第二章飞行操纵系统.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第2章,飞行操纵系统,2.1,飞行操纵系统概述,1,、定义,：,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，用于飞机飞行姿态、气动外形、乘坐品质的控制。,2,、操纵系统功用,驾驶员通过操纵飞机的,各舵面和调整片,实现飞机绕,纵轴、横轴和立轴,旋转，以完成对飞机的飞行状态控制,。,飞行操纵系统分为,三个环节,：,中央操纵机构,传动机构 驱动机构,产生操纵指令,传递操纵指令 驱动舵面运动,3,、飞行操纵系统分类,（,1,）根据,操纵信号来源,不同：,人工飞行操纵系统,，其操纵信号由,驾驶员,发出,。,飞机的俯仰、滚转和偏航操纵系统；,增升、增阻操纵系统；,人工配平系统等。,自动飞行控制系统,，其操纵信号由,系统本身,产生，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。,自动驾驶仪；,发动机油门自动控制,结构振动模态抑制系统,。,（,2,）根据,信号传递方式,机械操纵系统,钢索、传动杆等机械部件传递,电缆传递,电传操纵系统,（,3,）根据,驱动舵面运动方式,简单机械操纵系统,(,无助力,),助力操纵系统,液压助力（有回力,/,无回力）,电驱动,（,4,）根据,舵面的类型,副翼 横滚操纵,主操纵系统,升降舵 俯仰操纵,方向舵 偏航操纵,襟翼缝翼 增升装置操纵,辅助操纵系统,扰流板 扰流板操纵,安定面 配平操纵,偏航,俯仰,横滚,B737,副翼及其调整片,A320,扰流板,5.,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,；,所有,舵面应用“锁”,来固定。,用于锁住传动机构某个部位，从而防止舵面移动。,常位于驾驶舱内。,内部舵面锁,操纵机构锁,用于锁住操纵机构，从而防止舵面和传动机构移动。,2.2,飞机操纵系统的三个环节,中央操纵机构,由驾驶员直接操纵的部分：,手操纵机构：驾驶杆,/,驾驶盘,控制副翼和升降舵,脚操纵机构：脚蹬,控制方向舵,传动机构,将操纵信号传到舵面：,机械传动,电传动,舵面驱动机构,简单机械式操纵系统,助力液压操纵系统,电力驱动系统,2.2.1,中央操纵机构,1.,手操纵机构,驾驶,杆式,手操纵机构,推、拉杆,升降舵；,左、右压杆 副翼。,横纵向操纵的独立性,驾驶杆要操纵升降舵和副翼，但两者不会互相干扰。,独立性分析,驾驶杆左右摆时，传动杆沿着以,b-b,线为中心轴，以,c,点为顶点的锥面运动；,由于圆锥体的顶点,c,到底部周缘上任一点的距离相等，所以当驾驶杆左右摆动时，摇臂,1,不会绕其支点前后转动，因而升降舵不会偏转！,驾驶,盘式,手操纵机构,推、拉 升降舵；,左、右转动 副翼。,独立性分析,左右转动驾驶盘时，支柱不动，升降舵不会偏转；,前推或后拉驾驶盘时，由于和横管平行的一段钢索与轴线,a-a,是重合的，钢索不会绷紧或放松，不会使副翼偏转,。,1.,手操纵机构,驾驶杆,结构简单，便于操纵，但是不便于增大驾驶杆倾斜角的的办法来减小操纵副翼时的杆力；,适用于机动性能较好而操纵时费力较小（或装有助力器）的飞机,驾驶盘,结构复杂，但可以从过增大驾驶盘的转角，使操纵副翼胜利，但是时间长；,适用于操纵时费力较大而机动性能要求较低的中型和大型飞机,2.,脚操纵机构,平放式脚蹬,脚蹬安装在由,两根横杆,和,两根脚蹬杆,组成的平行四边形机构上；,平行四边形机构的作用：,保证在操纵方向舵时，脚蹬只作平移而不转动，便于飞行员操纵。,立放式脚蹬,蹬脚蹬时，通过,传动杆和摇臂,等构件的传动使方向舵偏转；,由于传动杆和摇臂等的连接，左右脚蹬的动作是协调的！,2.,脚操纵机构,手操纵机构与脚操纵机构的匹配,驾驶杆,驾驶盘,平放式脚蹬,平放式脚蹬为了取得较大的操纵力臂，两脚蹬之间距离较大；,与左右活动范围较大的驾驶杆配合使用！,立放式脚蹬,通过增长与脚蹬连接的摇臂来获得足够的操纵力臂的，两脚蹬之间距离较小；,多与驾驶盘配合使用,驾驶盘和脚蹬示意图,3.,飞行主操纵原理,后拉驾驶盘，升降舵上偏，机头上仰；,前推驾驶盘，升降舵下偏，机头下沉；,左转驾驶盘，左副翼上偏，右副翼下偏，飞机左倾；,右转驾驶盘，左副翼下偏，右副翼上偏，飞机右倾；,蹬左脚蹬，方向舵左偏，机头左偏；,蹬右脚蹬，方向舵右偏，机头右偏。,2.2.2,传动机构,机械传动机构,软式传动,硬式传动,混合传动,电传操纵机构,软式传动,：,靠钢索张力传递操纵力，必须有两个钢索构成回路，轮流起作用，一根主动，一根被动。,软式传动系统,软式传动应用,某些小型飞机,大型运输机,硬式传动系统,硬式式传动,：,靠传动杆传动操纵力，传动杆受拉力或压力。传动杆由金属制成，刚度较大。,硬式传动应用,某些小型飞机,（如,TB20,）,高速飞机（如战斗机）,机械传动机构 比较,优点,缺点,软式,构造简单，,尺寸较小，,重量较轻,;,比较容易绕过机内设备！,刚度较小，,弹性间隙；,操纵灵敏度差；,钢索在滑轮处容易磨损！,硬式,刚度较大；,铰接点用滚珠轴承减小摩擦力，并消除间隙；,具有较佳的操纵灵敏度！,构造复杂，,重量加大；,难于“绕”过机内设备；,易与发动机发生共振！,混合,兼有硬式和软式的优点和缺点！,1.,软式传动机构主要构件,（,1,）钢索,钢索由钢丝编成，只承受拉力，不能承受压力。在软式传动机构中，用两根钢索构成回路，以保证舵面能在两个相反的方向偏转,.,构 造和规格,钢索缺点及解决办法（软式传动缺点）,弹性间隙,钢索承受拉力时，容易伸长。由于操纵系统的弹性变形而产生的“间隙”称为弹性间隙；,钢索的弹性间隙太大，会降低操纵的灵敏性；,解决：钢索预紧,钢索缺点及解决办法（软式传动缺点）,钢索预加张力随温度变化,飞机机体外载荷及周围气温变化会使机体结构和操纵系统钢索产生相对变形，导致钢索变松或过紧。,变松将发生弹性间隙，过紧将产生附加摩擦。,解决：,松紧螺套（小型飞机）,钢索张力自动调节器,封闭式钢索,松紧螺套,作用：,调整钢索的预张力,检查小孔作用,调松钢索时，螺杆末端不应超过小孔的位置,钢索张力补偿器,功用：保持钢索的正确张力。,封闭式钢索,将普通的挠性钢索和挤压在钢索上面的铝管构成，钢管将钢索封闭在里面,铝管挤压在普通钢索上，使其张力受温度变化的影响减小。,标尺,上盖,钢索缺点及解决办法（软式传动缺点）,钢索断丝和腐蚀,断丝,检查：擦拭，检查布被丝勾住的地方；,彻底检查时，把舵面运动到最大行程。,锈蚀,检查：目视检查，表面还是内部腐蚀。,防护,:,a.,不要将各种液体、生活废水等洒到地板上，以防渗透地板腐蚀操纵系统钢索。,b.,加强维护检查。,（,2,）滑轮,胶木或硬铝制成,作用：,支持钢索,改变钢索的运动方向,支点处装有滚珠轴承,（,3,）扇形轮,又称扇形摇臂,作用：,支持钢索；,改变钢索的运动方向；,改变传动力的大小,。,（,4,钢索导向装置,作用：,保护钢索，保持钢索维持，防止钢索松脱、卡阻。,2.,硬式传动机构主要构件,（,1,）传动杆,硬式传动机构中的操纵力由传动杆传递，传动杆可承受拉力和压力。传动杆的刚度较大。,可调接头,传动杆两端有接头，其一端的接头可以调整。调整接头端部有检查小孔，把传动杆调长时，接头螺杆的末端不应超过小孔的位置。,空心的传动杆需要排水孔,失效形式,失稳！,（,2,）摇臂,摇臂通常由硬铝材料制成，在连接处装有轴承；,摇臂按臂数可分为单摇臂、双摇臂和复摇臂三类。,摇臂的作用,支持传动杆；,改变传动力的大小；,改变位移；,改变传动速度；,改变传动方向；,实现差动操纵,传动方向的改变,差动操纵,所谓差动，就是当,驾驶杆前后（或左右）偏转的同一角度时，升降舵（或副翼）上下（或左右）偏转的角度不同。,实现差动操纵最简单的机构是,差动摇臂。,（,3,）导向滑轮,导向滑轮由三个或四个小滑轮及其支架组成；,功用：,支持传动杆，提高传动杆的受压时的杆轴临界应力；,增大传动杆的固有频率，防止传动杆发生共振。,3.,传动系数,定义：,传动系数,K,是指,舵偏角,与,杆位移,X,的比值。,操纵系统的传动比,是操纵系统的另一个参数，其大小由驾驶杆和各摇臂的传动比决定！,非线性机构,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，,小舵面偏角小时，杆行程太小，难以准确地控制操纵量；,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。,4.,电传操纵系统,(1),电传操纵系统的提出,机械操纵系统缺点：,存在摩擦、间隙和非线性因素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！,电传操纵系统的可靠性问题,机械操纵系统可靠性较高！,单通道电传系统可靠性较低,：,可接受的安全指标：,解决措施：,余度技术,多套系统,/,通道，监控装置,余度系统的工作特点,对组成系统的各个部分具有故障监控、信号表决的能力。,一旦系统或系统中某部分出现故障后，必须具有,故障隔离,的能力。换句话说，在发生故障时，系统应具有第一次故障能工作，第二次故障还能工作的能力。,当系统中出现一个或数个故障时，它具有,重新组织余下的完好部分，使系统具有故障安全或双故障安全的能力,，即在性能指标稍有降低情况下，系统仍能继续承担任务。,（,2,）电传系统的组成,舵面,飞机,杆力传感器,载荷机构,前置放大器,计算机,执行机构,传感器,杆力传感器,A,传感器,A,综合器,补偿器,A,表决器,监控器,A,舵回路,A,助力器,杆力传感器,B,传感器,B,综合器,补偿器,B,表决器,监控器,B,舵回路,B,杆力传感器,C,传感器,C,综合器,补偿器,C,表决器,监控器,C,舵回路,C,杆力传感器,D,传感器,D,综合器,补偿器,D,表决器,监控器,D,舵回路,D,（,3,）电传系统的工作原理,（,4,）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、非线性因素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，并可发生质的变化！,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,2.2.3,舵面驱动装置,1.,简单机械式操纵系统,2.,助力液压操纵系统,3.,电力驱动系统,1.,简单机械式操纵系统,概念,只靠驾驶员的体力克服铰链力矩操纵信号和操纵力同时由机械传动机构直接传递到舵面使其按要求偏转的操纵系统。,1/2V,2,P,S,杆,舵,e,Y,舵,舵,应用,小型低速飞机（速度及舵面尺寸较小，所需操纵力小，驾驶员体力足以克服）,中大型飞机的备份操纵,2.,助力机械操纵系统,（,1,）助力机械操纵系统的提出,舵面铰链力矩是随舵面尺寸和飞行速压的增加而增加！,当舵面铰链力矩变得很大时，即使利用当时的空气动力补偿法，也不能使驾驶杆（脚蹬）力保持在规定的范围之内：,研究效率更高的空气动力补偿；,研究液压助力器，以实现液压助力操纵,！,（,2,）助力机械操纵系统的分类,可逆助力机械操纵系统（有回力）,不可逆助力机械操纵系统（无回力）,可逆助力机械操纵系统,不可逆助力机械操纵系统,（,3,）助力机械操纵系统的主要元件,液压助力器,载荷感觉器,调整片效应机构,液压助力器,A,、构造,B.,工作原理,C.,应急状态,D,、助力器特性分析快速性 灵敏性 稳定性,灵敏特性,稳定特性,载荷感觉器,载荷感觉器功用：,无回力的助力操纵系统中，使飞行员能从驾驶杆上感受到力；,有回力的助力操纵系统中，在舵面铰链力矩较小时，使驾驶杆不致过“轻”。,载荷感觉器类型：,弹簧载荷感觉器,气动液压载荷感觉器,载荷感觉器刚度：,小杆位移时，要求刚度大,大杆位移时，要求刚度小,F,W,弹簧载荷感觉器构造,F,W,调整片效应机构,杆力来源,飞行中消除杆力的机构,无助力操纵系统,舵面铰链力矩,配平调整片,助力操纵系统,载荷感觉器,调整片效应机构,操纵电门,调整片效应机构,3.,电力驱动,原理与液压助力操纵相似，用电助力器代替液压助力器，控制方式各种电门,缺点：工作 速度低于液压系统的，输出力有限制,应用：辅助操纵系统的备用形式，或运动速较缓的系统,(,水平安定面的配平,),2.3,典型飞机操纵系统,副翼 横滚操纵,主操纵系统,升降舵 俯仰操纵,方向舵 偏航操纵,襟翼、缝翼 增升装置操纵,辅助操纵系统,扰流板 扰流板操纵,安定面 配平操纵,2.3.2,横滚操纵系统,副翼操纵,并列式柔性互联驾驶盘操纵机构,输入机构,横滚操纵的特点,使用两个独立的液压助力器驱动副翼,；,驾驶盘转动超过一定角度后，飞行扰流板随副翼成比例运动,；,内、外侧飞行扰流板分别由两套液压系统供压,；,液压失效时可利用机械传动对副翼进行操纵,；,副翼或扰流板机械传动线路卡阻时可加力转动驾驶盘旁通故障线路,；,副翼配平电门通过配平电机使副翼重新定中立位，从而消除感力,；,大型客机常采用混合副翼：,内副翼：全速副翼,外副翼：低速副翼,双套机械传动线路,内、外侧飞行扰流板分别由两套液压系统供压,；,驾驶盘转动超过一定角度后，飞行扰流板随副翼成比例运动；,液压失效时可利用机械传动对副翼进行操纵；,副翼或扰流板机械传动线路卡阻时可加力转动驾驶盘旁通故障线路；,感觉定中机构和与副翼配平,作用,Feel,：转动驾驶盘，产生感觉力；,Centering,：松开驾驶盘，系统定中；,Trimming,：配平操纵期间，系统重新定中，维持飞机的起动力平衡,;,Aileron trim indicator,大型客机常采用混合副翼：,内副翼：全速副翼,外副翼：低速副翼,2.3.2,俯仰操纵系统,升降舵操纵,MACH TRIM,升降舵操纵系统组成,输出扭力管,:,双套独立液压系统操纵升降舵,接助力器,接升降舵,升降舵感觉和定中机构,动压载荷感觉装置,除具有弹簧式感觉定中机构的特性外，还可以将空速信号引进，即随飞行速度增加，驾驶员感觉力也会增加；,升降舵动压感觉机构,，感觉作动筒；,水平安定面移动或马赫配平机构工作,改变定中机构壳体位置，使得升降舵和驾驶杆移动到新中立位置。,马赫配平,飞机以高马赫数飞行时，跨音速效应使飞机机头自动下沉。,马赫配平系统可提供飞机在高马赫数飞行时的稳定性：当飞行马赫数达到产生自动下俯现象的数值时，马赫数配平系统自动操纵升降舵向上偏转一个角度，从而避免自动下俯。,马赫配平系统,2.3.3,偏航操纵系统,方向舵操纵,飞机协调转弯,操纵飞机转弯时，需要靠副翼和升降舵协调转弯,偏航阻尼器,功用,消除飘摆（荷兰滚）,工作原理,偏航阻尼器根据空速信号和方向舵侧滑角加速度信号，适时提供指令使方向舵相对飘摆振荡方向偏转，增大偏航运动阻尼，消除飘摆,。,偏航阻尼器驱动方向舵的偏转角小于脚蹬操纵的方向舵偏转角,偏航阻尼器,2.4,辅助操纵系统,飞机辅助操纵系统与主操纵系统不同，操纵时不给驾驶员提供操纵力和位移的感觉，但驾驶员必须知道辅助操纵面的位置，故需设,位置指示器或指示灯,。,辅助操纵系统工作中的特点是：,当操纵面被操纵到需要的位置后，不会在空气动力作用下返回原来位置。,功用：改善操纵性，提高飞机飞行性能,2.4.1,增升装置,前缘装置,前缘襟翼（,LE flaps,）,前缘缝翼（,LE slats,）,后缘装置,后缘襟翼（,TE flaps,）,一般为后退式开缝襟翼,前缘缝翼,前缘缝翼,前缘襟翼,前缘襟翼,可鲁格襟翼,后缘襟翼,开裂式襟翼,后退式襟翼,1.,襟翼操纵,操纵机构,小飞机襟翼一般采用电动收放。,襟翼手柄（少数为弹性电门）,常有多个位置，用于起飞、巡航、着陆等。,操纵,前缘装置往往作为后缘襟翼的随动装置；,起飞前根据要求放襟翼,必须通过襟翼指位表（而不是襟翼手柄位置）来判断襟翼实际位置,如果未放好襟翼，起飞时可能导致飞机失速,某些大型客机在没有放好襟翼情况下推油门起飞，可能导致起飞形态警告,起飞后按速度计划收襟翼,爬升、巡航、下降通常不放襟翼,着陆后按速度计划放襟翼,不同阶段增升装置的位置,巡航,起飞,着陆,操纵,一旦复飞,应按程序收襟翼到复飞要求位置。,若出现“襟翼差动”或“部分或全部襟翼放不下”或结冰等非正常情况时,首先应控制住飞机姿态；,然后按相应机型,QRH,（快速检查单）处置。,2.,襟翼保护,差动保护,襟翼差动的概念,两边襟翼放下角度明显不一致。,危害,飞机横滚；,横侧控制困难甚至无法控制；,如控制不及时，极易导致飞行事故。,襟翼差动保护,当襟翼放下时如两边出现差动并达到大约,5,度时，差动保护装置使襟翼停止放下。,过载保护,襟翼载荷限制器，防止过大气动载荷损伤襟翼,3.,襟翼位置指示,后缘襟翼位置指示器,前缘位置指示器,前缘襟翼和缝翼位置灯,襟翼有收起和伸出两个位置；,缝翼有收起、伸出、完全伸出三个位置；,2.4.2,扰流板,作用：帮助副翼进行绕纵轴的飞机操纵，也可作为减速板在着陆或中断起飞期间降低升力并增加阻力,分类：地面扰流板 飞行扰流板,地面扰流板,只能在地面上其减速作用；,飞行扰流板,既可以在地面使用减速，也可在空中使用减速或协助副翼横滚操纵,混合器。,减速手柄,2.4.3,配平操纵,1.,配平的分类,横滚配平操纵,（副翼配平）,通常由电门或旋钮控制配平电机。,被操纵的通常是感力定中配平机构。,重新定中，从而减小或消除操纵力。,方向配平操纵,（方向舵配平）,与横滚类似。,主要用于单发飞行。,副翼配平,方向舵配平,俯仰配平,（水平安定面配平）,由手轮、电门或自动驾驶仪控制一个或两个电动机。,被操纵的是可调水平安定面,偏转,1,度相当于升降舵偏转,2.53.5,度,配平后升降舵回中立位，以减小阻力，提高操纵性,水平安定面配平,2.,配平操纵,俯仰配平,优先次序,人工机械手轮操纵最优先；,人工电动其次；,自动驾驶配平最不优先。,与主操纵同方向转动手轮或搬动电门，可减小或消除主操纵力。,当配平故障时，应立即紧握盘、杆，断开自动驾驶仪，改用人工配平。,3.,配平的使用,起飞前,根据重量、重心、襟翼位置等将俯仰配平设置在绿色区内,否则俯仰操纵困难，对大型客机，若不在绿色区域在推油门时会导致起飞形态警告。,将方向舵配平设置在本机型规定的位置,螺旋桨飞机设置在起飞位,喷气式飞机设置在中立位,横向配平一般在中立位,起飞后各飞行阶段,应根据需要及时操纵配平。,2.2.5,飞行警告系统,飞行操纵系统警告系统的功用是在潜在危险发生前警告驾驶员以避免事故发生。,飞机飞行操纵警告系统分类：,起飞警告系统,飞机起飞时，当任一油门杆前推而某些飞行操纵组件不在正确位置，则起飞警告系统会给驾驶员提供音响警告信号。,失速警告系统,空速处于最小飞行速度（临近或达到最大可用升力）且接近失速状态时的警告。,起飞警告,减速板手柄未在“放下”位；,停留刹车没松开；,前缘襟翼未放出；,后缘襟翼不在起飞位；,水平安定面不在“起飞”（绿区）范围内,只有飞行控制组件至于适当位置或油门杆全收回才能使喇叭停息,失速警告,输入信号,迎角,襟翼位置,缝翼位置,空,/,地信号,信号处理,输出装置,抖杆器,推杆器,