1、,中國(guó)民航大學(xué) 空管學(xué)院,第三章 飛行操縱系統(tǒng),一、概述,定義：飛機(jī)飛行操縱系統(tǒng)是飛機(jī)上用來傳遞操縱指令，驅(qū)動(dòng)舵面運(yùn)動(dòng)的所有部件和裝置的總稱，用于飛機(jī)飛行姿態(tài)、速度、軌跡的控制。,飛行員操縱飛機(jī)的副翼、升降舵、方向舵和其它可動(dòng)舵面，從而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的側(cè)向、縱向、方向運(yùn)動(dòng)，并且無論在有人駕駛還是在自動(dòng)駕駛的狀態(tài)下，均可使飛機(jī)保持或改變飛行姿態(tài)。,飛行操縱系統(tǒng)的要求：,一般要求： 重量輕、制造簡(jiǎn)單、維護(hù)方便； 具有足夠的強(qiáng)度和剛度。 特殊要求： 保證駕駛員手、腳操縱動(dòng)作與人類運(yùn)動(dòng)本能相一致； 縱向或橫向操縱時(shí)彼此互不干擾； 腳操縱機(jī)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(dòng)力應(yīng)在合適的范圍內(nèi)；

2、 系統(tǒng)操縱延遲應(yīng)小于人的反應(yīng)時(shí)間； 應(yīng)有極限偏轉(zhuǎn)角度止動(dòng)器； 所有舵面應(yīng)用“鎖”來固定。,1.機(jī)體坐標(biāo)軸,橫滾-飛機(jī)繞縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng) (X軸縱軸) 副翼 俯仰-飛機(jī)繞橫軸的轉(zhuǎn)動(dòng)（Z軸橫軸） 升降舵 偏轉(zhuǎn)-飛機(jī)繞立軸的轉(zhuǎn)動(dòng)（Y軸立軸） 方向舵,二、飛機(jī)的操縱性,2.飛行操縱系統(tǒng)的分類,（1）人工飛行操縱系統(tǒng)：其操縱信號(hào)由駕駛員發(fā)出。 （2）自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)：其操縱信號(hào)由系統(tǒng)本身發(fā)出。對(duì)飛機(jī)實(shí)施自動(dòng)和半自動(dòng)控制，協(xié)助駕駛員工作或自動(dòng)控制飛機(jī)對(duì)擾動(dòng)的響應(yīng)。 包括：自動(dòng)駕駛、飛行指引和自動(dòng)油門。,1）按照操縱指令的來源分為：,（1）機(jī)械式操縱系統(tǒng) 操縱指令由鋼索、傳動(dòng)桿、滑輪、搖臂等機(jī)械部件傳遞。 如：B

3、737、 B747、 B757、 B767,2）按照指令的傳遞方式來分：,（2）電傳操縱系統(tǒng) 操縱指令由電纜傳遞。 如：A320、 A330、 A340、 A380、 B777、 B787,（3）光傳操縱系統(tǒng) 操縱指令由光纜傳動(dòng)。,（1）簡(jiǎn)單機(jī)械操縱系統(tǒng)：依靠駕駛員體力克服鉸鏈力矩驅(qū)動(dòng)舵面運(yùn)動(dòng)。 分為軟式操縱系統(tǒng)和硬式操縱系統(tǒng)。 （2）助力操縱系統(tǒng)：依靠液壓助力器實(shí)現(xiàn)助力操縱。 分為有回力的和無回力的兩類。,3）按照驅(qū)動(dòng)舵面方式來分：,（1）主操縱系統(tǒng)：操縱飛機(jī)繞三軸旋轉(zhuǎn)，改變或保持飛機(jī)的飛行姿態(tài)。 操縱升降舵、方向舵、副翼、三個(gè)主舵面，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)操縱； （2）輔助操縱系統(tǒng)：改

4、善操縱性，提高飛機(jī)飛行性能。 操縱襟翼、縫翼、擾流板、調(diào)整片等增升、增阻及水平安定面配平等系統(tǒng)。,4）按照功能來分：,A320,B737-300,三、飛行操縱系統(tǒng)的組成,飛行操縱系統(tǒng)包括三部分，即： 中央操縱機(jī)構(gòu)由駕駛員直接操縱的部分 手操縱機(jī)構(gòu)：駕駛桿/駕駛盤,控制副翼和升降舵 腳操縱機(jī)構(gòu)：腳蹬，控制方向舵 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將操縱信號(hào)傳到舵面 軟式傳動(dòng)機(jī)構(gòu):主要由鋼索、滑輪等構(gòu)件所組成； 硬式傳動(dòng)機(jī)構(gòu):主要由傳動(dòng)桿、搖臂等構(gòu)件所組成； 混合式傳動(dòng)機(jī)構(gòu):由軟式、硬式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)混合組成。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)舵面運(yùn)動(dòng),1.中央操縱機(jī)構(gòu),由駕駛員手腳直接操縱的部分，叫做中央操縱機(jī)構(gòu)。 中央操縱機(jī)構(gòu)： 手操縱機(jī)構(gòu)

5、駕駛桿/駕駛盤/側(cè)桿,控制副翼和升降舵 腳操縱機(jī)構(gòu)腳蹬，控制方向舵,駕駛桿,前后推拉操縱升降舵； 左右壓桿操縱副翼。 橫、縱向操縱具有獨(dú)立性，即操縱駕駛桿時(shí)升降舵和副翼，兩者不會(huì)互相干擾。,（1）手操縱機(jī)構(gòu),駕駛盤式,（1）前后壓駕駛盤操縱升降舵 （2）左右轉(zhuǎn)動(dòng)駕駛盤可操縱副翼,駕駛桿與駕駛盤的比較,側(cè)桿（電傳）,飛行控制 計(jì)算機(jī),輸入力信號(hào)，輸出電信號(hào)，可以代替駕駛桿（或駕駛盤）。,（2）腳操縱機(jī)構(gòu),平放式腳鐙,腳鐙只作平移而不轉(zhuǎn)動(dòng)。,通過傳動(dòng)桿和搖臂等構(gòu)件的傳動(dòng)而使方向舵偏轉(zhuǎn)的。,立放式腳鐙,2.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（系統(tǒng)）,（1）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),將操縱機(jī)構(gòu)的信號(hào)傳送到舵面或助力器。,軟式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由

6、鋼索、滑輪等構(gòu)件所組成； 硬式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由傳動(dòng)桿、搖臂等構(gòu)件所組成； 混合式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由軟式、硬式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)混合組成。,機(jī)械傳動(dòng)缺點(diǎn)： 存在摩擦、間隙和彈性變形等，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)精微操縱信號(hào)傳遞； 機(jī)械操縱系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的變化非常敏感； 體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大！,軟式傳動(dòng)系統(tǒng),硬式傳動(dòng)系統(tǒng),傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的比較,電傳操縱系統(tǒng)的組成,電傳操縱系統(tǒng)主要由駕駛桿或側(cè)桿（含桿力傳感器）、前置放大器、傳感器、機(jī)載計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。,（2）電傳操縱系統(tǒng)（Fly-By-Wire）,電傳操縱系統(tǒng)（Fly By Wire）的提出,機(jī)械操縱系統(tǒng)缺點(diǎn)： 存在摩擦、間隙和非線性因素導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)精微操縱信號(hào)傳遞； 機(jī)械操縱

7、系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)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)的缺點(diǎn)： 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),工作原理,駕駛員發(fā)出操縱指令；經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并與來自飛機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳感器測(cè)得的信號(hào)一起，傳輸給計(jì)算機(jī)；處理計(jì)算機(jī)按預(yù)定的控制規(guī)律生成舵面操縱信號(hào)；控制操縱面作動(dòng)器動(dòng)作，舵面偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行操縱。,電傳操縱系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 減輕了操縱系統(tǒng)的重量，減少體積 節(jié)省設(shè)計(jì)和安裝時(shí)間 消除了機(jī)械操縱系統(tǒng)中的摩擦、間隙以及飛機(jī)結(jié)構(gòu)變形的影響 簡(jiǎn)化了主操縱系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛儀的組合 可采用小側(cè)桿操縱機(jī)構(gòu) 飛機(jī)操穩(wěn)特性得到根本改善。 缺點(diǎn)： 單通道電傳

8、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,3.舵面驅(qū)動(dòng)裝置,簡(jiǎn)單機(jī)械操縱系統(tǒng)現(xiàn)在仍廣泛應(yīng)用于低速飛機(jī)和一些運(yùn)輸機(jī)上，由于舵面偏轉(zhuǎn)時(shí)氣動(dòng)力較小，駕駛員體力足以克服舵面氣動(dòng)力從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行的操縱。,無助力操縱系統(tǒng)示意圖,（1）液壓驅(qū)動(dòng)裝置,助力機(jī)械操縱系統(tǒng)采用液壓助力協(xié)助駕駛員克服舵面鉸鏈力矩的操縱系統(tǒng)。 包括： 有回力助力機(jī)械操縱系統(tǒng)。 無回力助力機(jī)械操縱系統(tǒng)。,現(xiàn)代民用運(yùn)輸機(jī)多采用液壓助力操縱,有回力的助力操縱系統(tǒng),通常是利用回力連桿把舵面?zhèn)鱽淼囊徊糠州d荷傳給駕駛桿。,無回力的助力操縱系統(tǒng),液壓助力器的一端直接與通向舵面的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，舵面?zhèn)鱽淼妮d荷全部

9、由助力器承受。,（2）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置,現(xiàn)代飛機(jī)上有些也采用電動(dòng)操縱，只是用電助力器代替液壓助力器； 控制方式由各種手柄改為各種電門； 電動(dòng)控制常用于各種輔助操縱系統(tǒng)，如水平安定面的配平操縱。,水平安定面的配平操縱,四、人工飛行操縱系統(tǒng),飛機(jī)的縱向操縱（俯仰操縱）,通過操縱駕駛桿或駕駛盤向前或向后運(yùn)動(dòng)，使升降舵向下或向上偏轉(zhuǎn)，來實(shí)現(xiàn)飛機(jī)縱向操縱的目的。,后拉桿，升降舵后緣上偏，產(chǎn)生上仰力矩，飛機(jī)抬頭。 前推桿，升降舵后緣下偏，產(chǎn)生下俯力矩，飛機(jī)低頭。,1.主操縱系統(tǒng),駕駛員通過操縱腳蹬來進(jìn)行飛機(jī)的方向操縱。,飛機(jī)的方向操縱（偏轉(zhuǎn)操縱）,蹬左舵，方向舵左偏，產(chǎn)生左轉(zhuǎn)力矩，飛機(jī)左轉(zhuǎn)。 蹬右舵，方向舵右

10、偏，產(chǎn)生右轉(zhuǎn)力矩，飛機(jī)右轉(zhuǎn)。,飛機(jī)的側(cè)向操縱（滾轉(zhuǎn)操縱）,左壓桿，左副翼上偏，右副翼下偏，產(chǎn)生左橫滾力矩，飛機(jī)左滾轉(zhuǎn)。 右壓桿，右副翼上偏，左副翼下偏，產(chǎn)生右橫滾力矩，飛機(jī)右滾轉(zhuǎn)。,副翼操縱期間，一側(cè)副翼向上運(yùn)動(dòng)，另一側(cè)副翼向下運(yùn)動(dòng)。,擾流板 前/后緣襟翼 前緣縫翼 水平安定面 調(diào)整片（配平片）,2.輔助操縱系統(tǒng),與主操縱系統(tǒng)的區(qū)別： 主操縱系統(tǒng)必須給駕駛員以桿力和位移的感覺；輔助操縱系統(tǒng)則沒有，但必須知道它的位置。 主操縱系統(tǒng)在空氣動(dòng)力的作用下可恢復(fù)到原來平衡位置；輔助操縱系統(tǒng)則不會(huì)。,升起擾流板可使飛機(jī)的升力減小，阻力增加。 擾流板的功能是： （1）飛行擾流板可以輔助副翼橫滾操縱；（單側(cè)升

11、起） （2）飛行擾流板對(duì)稱升起，可使飛機(jī)空中減速； （3）飛機(jī)落地后，飛行和地面擾流板同時(shí)升起，可以增 大飛機(jī)阻力使飛機(jī)減速，提高剎車效能。,擾流板是鉸鏈在機(jī)翼上表面的一種可活動(dòng)翼板。擾流板分為飛行擾流板和地面擾流板。擾流板只能向上升起,擾流板,左滾轉(zhuǎn)，左副翼上偏，右副翼下偏，左擾流板升起； 右滾轉(zhuǎn)，右副翼上偏，左副翼下偏，右擾流板升起；,擾流板的收放,A320,擾流板,襟翼,對(duì)稱地位于兩邊內(nèi)側(cè)機(jī)翼后緣的增升裝置。,前緣襟翼,后緣襟翼,襟翼手柄卡槽用于防止手柄意外滑動(dòng)。,A320,襟翼的收放,不同步保護(hù) 防止左、右兩側(cè)襟翼放出角度不對(duì)稱 過載保護(hù) 用于保護(hù)襟翼結(jié)構(gòu)，防止過大的氣動(dòng)載荷損傷襟翼。

12、,襟翼的保護(hù),襟翼的位置指示,左指針,前緣縫翼,A320,縫翼的收放,A320,水平安定面配平系統(tǒng)提供飛機(jī)縱向的俯仰配平。 被操縱的是可調(diào)水平安定面 偏轉(zhuǎn)1度相當(dāng)于升降舵偏轉(zhuǎn)2.5-3.5度 配平后升降舵回中立位，以減小阻力，提高操縱性,水平安定面配平,人工配平配平手輪 電動(dòng)配平 水平安定面配平電門 自動(dòng)配平自動(dòng)駕駛配平,A320配平手輪,功用是在飛機(jī)潛在危險(xiǎn)發(fā)生前，通過聲、光等信號(hào)警告駕駛員以避免事故發(fā)生。,五.飛行操縱警告系統(tǒng),（1）失速警告系統(tǒng) 空速處于最小飛行速度且接近失速狀態(tài)時(shí)，失速警告系統(tǒng)操縱駕駛桿抖桿器，提示機(jī)組人員。 失速自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)推桿器 （2）起飛警告系統(tǒng) 飛機(jī)起飛時(shí)，當(dāng)任

13、一油門桿前推而某些飛行操縱組件不在正確位置，則起飛警告系統(tǒng)會(huì)給駕駛員提供音響警告信號(hào)。,飛機(jī)飛行操縱警告系統(tǒng)分類：,PF操縱飛行員與PM監(jiān)控飛行員,操縱飛行員（PF）:操縱主飛、主控飛機(jī); 監(jiān)控飛行員（PM）:負(fù)責(zé)與ATC聯(lián)系。 在同一時(shí)間，直接去操縱飛機(jī)的，只能是一個(gè)人。 而這個(gè)人，既可以是左座，也可以是右座，誰飛，誰就叫做PF(Pilot Flying）。這個(gè)主飛的飛行員，手放在駕駛桿和油門上，直接操縱飛機(jī)。如果他想做什么，可以以下口令的形式向另外一個(gè)飛行員下達(dá)指令，而這另外一個(gè)人，就是PM（Pilot Monitoring）在以前，這個(gè)不操縱的人叫做PNF（Pilot Not Flying）。 PM（Pilot Monitoring）即負(fù)責(zé)飛機(jī)狀態(tài)和儀表的監(jiān)控、提醒、通訊以及根據(jù)PF的指令執(zhí)行PF想要做但是自己騰不出手做的動(dòng)作。 另外，需要指出的是，因?yàn)轱w機(jī)的轉(zhuǎn)向手輪只在左座一側(cè)才有，所以，飛機(jī)的地面運(yùn)行階段，只能由左座當(dāng)PF，這個(gè)是沒的商量的。,A320 飛行操縱系統(tǒng),2個(gè)升降舵和副翼計(jì)算機(jī)（ELAC）； 3個(gè)擾流板升降舵計(jì)算機(jī)（SEC）； 2個(gè)飛行增穩(wěn)計(jì)算機(jī) （FAC）。,電傳操縱系統(tǒng),A320,A320,水平安定面配