯示裝置，形成目視信息，供駕駛員讀取。送給飛控計(jì)算機(jī)的反饋信號(hào)與駕駛員給出的控制信號(hào)相比較，當(dāng)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)變量與駕駛員的控制目標(biāo)值相等時(shí)，兩種信號(hào)的代數(shù)和（&U）為零，飛控系統(tǒng)不再輸出驅(qū)動(dòng)指令，飛機(jī)按照駕駛員要求的狀態(tài)飛行。在自動(dòng)飛行控制的情況下，駕駛員通過控制面板上的模式選擇按鈕（或開關(guān)、旋鈕、鍵盤等），給出控制模式要求，飛控系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)控制飛機(jī)按照給定的模式飛行，基本控制過程和原理與人工控制飛行時(shí)相同。這時(shí)，駕駛員只需監(jiān)視顯示信息，不需要對(duì)駕駛桿等裝置進(jìn)行操作。3.4.2 自動(dòng)飛行控

5、制系統(tǒng)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)由自動(dòng)駕駛儀、自動(dòng)油門桿系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)、自動(dòng)進(jìn)場(chǎng)系統(tǒng)和自動(dòng)著陸系統(tǒng)、自動(dòng)地形跟隨/回避系統(tǒng)構(gòu)成。自動(dòng)駕駛儀顧名思義，自動(dòng)駕駛儀是用來代替駕駛員操縱飛機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它由控制顯示面板、傳感器、自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī)和舵面作動(dòng)器組成。自動(dòng)駕駛儀的傳感器信息主要來自航空電子系統(tǒng)的航向/姿態(tài)參考基準(zhǔn)、高度和高度差信號(hào)。它的主要功能是航向角、姿態(tài)角的給定和保持以及飛行高度（包括氣壓高度和相對(duì)高度）的給定和保持。在長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定飛行（如巡航）中使用自動(dòng)駕駛儀控制飛機(jī)，可以大大減輕駕駛員的工作負(fù)擔(dān)。自動(dòng)油門桿系統(tǒng)自動(dòng)油門桿系統(tǒng)是一種經(jīng)常與自動(dòng)駕駛儀配合使用的系統(tǒng)。它通過驅(qū)動(dòng)油門桿改變發(fā)動(dòng)

6、機(jī)推力而對(duì)飛機(jī)的飛行速度（或馬赫數(shù)）進(jìn)行自動(dòng)控制。系統(tǒng)使用的傳感器信息是大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的飛行速度（或馬赫數(shù)）信號(hào)。一般不具備獨(dú)立的計(jì)算機(jī)而由自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī)完成控制律計(jì)算。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是油門桿作動(dòng)器。自動(dòng)油門桿與自動(dòng)駕駛儀配合工作，可以精確控制飛機(jī)的航跡、姿態(tài)及飛行速度。這對(duì)于飛機(jī)的自動(dòng)進(jìn)場(chǎng)/著陸、自動(dòng)地形跟隨/回避以及四維制導(dǎo)飛行，都起著非常重要的作用。自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)自動(dòng)駕駛儀與導(dǎo)航系統(tǒng)交聯(lián)，即構(gòu)成自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航系統(tǒng)通過總線或其他裝置（如飛行管理計(jì)算機(jī)）將飛機(jī)當(dāng)前的位置和航向偏差信號(hào)送入自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī)，由自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī)形成并輸出控制指令，將飛機(jī)的位置和航向調(diào)整到并保持在預(yù)先給定的航線上飛行

7、。自動(dòng)著陸系統(tǒng)著陸是飛行器航行中的一個(gè)重要階段。著陸時(shí)，飛行員必須在很短的時(shí)間內(nèi)完成許多要求很高的操作，若僅靠目視著陸，為保證安全，飛行員需要在很遠(yuǎn)的距離上就能清晰的看到跑道。以民航飛機(jī)為例，要求在飛行高度不低于300m時(shí)，水平能見度不小于4.8kmo為了保證飛機(jī)能在夜間或不良?xì)夂驐l件下安全著陸，必須由無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)向飛行員提供飛行器與正確的下滑航道之間偏離程度的高精度指示。常用的進(jìn)場(chǎng)和著陸導(dǎo)引系統(tǒng)有儀表著陸系統(tǒng)、微波著陸系統(tǒng)和精密進(jìn)場(chǎng)雷達(dá)/數(shù)據(jù)鏈導(dǎo)引系統(tǒng)等。20世紀(jì)90年代以來，基于全球定位系統(tǒng)（GPS）的進(jìn)場(chǎng)著陸導(dǎo)引技術(shù)發(fā)展迅速，將成為21世紀(jì)進(jìn)場(chǎng)著陸導(dǎo)引系統(tǒng)的主流。自動(dòng)著陸系統(tǒng)利用導(dǎo)引信

8、號(hào)將飛機(jī)控制到預(yù)定航道，并沿著航道下滑和著陸。目前民航機(jī)場(chǎng)主要使用的著陸無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)為儀表著陸系統(tǒng)（ILS,InstrumentLandingSystem）和微波著陸系統(tǒng)（MLS,MicrowaveLandingSystem）o前者可引導(dǎo)飛機(jī)在I類氣象條件（水平能見度800m,決斷高度60m）或II類氣象條件（水平能見度400m,決斷高度30m）下著陸（稱為儀表著陸或盲目著陸）；后者可引導(dǎo)飛機(jī)在III類氣象條件（水平能見度低于200m及其以下，決斷高度0m）下著陸（稱為自動(dòng)著陸）。對(duì)飛機(jī)自動(dòng)著陸來說，儀表著陸和微波著陸系統(tǒng)都是使用非目視著陸引導(dǎo)設(shè)備，其基本原理都由機(jī)場(chǎng)上的儀表著陸和微波著陸系

9、統(tǒng)在跑道上空形成下滑道，飛機(jī)上安裝了相應(yīng)的無(wú)線電接收機(jī)，當(dāng)飛機(jī)處于預(yù)定下滑道上時(shí)，接收機(jī)輸出信號(hào)為零；若飛機(jī)偏離下滑道，則接收機(jī)輸出相應(yīng)極性和幅值的信號(hào)。接收機(jī)輸出的電信號(hào)通過自動(dòng)駕駛儀操縱舵面（一般方向舵和升降舵），使飛機(jī)進(jìn)入下滑道。例如設(shè)飛機(jī)處于下滑道上方，接收機(jī)將輸出反映上方極性的信號(hào)，通過自動(dòng)駕駛儀使升降舵面后緣向下，產(chǎn)生低頭力矩，使飛機(jī)飛向下滑道，接收機(jī)輸出逐漸減小，直至飛機(jī)進(jìn)入下滑道輸出為零，升降舵面恢復(fù)原來位置，飛機(jī)保持在下滑道上逐漸降低高度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)著陸。自動(dòng)地形跟隨/回避系統(tǒng)自動(dòng)地形跟隨/回避系統(tǒng)用于控制軍用飛機(jī)在超低空（一般指相對(duì)高度100m以下的空域）突破敵人防線的飛行，利用地形、地物造成的雷達(dá)盲區(qū)和雜波反射進(jìn)行隱蔽，使敵人防空雷達(dá)很難發(fā)現(xiàn)。使用自動(dòng)駕駛儀和自動(dòng)油門桿系統(tǒng)基本部件與地形探測(cè)和定位系統(tǒng)相交聯(lián)，可用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地形跟隨/回避功能。常用的地形探測(cè)和定位系統(tǒng)是地形跟隨和地物回避雷達(dá)。目前，一些先進(jìn)的軍用飛機(jī)已經(jīng)采用慣性導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)（INS/GPS）與三維數(shù)字地圖相配合的自主定位系統(tǒng)作為自動(dòng)地形跟隨/回避系統(tǒng)的主信息源，以低可探測(cè)性的激光測(cè)距器等為輔助手段實(shí)現(xiàn)超低空突防飛行