C1-7飞机飞行控制系统分析

1、C1-7飞机飞行控制系统分析 WORD文档使用说明：C1-7飞机飞行控制系统分析 来源于PDF转换成WROD 本WOED文件是采用在线转换功能下载而来，因此在排版和显示效果方面可能不能满足您的应用需求。如果需要查看原版WOED文件，请访问这里C1-7飞机飞行控制系统分析 C1-7飞机飞行控制系统分析|PDF转换成WROD_PDF阅读器下载 年 第 期飞机工程 飞机飞行控制 系统分析刘振 钦 伍 智敏（ 航一飞院， 安） 一 西 一 摘 要 ： 飞 控 系 统设 计 要 求 和 飞 控 系 统 控 制 模 态 等 几 个 方 面 ， 析 了 机 电 传 飞 控 系 统 的 构 成 和 特 从 分

2、 飞点 ， 一飞机 作 为 现役 大 型 军 用 运 输 机 的 范 例 ， 功 地 实 现 了 多 项 先 进 控 制 技 术 ， 机 械 操 纵 系 统 为 备 份 操 成 以纵 的 三 轴 四 余 度 数 字 式 电传 飞控 系统 和 自动 控 制 系 统 相 结 合 ， 飞 机 运 输 能 力 、 战 区 的适 应 能 力 和 生 存 力 使 在方 面 得 到 很 大 提 高 。采 用 直 接 力 控 制 、 自动 油 门和 动 力 增 升 装 置 等 ， 大 地 提 高 了 飞 机 的性 能 和 完 成 任 务 的 极 能 力 。 迎 角 、 滑 角和 速 度 等 飞 行 边 界 限

3、 制 增 加 了 飞行 安 全 性 ， 轻 了驾 驶 员 操 纵 负 担 。 侧 减 关 键 词 ：一 用 运 输 机 ； 传 飞 控 系 统 ； 军 电 自动 飞 控 系 统 ； 行 品 质 飞 一军用 飞 机 采 用悬 臂 式 上单 翼 、 下 吊挂 翼 台涡扇 发 动 机 、 臂 式 型 尾 翼 的常 规 气 动 布 悬局 型式 ， 机翼 采 用大展 弦 比 、 中等 后 掠 角超 临 界 机 翼， 襟翼 为外 吹 式 襟 翼 ， 向 舵 为 嵌 入 式 方 向舵 。 方 系统 （ ） 的结 合 ， 足 了军 用规 范关 于 的每 任 满 务 灾难 性事 故 的故 障概 率 要 求 。单

4、 余 度机 械 备 份控 制 系统 ， 由驾 驶 员 通 过 驾 驶 杆 和方 向舵 脚 蹬 操纵 升降 舵 、 副翼 和下 方 向舵 ， 以机 械 控 制 的铰 链 连接 形式 构成 。 具 有空 中受 油 能 力 ， 可将 超 大 型 作 战 物 资 和军 事 装 备直 接运 入战 区 ， 可 执 行 远程 运 输 任 务 ， 美 还 是 军 唯一 能空 投 步 战 车 的 飞 机 ， 时 它 还 可 与 同 其他 车辆 混 合装 载 主战坦 克 。 一 飞机具 有 先 进 的机 载 系统 和 航 电设 备 ， 飞机 的 飞 控 系统 提 供 了 飞 机控 制 增稳 、 自动驾驶 和 自动

5、 油 门控 制 、 风 减缓 和边 界 限 制 、 阵 故 障辨识 、 系统重 构 和失 效 极 限 控 制等 多 项 功 能 。 其 中控 制增稳 功 能是 飞 控 系统 中最 基本 的工 作模 态， 它将 在 整 个 飞 行 包 线 内 全 时 全 权 限 使 用 。主如数 字式 电 传 飞 控 系 统 、 机 和 发 动 机 数 据 管 理 飞系统 等 。在三 轴 四余度 数 字 式 电 传 飞控 系统 加机械式 备份 操 纵 的 基 础 上 ， 用 了 多 项 主 动 控 制 技 采 术 ， 飞机 在 战 区的适 应 能力 、 全性 和 生存 力得 使 安 到很 大提 高 。 就像 超

6、 临 界 机 翼 提 高巡 航 性 能 、 外吹式 襟翼 实 现 短距 起 落 一 样 ， 用 自动 油 门 系统 利飞行 控 制系统 为三 轴 四余 度 的数 字 式 电传 飞 控 系统 ， 系统 具 有 二 次 故 障工 作 的 能 力 。扰 流 板 和 该 襟翼 为二 余 度 的数 字 控 制 系 统 ， 供 了关 于扰 流 提 板 、 缘襟 翼 、 后 前缘 缝 翼 和 空速 刹 车 的 控制 。在 主 电传 控制 系统 失 效 后 ， 一的 备份 机 械系 统 能 提 和平 显导航 系 统进 行 精 确 着 陆 ， 行 边 界 限 制 增 飞 加 了飞机安 全性 ， 轻 了驾驶 员操

7、 纵 负担 。 减 供副 翼 、 升降 舵 和 水 平 安 定 面 的控 制 。 一飞机共有 个 控 制面 ， 这些 控 制 面 包 括 了一 个 水 平安定面 、 个升 降舵 、 副翼 、 方 向舵 、 个 个 个扰 流 飞控 系统 概 述 作 为 一电传 飞控 系统 的 显著 特 征 ， 电传 主板 、 后缘襟 翼 和 个前 缘缝 翼 ， 图 示 。 个 如 所 飞控 系统 设 计 要 求及 特 点 的 飞 控 系 统 设 计 符 合 规 范 。在 对规 范 的 理解 和 分 析 的 基 础 上 ， 飞 机 飞 控系 统和 自动 控 制 系统 相 结 合 ， 现 代 以 电传 使飞 控 系

8、统为 特点 的大 型 运输 飞 机 的高效 率 优 势 充分 发挥 出来 。 电 传 飞 控 系 统 （ 和机 械 飞 控 ）收 稿 日期 ： 年第 期外升 降舵系统 中加 入一 个迎 角 限制 系统 （ 。迎 角 限制 ） 系统 根据 速 度 、 动 机 增 压 比 和 飞 机 构 型 来 计 算 发 需 要 限制 的迎 角 。计算 出来 的所 要 限制 的迎 角 与 实际 迎角 作 比较 ， 而 进 行 飞 行 迎 角 限 制 。在 迎 从角 限制 系统 里 还 增 加 了报 警 系统 ， 速 警 告 以 驾 失驶 杆 振动 和语 音警 告 的形式 通知 驾驶 员 。 可 靠性 设计 飞控

9、 系统 可 靠 性 总 的要求 是 ： 些部 件 、 统 某 系 或 组合 在 一个 给 定 的 飞 行 任 务 中 ， 有极 其微 小 的概 率会 出现故 障 故 障的 可能 性 概 率应 低 于 每飞行任 务 。 图 （ 机 的 行 控 制 面 制定 了 自己 的系 统 型 号 规 范 ， 定 增 稳 系统 任 何 规 功能 的全部 或 部 分 丧 失 ， 不应 引 起 危 险 的或 不 可 忍受 的飞行 品 质 ， 其 余 的 功 能 应 可 以保 证 飞 机 且 的飞行 品质不 低 于等级 的要 求 。故 障后 转 换 到 替换 操纵 时产 生 的过 渡过 程 和 配平 变化 不 应

10、引起 一飞机 通 用安 全性设 计要 求 为 ： 在完成 飞 行 任 务 中 ， 随 着 不 安 定 状 态 下 的 伴 危 险 因素应 该被 降低 到 一 个 可 以接 受 的等 级 。而 出现灾 难性 故 障“ 接受 的等级 ” 于 。 能 小 一个每 飞行 任务 的 灾难 性 故 障 概率 将 符合 以危 险 的飞行 品质 。可见 设 计 者 把 安 全可 靠 性 提 高到一 个很 高 的 地 位 ， 飞控 系 统 的 主 要 设 计 要 求 对如下 ： 上 所有 的要 求 。这个 要 求介 于 电传 飞控 系 统 和机 械操 纵 系统 之 间 ， 而造 成 低 于等 级 的飞行 品质

11、， 要求 所 有 的飞控 系统 失 效 的累 计 失事 可 能性 小 于 每 飞行任 务 （ 小 时） 。 。 防 止深度 失 速 ； 全 系统 的高 可靠性 ； 所 有发 动 机失 效后 操纵 ； 安 全 复飞 。 深失速 设 计 按照 故 障 概率 分 配 ， 电传 飞控 系统 被 分 配 到每 飞行任 务 的要求 ， 剩余 的被分 配 到机 械故 障和一些 液 压 系统 （ 行控 制 ） 飞 成分 的故 障 。以每飞 行任务 的电传 飞控 系统 要求 ， 械 飞 机 控 系统 能够 做 到 每 飞行 任 务 的要 求 。这 些 要 求 最 后 形 成 飞 机 飞 控 系 统设 计 为 四

12、余 度 电传 飞控 系 统 和 一 个 单 一 的机 械 备 份 控 制 系统。 在研 制 初期 ， 飞机 就做 了 的深失 速 风 洞试验 。试 验 主要 分 析 在 深 失 速 情 况 下的稳 定性 和操 纵 性 。试 验 表 明 飞 机 在 一 些高升 力状 态 可 能 出 现 快 速 失 速 ， 些 状 态 是 不 可 有 恢 复 的 ， 深度失 速 特性 如 图 所 示 。 抬 头作 为先进 的 电传 控 制 飞 机 ， 一的故 障概 率 是很 低 的 ， 远 小 于美 军 标 远 一 等 有关规 范对 故 障概率 的要 求 ， 一 一 要求 在 俯仰 力矩使用 飞行 包 线 内，

13、由于 一 个 或 多 个 故 障 而 使 飞 行 品质 降为 等级 的概 率 应 小 于 ，降 为等级 的概 率 应 小 于 可 用 飞 行 （包 线 内应小 于 ） 美 国空 军飞 行 动 力 ，低头学 实验 室提 出军 用 飞机 电传 控 制 系 统 安全 可 靠性 指标 为 目前 ， ， 国外 普遍 采 用 此 指标 作 为 电传 控制 系统 安 全可靠 性设 计要 求 。 图 一 飞 机 的深 度 失 速 特 性 发 动机 失效 设计 飞 机开 始 进 入 深 失 速 状 态 是 很 快 的 ， 概 大 秒左 右 就 进 入 失 速 。对 一失 速 特 性 的 要 求 是 “ 飞机在

14、所 有 可 以 达 到 的 高 度 和 动 作 范 围 内 都 能 够恢 复 到基 本 状 态 ” 基 于 这 种 要 求 ， 电 传 飞 控 ， 在在 一飞 机 规 范 中 ， 一 个 特 殊 的要 求 ， 有 就是在所 有 的发 动机 都失 效 的情 况下 飞 机 仍然 能 被控 制 。为 此 ， 一飞 机 设 计 了一 个 应 急 偏 航 控 制 增 稳 系统 ， 个系统 能 在所 有 的 电力损 失 后 ， 应 这 在 年 第 期刘 振钦伍 智 敏 ： 飞 机 飞 行 控 制 系 统 分 析 急 电力 系 统开启 下 工作 。两 个 飞 控计 算 机 保 持 了 对 方 向舵 （ 下段

15、 ） 的控 制 ， 以提 供 必 要 的偏 航 阻尼 。 而另一 个设 计特 点是 冲压空 气 涡轮 （ ） 个 在 常规液 压 系统失 去 作用 后 给 个备 用 液 压 系 统 提 供动 力 。 能 给 右 副 翼 、 中和 外 扰 流 板 、 右 下 段方 向舵 和 个左 升 降 舵提 供 动 力 。并 且 平 尾 配 平装 置是 可动 的 ， 缘襟 翼是 可 控制 的 。 后 复 飞 设 计 态 飞行 。当纵 向杆 力远 大 于 预先 设 置 好 的 启 动力时， 俯仰 速 率 均 衡 的 控 制 了 驾 驶 杆 力 。这 就 是 基本 的纵 向控 制 增 稳 系 统 模 态 ， 于

16、给 定 的 空 速 提 对供 近似 常值 的每 驾驶 杆 力 。 俯 仰姿 态指 令 态保 持 模 态 控 制姿 态 变化 ， 姿 姿 态变 化是 根据 参 考姿 态 和在 预先 设 置 的 启 动力 之 上 的杆 力来判 断 的 ， 当纵 向杆 力 小 于启 动 力 时 ， 保 持姿 态 与参考 姿 态一 致 。这个 模 态 主要 用 于进 场 和着 陆期 间 。 俯 仰速 率指 令 滑跑 模 态 提供 了与 驾驶 杆力 对 应 的俯 仰速 率指 令 ， 当飞机 在 较 大 的倾 斜 角 时 ， 该 模 态 自动启 用 。 当迎 角限 制 模 态 工 作 后 ， 仰 速 率 指 令 迎 角

17、俯（ ） 限制 模 态 自动 启 用 。在 这 个 模 态 下 ， 制 控 俯 仰角 不超 过迎 角 限制 的极 限 。 滚 转 控制 增稳 系统 滚 转控 制增 稳 系统包 括 了 以下 的基本 模态 ： 余 度 式 后 缘 襟 翼 控 制 系 统 设 计 主 要 用 于 起飞 、 陆 和复 飞状态 ， 且 还 增 加 了一 个 备 份 的后 着 而缘襟 翼控 制 。 电传 飞控 系 统控 制模 态 及特 点 一的电传 飞控 系统 是一 个包 括 全 时全 权 限的增 稳 、 制增 稳 和一 个 包 含 了 自动 驾驶 、 控 自动刹车 和飞行 航 向控 制 相 结 合 的 自动 飞 控 系

18、 统 ， 为该机提 供 了 主 要 的 飞 行 控 制 。另 外 还 提 供 了 扰 流 板 、 缘缝 翼 和后缘 襟 翼 的电传 控制 。 前 电传 飞控 系统 传感 器 和 执 行 机构 实 现 了 控 制增稳 系统 控 制律 ， 控制 增 稳 系统 控 制律 给 一带 滚转起 飞 陆模 态 ； 着 滚转 速率 指令 态保 持模 态 ； 姿 滚 转进 场模 态 。 滚转 起 飞模 态 即在 横 向通 道 采 用 滚转 角速 率 作 为主反 馈 信 号 ， 与俯 仰 起 飞 模 态 相 似 的 是 飞 机 在地 面加 力 的时 候 自动 启 用 。接 近 着 陆 的近 一 秒 时 间里控 制

19、增 稳 系统 恢复 了滚 转起 飞 着陆 模态 。 滚转 速 率 指 令 态 保 持 模 态 给 驾 驶 杆 力 提 姿 供一 个速 率 指 令 ， 提供 姿 态 保 持 与 滚 转 驾驶 杆 力 低 于预设 的启 动 力 ， 就 是 基 本 的滚 转 控 制 增 稳 这 系统 模态 。在 这 个 模 态 下 ， 流 板 指 令 也 加 在 了 扰 驾驶 杆力 上 ， 仅 仅 是 副 翼 指 令 被 增 强 了 。滚 转 但 进场 模态 和 滚 转 速 率 指 令 态 保 持 模 态 的 唯 一 姿 不 同点是 扰 流板指 令 在滚 转速 率方 面被 增强 了 。 偏 航控 制增 稳 系统 偏

20、航 控制 增稳 系统有 以下 基本 模态 ： 偏 航起 飞模 态 ； 来 了 飞行 品质 。电传 飞 控 系统 的余 度 技术 和 级 传感 器 、 行 机 构 高 等 级 的容 错 度 和 战 斗 损 伤 度 执 保证 了飞 机优 秀 的飞 行 品质 。采 用非 相 似 余 度技 术使 一 飞 机 的失 效 故 障 概 率 达 到 一 个 很 高 的水平 ， 四余 度 电传 系 统 和 机 械备 份 系 统 设 计 使 飞 控系 统具 有二 次故 障工作 、 次 故障 安全 的能 力 。 三 俯仰 控 制增稳 系统 俯 仰 控制增 稳 系统 由控 制 升 降舵 的纵 向 控制 增 稳 系 统

21、 和 控 制 水 平 安 定 面 的 纵 向 平 衡 系 统 组 成 。俯 仰 控制增 稳 系统 由 以下模 态构 成 ： 俯 仰起 飞 陆模 态 ； 着 俯仰 速率 指令 态保 持模 态 ； 姿 俯仰 姿态 指令 态保持 模 态 ； 姿 俯仰 速率 指令 滑跑 模 态 ； 偏航 常 规模 态 ； 偏航 应 急能 源模 态 。 仰 速率 指令 迎 角（ 俯 ） 限制 。 俯 仰起 飞 着陆 模态 刚 开 始 时使 用 动 力 增 升 。 在 地面 滑跑 期 间 ， 模 态 提 供 了每 磅 驾 驶 杆 力 所 该 能 控制 的 升 降 舵 偏 度 。一 旦 飞 机 离 地 ， 驾驶 杆 力 降

22、低到 一个 预 先 设 置 好 的 启 动 力 ， 系统 进 入 了 俯偏 航 起飞 模态 设计 为与 纵 向和滚 转 起 飞 模 态 非 常相 似 ， 它直 接对 方 向舵 进行 控制 。 偏 航 常规 模 态 提 供 了偏 航 阻 尼 和 协 调 转 弯 。 对 飞行 员 的方 向 舵脚 蹬 输 入 进 行 反 馈 ， 行 方 向 平仰 速率指 令 态保持 模 态 。 姿 当驾驶 杆 力 低 于 一 个 预 先 设 置 好 的 启 动 力 时， 俯仰 速率 指令 态保 持 模 态 使 飞 机保 持 原 姿 姿舵脚蹬 以便 平衡 偏 航 控 制 ， 论 何 时 只 要 在 后 缘 无襟 翼被

23、 收 回， 调 转弯 功能 就 自动启 用 。 协 偏 航 应急 能 源 模 态 与 偏 航 常 规 模 态相 比 ， 除飞 机工程 年第 期了没 有协 调 转 弯功 能 外 ， 他 几 乎 是 相 同 的 。在 其 高空 飞行 时 ， 如果所 有 的 电力 能 源丧 失 之后 ， 该模 态被 启用 。这 时 ， 增 稳 的 荷 兰 滚 模 态 的振 荡 阻 非 尼不 够 ， 能 满足 等级 的飞行 品质 。 但 自动控 制 系统 结 论 和 启 示 一飞机 的成 功设 计并 创造 了一 系 列令 人 记 忆 深刻 的 飞行 试 验 记 录 ， 大 部 分 归 功 于 飞 控 系 这 统 的余

24、 度技 术 和鲁棒 性 控 制 的 应用 。 由于将 数 字 电传 飞控 系统 的优越 性 与机 械 系统 的 优越 性 结 合 起来 ， 该 机 飞控 系 统 的 控 制 律 重构 和 系统 自修 使 复 容错技 术 能够极 大 的容 忍各 种 系统 故 障 。分 析 该 飞控 系统 的设计 思 想 ， 以得到 以下 几点启 示 ： 可 作 为 当代 十 分 先进 的 大 型军 用 运 输 机 ， 自动 飞控 系统 控制 面板 （ 给 驾 驶 员 ） 提供 了 自动飞 控 系统 的各 种 功 能 开 关 。各 种 旋钮开关 提供 了不 受约 束 的选 择 自动 驾驶 和 自动 油 门 等项

25、功能 的能 力 。 自动 飞控 系统 控 制 面 板 可 选 的功 能 模 态 有 ： 俯 仰 姿态 保持 控制 ； 直速 度保 持 制 ； 向保 垂 控 航持 制 ； 速 保 持 制 与 马 赫 数 保 持 制 ； 控 空 控 控 高度预先 给 定 ； 度 保 持 制 ； 高 控 自动 进 场 ； 自动 着陆 ； 飞指 示 （ 用 于 飞 行 指 引 ） 自动 油 门 控 制 ； 起 仅 ； 侧 向导 航控 制 （ ） 垂 直 导航 控 制 （ ； ） ； 在 四余 度 电传 飞 控 系 统 的 基 础上 ， 然 采用 机 仍械备 份 。可 见在 飞机 方案 设 计 中对 经济 性 和 可靠

26、 性 的选择 上 ， 靠 性 是 第 一 的 。从 飞 控 系统 的设 可 计要 求来 看 ， 也强 调 了高可 靠性 这一 点 ； 电传 飞 控系 统 利 用 外 吹 式襟 翼 ， 制发 动 控 机热 喷流 产 生 边 界 层 和 环 量 影 响 ， 到 了很 好 的 达 动力增 升 效 果 ， 现 了大 型运 输 机 的 短 距 起 降 性 实 能 ， 作 战效 能提 高较 大 ， 也 是 现代 战 争普 遍 重 对 这视 的飞机性 能之 一 ； 一飞 机并 没有 过 分 强 调 主动 控 制 技术 ， 只是采 用 了常规 的 飞行 边 界控 制 和 阵 风 减缓 等 技倾 斜姿 态 保

27、持 和 航 向保 持 制 ； 流 控 制 （ 风 控 紊 阵减 缓 ） 。全 时工 作 的 功能 模 态有 ： 滑角 速率 限制 ； 侧 侧 滑 角 限制 ； 度 限制 ； 速 迎角 限 制 。 扰 流板 控 制 系统 扰流 板控 制模 态 提供 的功 能 有 ： 向控 制 （ 侧 与 副翼 协 调 操 纵 ） 直 接 升 力 扰 流 板 ； ； 自动 着 陆一 中 断起 飞 ； 自动 着陆 一着 陆 。 术 。既 突 出 了重 点 ， 防 止 带 来 不 必 要 的 系 统 复 又杂性。 另外 ， 流 板 还 用 于 动力 增 升 进 场 过 程 中 减 扰小接 地速 度 。 特 殊故 障模 态 参 考 文 献 ， ， 一的 飞控 系统 可应 付一 些特 殊 的故 障 情况如驾驶 杆 被 卡住 、 次 以及 两 次 以 上 的 系统 故 障 两 和常规 的 软 件 错 误 。为 了防 止 驾 驶 杆 被 卡住 ， 驾 驶 杆不 仅设 有力 传感 器 ， 而且 还