飛機飛行操縱系統(tǒng)

機電學(xué)院張鐵純飛行操縱系統(tǒng)飛行操縱系統(tǒng)概述定義： 飛機飛行操縱系統(tǒng)是飛機上用來傳遞操縱指令，驅(qū)動舵面運動的所有部件和裝置的總合，用于飛機飛行姿態(tài)、氣動外形、乘坐品質(zhì)的控制。操縱系統(tǒng)功用駕駛員通過操縱飛機的各舵面和調(diào)整片實現(xiàn)飛機繞縱軸、橫軸和立軸旋轉(zhuǎn)，以完成對飛機的飛行狀態(tài)控制。飛行操縱系統(tǒng)分類根據(jù)操縱信號來源不同，操縱系統(tǒng)可分為：人工飛行操縱系統(tǒng)，其操縱信號由駕駛員發(fā)出。飛機的俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航操縱系統(tǒng)；增升、增阻操縱系統(tǒng)；人工配平系統(tǒng)等。自動飛行控制系統(tǒng)，其操縱信號由系統(tǒng)本身產(chǎn)生，對飛機實施自動和半自動控制，協(xié)助駕駛員工作或自動控制飛機對擾動的響應(yīng)。自動駕駛儀；發(fā)動機油門自動控制結(jié)構(gòu)振動模態(tài)抑制系統(tǒng)。

副翼升降舵方向舵前緣襟翼縫翼后緣襟翼擾流板水平安定面起飛警告失速警告操縱系統(tǒng)主操縱系統(tǒng)輔助操縱系統(tǒng)警告系統(tǒng)00-01第一節(jié)簡單機械操縱系統(tǒng)簡單機械操縱系統(tǒng)是一種人力操縱系統(tǒng)，由于其構(gòu)造簡單，工作可靠，使用了30余年，才出現(xiàn)助力操縱系統(tǒng)。簡單機械操縱系統(tǒng)現(xiàn)在仍廣泛應(yīng)用于低速飛機和一些運輸機上。軟式傳動系統(tǒng)簡單機械操縱系統(tǒng)硬式傳動系統(tǒng)簡單機械操縱系統(tǒng)是一種人力操縱系統(tǒng)，由于其構(gòu)造簡單，工作可靠，使用了30余年，才出現(xiàn)助力操縱系統(tǒng)。簡單機械操縱系統(tǒng)現(xiàn)在仍廣泛應(yīng)用于低速飛機和一些運輸機上。對飛行操縱系統(tǒng)的要求一般要求：重量輕、制造簡單、維護(hù)方便；具有足夠的強度和剛度。特殊要求：保證駕駛員手、腳操縱動作與人類運動本能相一致；縱向或橫向操縱時彼此互不干擾；腳操縱機構(gòu)能夠進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)；有合適的桿力和桿位移；啟動力應(yīng)在合適的范圍內(nèi)；系統(tǒng)操縱延遲應(yīng)小于人的反應(yīng)時間；應(yīng)有極限偏轉(zhuǎn)角度止動器；所有舵面應(yīng)用“鎖”來固定。

主操縱系統(tǒng)組成中央操縱機構(gòu)—由駕駛員直接操縱的部分：手操縱機構(gòu)：駕駛桿/駕駛盤 控制副翼和升降舵腳操縱機構(gòu)：腳蹬 控制方向舵?zhèn)鲃訖C構(gòu)—將操縱信號傳到舵面：軟式傳動機構(gòu)—鋼索、滑輪等；硬式傳動機構(gòu)—傳動桿、搖臂等；混合式傳動機構(gòu)！中央操縱機構(gòu)—手操縱機構(gòu)駕駛桿式手操縱機構(gòu)推拉駕駛桿操縱升降舵；左右壓桿操縱副翼！橫縱向操縱的獨立性

駕駛桿要操縱升降舵和副翼，但兩者不會互相干擾！

獨立性分析駕駛桿左右擺時，傳動桿沿著以b-b線為中心軸，以c點為頂點的錐面運動；由于圓錐體的頂點c到底部周緣上任一點的距離相等，所以當(dāng)駕駛桿左右擺動時，搖臂1不會繞其支點前后轉(zhuǎn)動，因而升降舵不會偏轉(zhuǎn)！

中央操縱機構(gòu)—手操縱機構(gòu)駕駛盤式手操縱機構(gòu)推拉駕駛盤操縱升降舵；左右轉(zhuǎn)動駕駛盤可操縱副翼！獨立性分析左右轉(zhuǎn)動駕駛盤時，支柱不動，升降舵不會偏轉(zhuǎn)；前推或后拉駕駛盤時，由于和橫管平行的一段鋼索與軸線a-a是重合的，鋼索不會繃緊或放松，不會使副翼偏轉(zhuǎn)。駕駛桿與駕駛盤的比較駕駛桿駕駛盤優(yōu)點構(gòu)造較簡單

通過增大駕駛盤的轉(zhuǎn)角，可使操縱副翼省力！缺點不便于用增大駕駛桿傾斜角度的辦法來減小操縱副翼時的桿力！

構(gòu)造較復(fù)雜應(yīng)用

小型飛機

大中型飛機中央操縱機構(gòu)—腳操縱機構(gòu)平放式腳蹬腳蹬安裝在由兩根橫桿和兩根腳蹬桿組成的平行四邊形機構(gòu)上；平行四邊形機構(gòu)的作用： 保證在操縱方向舵時，腳蹬只作平移而不轉(zhuǎn)動，便于飛行員操縱。中央操縱機構(gòu)—腳操縱機構(gòu)立放式腳蹬蹬腳蹬時，通過傳動桿和搖臂等構(gòu)件的傳動使方向舵偏轉(zhuǎn)；由于傳動桿和搖臂等的連接，左右腳蹬的動作是協(xié)調(diào)的！手操縱機構(gòu)與腳操縱機構(gòu)的匹配駕駛桿駕駛盤平放式腳蹬平放式腳蹬為了取得較大的操縱力臂，兩腳蹬之間距離較大；與左右活動范圍較大的駕駛桿配合使用！立放式腳蹬通過增長與腳蹬連接的搖臂來獲得足夠的操縱力臂的，兩腳蹬之間距離較??；多與駕駛盤配合使用

傳動機構(gòu)的構(gòu)造優(yōu)點缺點軟式構(gòu)造簡單，尺寸較小，重量較輕;比較容易繞過機內(nèi)設(shè)備！剛度較小，彈性間隙；操縱靈敏度差；鋼索在滑輪處容易磨損！硬式剛度較大；鉸接點用滾珠軸承減小摩擦力，并消除間隙；具有較佳的操縱靈敏度！構(gòu)造復(fù)雜，重量加大；難于“繞”過機內(nèi)設(shè)備；易與發(fā)動機發(fā)生共振！混合兼有硬式和軟式的優(yōu)點和缺點！硬式傳動機構(gòu)主要構(gòu)件一、傳動桿 硬式傳動機構(gòu)中的操縱力由傳動桿傳遞，傳動桿可承受拉力和壓力。傳動桿的剛度較大。可調(diào)接頭 傳動桿兩端有接頭，其一端的接頭可以調(diào)整。調(diào)整接頭端部有檢查小孔，把傳動桿調(diào)長時，接頭螺桿的末端不應(yīng)超過小孔的位置。失效形式——失穩(wěn)！

二、搖臂搖臂通常由硬鋁材料制成，在連接處裝有軸承；搖臂按臂數(shù)可分為單搖臂、雙搖臂和復(fù)搖臂三類。

搖臂的作用支持傳動桿；改變傳動力的大?。桓淖兾灰?；改變傳動速度；改變傳動方向；實現(xiàn)差動操縱傳動方向的改變差動操縱所謂差動，就是當(dāng)駕駛桿前后（或左右）偏轉(zhuǎn)的同一角度時，升降舵（或副翼）上下（或左右）偏轉(zhuǎn)的角度不同。實現(xiàn)差動操縱最簡單的機構(gòu)是差動搖臂。三、導(dǎo)向滑輪 導(dǎo)向滑輪由三個或四個小滑輪及其支架組成；功用：支持傳動桿，提高傳動桿的受壓時的桿軸臨界應(yīng)力；增大傳動桿的固有頻率，防止傳動桿發(fā)生共振。軟式傳動機構(gòu)主要構(gòu)件一、鋼索

鋼索由鋼絲編成，只承受拉力，不能承受壓力。在軟式傳動機構(gòu)中，用兩根鋼索構(gòu)成回路，以保證舵面能在兩個相反的方向偏轉(zhuǎn)。彈性間隙鋼索承受拉力時，容易伸長。由于操縱系統(tǒng)的彈性變形而產(chǎn)生的“間隙”稱為彈性間隙；鋼索的彈性間隙太大，會降低操縱的靈敏性；鋼索預(yù)緊是減小彈性間隙的措施！

二、滑輪——膠木或硬鋁制成 作用：支持鋼索改變鋼索的運動方向三、扇形輪——又稱扇形搖臂 作用：支持鋼索；改變鋼索的運動方向；改變傳動力的大小。三、扇形輪——又稱扇形搖臂 作用：支持鋼索；改變鋼索的運動方向；改變傳動力的大小。四、松緊螺套 作用：調(diào)整鋼索的預(yù)張力檢查小孔作用

調(diào)松鋼索時，螺桿末端不應(yīng)超過小孔的位置

五、鋼索張力補償器飛機機體外載荷及周圍氣溫變化會使機體結(jié)構(gòu)和操縱系統(tǒng)鋼索產(chǎn)生相對變形，導(dǎo)致鋼索變松或過緊。變松將發(fā)生彈性間隙，過緊將產(chǎn)生附加摩擦。鋼索張力補償器的功用正是保持鋼索的正確張力。第二節(jié)傳動系數(shù)定義：傳動系數(shù)K是指舵偏角△δ與桿位移△X的比值。操縱系統(tǒng)的傳動比是操縱系統(tǒng)的另一個參數(shù)，其大小由駕駛桿和各搖臂的傳動比決定！

非線性機構(gòu)傳動系數(shù)不變的操縱系統(tǒng)，不能滿足對飛機操縱性的要求：傳動系數(shù)大，小舵面偏角小時，桿行程太小，難以準(zhǔn)確地控制操縱量；傳動系數(shù)小，舵面偏角很大時，桿行程過大！裝有非線性傳動機構(gòu)的操縱系統(tǒng)，桿行程與舵面偏角之間成曲線關(guān)系。

第三節(jié)助力機械操縱系統(tǒng)助力機械操縱系統(tǒng)的提出舵面鉸鏈力矩是隨舵面尺寸和飛行速壓的增加而增加！當(dāng)舵面鉸鏈力矩變得很大時，即使利用當(dāng)時的空氣動力補償法，也不能使駕駛桿（腳蹬）力保持在規(guī)定的范圍之內(nèi)：研究效率更高的空氣動力補償；研究液壓助力器，以實現(xiàn)液壓助力操縱！

助力機械操縱系統(tǒng)的分類可逆助力機械操縱系統(tǒng)（回力）

不可逆助力機械操縱系統(tǒng)（無回力）

助力機械操縱系統(tǒng)的主要元件液壓助力器載荷感覺器調(diào)整片效應(yīng)機構(gòu)一、可逆助力機械操縱系統(tǒng)二、不可逆助力機械操縱系統(tǒng)三、液壓助力器工作原理A、構(gòu)造A、工作A、應(yīng)急操縱B、構(gòu)造B、工作B、應(yīng)急操縱C、助力器靈敏特性D、助力器穩(wěn)定特性四、載荷感覺器載荷感覺器功用：無回力的助力操縱系統(tǒng)中，使飛行員能從駕駛桿上感受到力；有回力的助力操縱系統(tǒng)中，在舵面鉸鏈力矩較小時，使駕駛桿不致過“輕”。載荷感覺器類型：彈簧載荷感覺器氣動液壓載荷感覺器載荷感覺器剛度：小桿位移時，要求剛度大大桿位移時，要求剛度小FW彈簧載荷感覺器構(gòu)造FW五、調(diào)整片效應(yīng)機構(gòu)桿力來源飛行中消除桿力的機構(gòu)無助力操縱系統(tǒng)舵面鉸鏈力矩配平調(diào)整片助力操縱系統(tǒng)載荷感覺器調(diào)整片效應(yīng)機構(gòu)第四節(jié)飛機顫振與副翼反效飛機顫振是飛機飛行中空氣動力、結(jié)構(gòu)彈性力和慣性力之間的交互作用的現(xiàn)象。 顫振是飛機各種振動中最危險的一種振動，必須保證在飛機使用中不發(fā)生顫振。副翼反效——發(fā)生副翼反效的原因是屬于副翼位于機翼外側(cè)后緣。 副翼偏轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的空氣動力使機翼發(fā)生扭轉(zhuǎn)和彎曲的彈性變形，由彈性變形產(chǎn)生的附加空氣動力形成橫向氣動力矩，它與副翼操縱力矩方向相反，遂降低了副翼操縱效能，甚至使其效能降低為零，或使飛機隨副翼的偏轉(zhuǎn)而逆動，這一情況稱為副翼反效。

一、機翼彎曲扭轉(zhuǎn)顫振分析條件：副翼是剛性地固接在機翼上；顫振原因：機翼重心位于剛心之后；顫振過程如下圖所示：

激振力VS.阻振力激振力ΔYθ——由于機翼扭角⊿θ所產(chǎn)生的附加氣動力，ΔYθ與機翼運動方向相同，是激振力；阻振力ΔYα——由于機翼有了垂直運動速度u而產(chǎn)生的氣動力。提高機翼彎扭顫振臨界速度的措施激振力ΔYθ與飛行速度平方成正比；阻振力ΔYα與飛行速度成正比；飛行中激振力ΔYθ與所阻振力ΔYα所作功的曲線如右圖提高臨界速度的措施：用陪重法將機翼重心前移提高機翼扭轉(zhuǎn)剛度！AVV臨界二、機翼彎曲——副翼偏轉(zhuǎn)顫振分析條件：副翼是剛性地固接在機翼上；顫振原因：副翼重心位于副翼鉸鏈軸之后；顫振過程如下圖所示：提高機翼彎曲副翼偏轉(zhuǎn)顫振臨界速度的措施激振力ΔYδ與飛行速度平方成正比；阻振力ΔYα與飛行速度成正比；飛行中激振力ΔYδ與所阻振力ΔYα所作功的曲線如右圖提高臨界速度的措施：用陪重法將副翼重心前移提高操縱系統(tǒng)的剛度，減小間隙！AVV臨界三、副翼反效

副翼偏轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的空氣動力使機翼發(fā)生扭轉(zhuǎn)和彎曲的彈性變形，由彈性變形產(chǎn)生的附加空氣動力形成橫向氣動力矩，它與副翼操縱力矩方向相反，遂降低了副翼操縱效能，甚至使其效能降低為零，或使飛機隨副翼的偏轉(zhuǎn)而逆動，這一情況稱為副翼反效。后掠機翼的副翼反效副翼反效臨界速度副翼偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的操縱力矩與飛行速度平方成正比；副翼偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致機翼扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的逆反力矩與飛行速度四次方成正比；飛行中操縱力矩與逆反力矩曲線如下圖：MVV臨界提高副翼反效臨界速度的措施

副翼內(nèi)移采用高低速副翼第五節(jié)電傳操縱系統(tǒng)電傳操縱系統(tǒng)的提出機械操縱系統(tǒng)缺點：存在摩擦、間隙和非線性因素導(dǎo)致無法實現(xiàn)精微操縱信號傳遞；機械操縱系統(tǒng)對飛機結(jié)構(gòu)的變化非常敏感；體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大！電傳操縱系統(tǒng)的可靠性問題機械操縱系統(tǒng)可靠性較高！單通道電傳系統(tǒng)可靠性較低：可接受的安全指標(biāo)：解決措施：余度技術(shù)！二、電傳操縱系統(tǒng)的組成——四余度系統(tǒng)前置放大計算機舵機傳感器

對組成系統(tǒng)的各個部分具有故障監(jiān)控、信號表決的能力。一旦系統(tǒng)或系統(tǒng)中某部分出現(xiàn)故障后，必須具有故障隔離的能力。換句話說，在發(fā)生故障時，系統(tǒng)應(yīng)具有第一次故障能工作，第二次故障還能工作的能力。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)一個或數(shù)個故障時，它具有重新組織余下的完好部分，使系統(tǒng)具有故障安全或雙故障安全的能力，即在性能指標(biāo)稍有降低情況下，系統(tǒng)仍能繼續(xù)承擔(dān)任務(wù)。三、余度系統(tǒng)的工作特點桿力傳感器A傳感器A綜合器補償器A表決器監(jiān)控器A舵回路A助力器桿力傳感器B傳感器B綜合器補償器B表決器監(jiān)控器B舵回路B桿力傳感器C傳感器C綜合器補償器C表決器監(jiān)控器C舵回路C桿力傳感器D傳感器D綜合器補償器D表決器監(jiān)控器D舵回路D四、電傳操縱系統(tǒng)優(yōu)點/缺點優(yōu)點：減輕了操縱系統(tǒng)的重量，減少體積節(jié)省設(shè)計和安裝時間消除了機械操縱系統(tǒng)中的摩擦、間隙、非線性因素以及飛機結(jié)構(gòu)變形的影響簡化了主操縱系統(tǒng)與自動駕駛儀的組合可采用小側(cè)桿操縱機構(gòu)飛機操穩(wěn)特性得到根本改善，并可發(fā)生質(zhì)的變化！

缺點：單通道電傳操縱系統(tǒng)的可靠性不夠高

電傳操縱系統(tǒng)的成本較高

系統(tǒng)易受雷擊和電磁脈沖波干擾影響第六節(jié)輔助操縱系統(tǒng)飛機輔助操縱系統(tǒng)與主操縱系統(tǒng)不同，操縱時不給駕駛員提供操縱力和位移的感覺，但駕駛員必須知道輔助操縱面的位置，故需設(shè)位置指示器或指示燈。輔助操縱系統(tǒng)工作中的特點是：當(dāng)操縱面被操縱到需要的位置后，不會在空氣動力作用下返回原來位置。前緣縫翼前緣縫翼前緣襟翼前緣襟翼可魯格襟翼后緣襟翼開裂式襟翼后退式襟翼后退式三開縫襟翼后退式三開縫襟翼擾流板第七節(jié)飛行警告系統(tǒng)飛行操縱