飞机结构与系统(第八章飞行操纵系统)

1、南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 本章内容本章内容 飞行操纵系统概述 操纵与传动机构 主操纵系统 辅助操纵系统 飞行操纵警告系统南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、飞机转动与平衡一、飞机转动与平衡 纵轴（纵轴（OX）横滚横滚 立轴（立轴（OY）偏航偏航 横轴（横轴（OZ）俯仰俯仰南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 主操纵系统主操纵系统副翼副翼升降舵升降舵方向舵方向舵 辅助操纵系统辅助操纵系统增升装置：后缘襟翼、前缘襟翼和缝翼增升装置：后缘襟翼、前缘襟翼和缝翼增阻装置增阻装置：（飞行、地面）扰流板：（飞行、地面）扰流板水平安定面水平安定面 警告系统警

2、告系统起飞警告起飞警告失速警告失速警告二、飞机操纵系统的组成二、飞机操纵系统的组成南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院足够刚度和强度，最小重量；足够刚度和强度，最小重量；驾驶员的手、脚操纵动作与人体运动习惯相适应；驾驶员的手、脚操纵动作与人体运动习惯相适应；操纵灵敏；操纵灵敏；飞行受力过程中，操纵系统不应发生卡阻；飞行受力过程中，操纵系统不应发生卡阻；各舵面的操纵要求互不干扰；各舵面的操纵要求互不干扰；操纵时，既要轻便，也要有操纵力感，并随飞机飞操纵时，既要轻便，也要有操纵力感，并随飞机飞行状态变化而变化。行状态变化而变化。三、飞机操纵系统的要求三、飞机操纵系统的要求南京航空航天大

3、学民航学院南京航空航天大学民航学院1. 简单机械操纵系统简单机械操纵系统自飞机诞生以后的三十年中；自飞机诞生以后的三十年中；由钢索的软式操纵发展为拉杆的硬式操纵；由钢索的软式操纵发展为拉杆的硬式操纵；直接驱动舵面偏转。直接驱动舵面偏转。四、飞机主操纵系统的发展四、飞机主操纵系统的发展南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院2. 可逆向助力操纵系统可逆向助力操纵系统20世纪四十年代开始；世纪四十年代开始；用液压助力器辅助增大操纵舵面驱动力；用液压助力器辅助增大操纵舵面驱动力；可以感受到舵面所受的气动力。可以感受到舵面所受的气动力。四、飞机主操纵系统的发展四、飞机主操纵系统的发展南京航空航

4、天大学民航学院南京航空航天大学民航学院3. 不可逆助力操纵系统不可逆助力操纵系统超音速飞机出现后；也可称为全助力操纵系统，完超音速飞机出现后；也可称为全助力操纵系统，完全依靠液压助力器操纵舵面；全依靠液压助力器操纵舵面；为使飞行员获得必要的操纵感觉，感受到适当的杆为使飞行员获得必要的操纵感觉，感受到适当的杆力和杆位移，加入人感装置（弹簧、缓冲器及配重力和杆位移，加入人感装置（弹簧、缓冲器及配重等组成）。等组成）。四、飞机主操纵系统的发展四、飞机主操纵系统的发展南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院4. 具有增稳功能的全助力操纵系统具有增稳功能的全助力操纵系统20世纪世纪50年代以后；

5、年代以后；飞机向高空高速发展，气动外形很难满足低空低速飞机向高空高速发展，气动外形很难满足低空低速的要求，稳定性不足；的要求，稳定性不足；将人工操纵系统与自动控制系统结合，加入增稳系将人工操纵系统与自动控制系统结合，加入增稳系统。统。增稳系统操纵权限为增稳系统操纵权限为 舵面全权限的舵面全权限的3%6%。四、飞机主操纵系统的发展四、飞机主操纵系统的发展南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院5. 具有控制增稳功能的全助力操纵系统具有控制增稳功能的全助力操纵系统将飞行员操纵驾驶杆的指令信号变换为电信号，将飞行员操纵驾驶杆的指令信号变换为电信号， 并经过一定处理后引入到增稳系统；并经过一定

6、处理后引入到增稳系统；可以较好解决操纵性和稳定性的矛盾；可以较好解决操纵性和稳定性的矛盾；控制增稳权限增大到控制增稳权限增大到30%。四、飞机主操纵系统的发展四、飞机主操纵系统的发展南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院6. 电传操纵系统电传操纵系统20世纪世纪50年代末（带机械备份），年代末（带机械备份），70年代初（不年代初（不带机械备份）；带机械备份）；将控制增稳系统中将控制增稳系统中 的机械操纵部分完的机械操纵部分完 全取消；全取消；全时、全权限。全时、全权限。四、飞机主操纵系统的发展四、飞机主操纵系统的发展南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院6. 电传操纵系统电

7、传操纵系统优点：优点：用导线代替了传动杆（钢索），减轻了结构重量用导线代替了传动杆（钢索），减轻了结构重量，节约了空间，安装容易，维护方便；，节约了空间，安装容易，维护方便；消除了机械操纵系统的摩擦、滞后等现象，使飞消除了机械操纵系统的摩擦、滞后等现象，使飞机的操纵性能得到改善；机的操纵性能得到改善；不会像机械操纵系统那样，受弯曲、热膨胀等飞不会像机械操纵系统那样，受弯曲、热膨胀等飞机结构变形的影响；机结构变形的影响；简化了操纵系统与自动驾驶仪的组合，使自动化简化了操纵系统与自动驾驶仪的组合，使自动化飞行易于实现。飞行易于实现。四、飞机主操纵系统的发展四、飞机主操纵系统的发展南京航空航天大学民

8、航学院南京航空航天大学民航学院7. 光传操纵系统光传操纵系统20世纪世纪80年代开始；年代开始；采用光纤传输信号；采用光纤传输信号；防止受电磁干扰和雷电冲击；防止受电磁干扰和雷电冲击；数据传输速率高和传输容量大，减轻重量；数据传输速率高和传输容量大，减轻重量；现代飞行控制技术发展的必然趋势。现代飞行控制技术发展的必然趋势。无人机：通过取消电磁干扰屏蔽和很多传统飞行控无人机：通过取消电磁干扰屏蔽和很多传统飞行控制部件，能够砍掉制部件，能够砍掉69%69%重量、重量、61%61%体积、降温体积、降温40%40%和和降价降价43%43%。 四、飞机主操纵系统的发展四、飞机主操纵系统的发展南京航空航天

9、大学民航学院南京航空航天大学民航学院无助力操纵无助力操纵有助力操纵有助力操纵一、飞机操纵机构一、飞机操纵机构南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院B-737座舱座舱 一、飞机操纵机构一、飞机操纵机构南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院B-737 主操纵和辅助主操纵和辅助 操纵机构操纵机构一、飞机操纵机构一、飞机操纵机构南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院A320座舱座舱 一、飞机操纵机构一、飞机操纵机构南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院A320 电传操纵电传操纵 一、飞机操纵机构一、飞机操纵机构南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院将操

10、纵机构的信号传送到舵面或液压助力器将操纵机构的信号传送到舵面或液压助力器 。软式软式钢索、滑轮钢索、滑轮必须两根钢索组成回路实现双向操纵；必须两根钢索组成回路实现双向操纵；重量轻、占空间小、容易绕过其他部件；重量轻、占空间小、容易绕过其他部件；易拉长、磨损，易振动。易拉长、磨损，易振动。硬式硬式传动杆、摇臂传动杆、摇臂刚度大，不易变形、振动；刚度大，不易变形、振动；重量大、占空间大、不易绕过其他部件；重量大、占空间大、不易绕过其他部件；混合式混合式二、传动机构二、传动机构南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 随着飞行速度的提高和舵面尺寸的增大，舵面铰链随着飞行速度的提高和舵面尺寸的

11、增大，舵面铰链力矩和操纵杆力也相应增大，为了减小铰链力矩和杆力力矩和操纵杆力也相应增大，为了减小铰链力矩和杆力，采用舵面补偿装置进行空气动力补偿，采用舵面补偿装置进行空气动力补偿 。轴式补偿轴式补偿角式补偿角式补偿内封补偿内封补偿调整片调整片三、舵面补偿装置三、舵面补偿装置 随动补偿片随动补偿片 反补偿片反补偿片 弹簧补偿片弹簧补偿片南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院1. 轴式补偿轴式补偿 将舵面枢轴后移，将舵面枢轴后移，减小铰链力矩，从而减小铰链力矩，从而减轻杆力。减轻杆力。 无助力操纵系统不无助力操纵系统不允许过补偿。允许过补偿。三、舵面补偿装置三、舵面补偿装置南京航空航天大

12、学民航学院南京航空航天大学民航学院2. 角式补偿角式补偿 原理同轴式补偿，补偿原理同轴式补偿，补偿面积集中到舵面翼尖处。面积集中到舵面翼尖处。 气流在凸角处易分离，气流在凸角处易分离，高速飞行时易引起舵面抖振高速飞行时易引起舵面抖振，适用于低速飞机。，适用于低速飞机。三、舵面补偿装置三、舵面补偿装置南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院3. 内封补偿内封补偿 主要应用于副翼和升降舵结构，也称为副翼平衡板主要应用于副翼和升降舵结构，也称为副翼平衡板和升降舵平衡板。和升降舵平衡板。三、舵面补偿装置三、舵面补偿装置副翼平衡板副翼平衡板南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院3. 内

13、封补偿内封补偿三、舵面补偿装置三、舵面补偿装置南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院4. 随动补偿片随动补偿片 安装在舵面后缘，安装在舵面后缘， 不能单独操纵。不能单独操纵。三、舵面补偿装置三、舵面补偿装置南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院5. 反补偿片反补偿片 多用于方向舵，与方多用于方向舵，与方向舵同向偏转，以增加向舵同向偏转，以增加方向舵效能。方向舵效能。三、舵面补偿装置三、舵面补偿装置南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院6. 弹簧补偿片弹簧补偿片 低速时，弹簧补偿片不工低速时，弹簧补偿片不工作，高速时工作。作，高速时工作。三、舵面补偿装置三、舵面补偿

14、装置南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院7. 调整片调整片 1）配平调整片）配平调整片 舵面后缘的活动小片，舵面后缘的活动小片，可以在飞行中操纵。可以在飞行中操纵。减少、消除操纵力；减少、消除操纵力；控制飞机姿态。控制飞机姿态。三、舵面补偿装置三、舵面补偿装置南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、舵面补偿装置三、舵面补偿装置7. 调整片调整片 1）配平调整片）配平调整片 舵面后缘的活动小片，舵面后缘的活动小片，可以在飞行中操纵。可以在飞行中操纵。减少、消除操纵力；减少、消除操纵力；控制飞机姿态。控制飞机姿态。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院6. 调整片

15、调整片 2）伺服调整片（操纵）伺服调整片（操纵） 舵面后缘的活动小片舵面后缘的活动小片，直接和操纵系统的操纵，直接和操纵系统的操纵摇臂连接，驾驶员直接操摇臂连接，驾驶员直接操纵的不是舵面，而是伺服纵的不是舵面，而是伺服调整片。调整片。三、舵面补偿装置三、舵面补偿装置南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院横向（滚）运动横向（滚）运动 一、副翼操纵系统一、副翼操纵系统南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 B737副翼操纵系统副翼操纵系统 一、副翼操纵系统一、副翼操纵系统南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 驾驶盘柔性互联装置驾驶盘柔性互联装置正常情况刚性连接正常情

16、况刚性连接右驾驶盘卡滞右驾驶盘卡滞 通过左钢索系统，只通过左钢索系统，只 允许副翼偏转。允许副翼偏转。左驾驶盘卡滞左驾驶盘卡滞 右驾驶盘转过某角度，右驾驶盘转过某角度， 操纵扰流板（副翼不操纵扰流板（副翼不 偏转）。偏转）。 一、副翼操纵系统一、副翼操纵系统南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 液压伺服助力器液压伺服助力器一、副翼操纵系统一、副翼操纵系统南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 副翼配平及感觉定中凸轮机构副翼配平及感觉定中凸轮机构人工感觉装置人工感觉装置一、副翼操纵系统一、副翼操纵系统南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 副翼配平及感觉定中凸轮机

17、构副翼配平及感觉定中凸轮机构副翼配平副翼配平 也称横向配平。也称横向配平。 一、副翼操纵系统一、副翼操纵系统南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 飞行扰流板配合副翼飞行扰流板配合副翼横向操纵当转动驾驶横向操纵当转动驾驶盘超过一定角度，副盘超过一定角度，副翼翼上偏上偏一侧的飞行扰一侧的飞行扰流板打开，帮助副翼流板打开，帮助副翼横向操纵。横向操纵。 一、副翼操纵系统一、副翼操纵系统南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、升降舵操纵系统二、升降舵操纵系统俯仰运动。俯仰运动。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、升降舵操纵系统二、升降舵操纵系统 驾驶杆柔性互联机

18、构驾驶杆柔性互联机构 将扭力管通过断开机将扭力管通过断开机构分为左、右两部分。构分为左、右两部分。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、升降舵操纵系统二、升降舵操纵系统 感觉定中装置感觉定中装置 （见书（见书P254，图，图5-42） 操纵升降舵感觉力不仅操纵升降舵感觉力不仅与驾驶杆操纵行程有关，与驾驶杆操纵行程有关，还与飞机的飞行速度和水还与飞机的飞行速度和水平安定面的位置有关。平安定面的位置有关。定中凸轮机构定中凸轮机构双重感觉作动筒双重感觉作动筒感觉控制器感觉控制器 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、升降舵操纵系统二、升降舵操纵系统南京航空航天大学民航学

19、院南京航空航天大学民航学院双侧侧杆不联动双侧侧杆不联动无操纵力感反馈无操纵力感反馈一般单杆操纵，如同时操一般单杆操纵，如同时操纵两侧侧杆，按代数相加纵两侧侧杆，按代数相加准则处理：准则处理：如方向相反，则保持中如方向相反，则保持中立位置；立位置；如方向相同，总偏移量如方向相同，总偏移量不超过一个侧杆全偏移不超过一个侧杆全偏移量。量。三、三、 A320侧杆操纵侧杆操纵南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院四、方向舵操纵系统四、方向舵操纵系统偏侧运动。偏侧运动。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院四、方向舵操纵系统四、方向舵操纵系统南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民

20、航学院四、方向舵操纵系统四、方向舵操纵系统南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院四、方向舵操纵系统四、方向舵操纵系统 感觉定中装置感觉定中装置 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院四、方向舵操纵系统四、方向舵操纵系统 方向舵配平方向舵配平 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院四、方向舵操纵系统四、方向舵操纵系统 偏航阻尼器偏航阻尼器 防止不需要的偏航移动：防止不需要的偏航移动：荷兰滚荷兰滚大气湍流大气湍流荷兰滚：荷兰滚： 飞机横滚稳定性强于飞机横滚稳定性强于偏航稳定性时发生的的横偏航稳定性时发生的的横侧短周期振荡，是一种同侧短周期振荡，是一种同时既偏航又滚转的

21、横航向时既偏航又滚转的横航向耦合运动。耦合运动。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院四、方向舵操纵系统四、方向舵操纵系统 偏航阻尼器偏航阻尼器 偏航阻尼器系统使飞机沿飞机的偏航（垂直）轴偏航阻尼器系统使飞机沿飞机的偏航（垂直）轴保持稳定。在飞行过程中，偏航阻尼器给出指令使保持稳定。在飞行过程中，偏航阻尼器给出指令使方向舵与飞行的偏航力矩成比例并与其相反的方向方向舵与飞行的偏航力矩成比例并与其相反的方向移动。这样可以保持不需要的偏航移动为最小并使移动。这样可以保持不需要的偏航移动为最小并使飞行平滑。飞行平滑。 偏航阻尼器是一个自动飞行系统。偏航阻尼器是一个自动飞行系统。南京航空航天

22、大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、飞机增升装置一、飞机增升装置南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、飞机增升装置一、飞机增升装置 1）机翼增升的原因： 机翼的翼型和平面形状几何参数，通常是按巡航状态要求设计的，翼型的相对弯度等参数是按设计升力系数的要求确定的。其气动特性不能满足起飞着陆状态的要求。 为改善飞机的起飞着陆性能，需要增升装置。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、飞机增升装置一、飞机增升装置2）机翼增升原理：LCSvL221 3）增加升力的途径： 提高CL： -增加翼型弯度； -控制附面层，延迟气流分离。 提高S南京航空航天大学民航学院南京航空航

23、天大学民航学院一、飞机增升装置一、飞机增升装置4）机翼增升装置的类型 现代民航飞机增升装置主要包括：前、后缘襟翼和前缘缝翼。（1）后缘襟翼 简单襟翼 分裂襟翼 富勒后退襟翼 后退开缝襟翼南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、飞机增升装置一、飞机增升装置 后退开缝襟翼 现代民航客机大多采用后退双开缝或三开缝襟翼，一般都有两套内襟翼和外襟翼南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、飞机增升装置一、飞机增升装置 后退开缝襟翼 B737采用的后退三缝襟翼南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、飞机增升装置一、飞机增升装置（2）前缘缝翼附面层控制，用于大迎角，防失速。

24、 固定式 结构简单，速度大时阻力大，个别低速飞机采用。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、飞机增升装置一、飞机增升装置（2）前缘缝翼 可动式 B737南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、飞机增升装置一、飞机增升装置（2）前缘缝翼 可动式 B737南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、飞机增升装置一、飞机增升装置（2）前缘缝翼B737 三个位置：收上、放下、完全放下 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、飞机增升装置一、飞机增升装置（3）前缘襟翼作用与后缘襟翼类似： 大迎角下，放下襟翼可减小前缘与相对气流的角度，消除旋涡； 增大翼面弯

25、度，延缓气流分离，提高最大升力系数和临界迎角。增大翼面面积。 克鲁格襟翼南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、飞机增升装置一、飞机增升装置（3）前缘襟翼作用与后缘襟翼类似： 大迎角下，放下襟翼可减小前缘与相对气流的角度，消除旋涡； 增大翼面弯度，延缓气流分离，提高最大升力系数和临界迎角。增大翼面面积。 克鲁格襟翼南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、扰流板二、扰流板 扰流板打开时，使其前面的气流受到阻滞，速度降低，压力升高；其后形成气流分离区，机翼升力减小。 地面扰流板 飞行扰流板 减速板配合副翼横向操纵应急横向操纵南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二

26、、扰流板二、扰流板 737NG南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、扰流板二、扰流板1. 扰流板配合副翼横向操纵 转动驾驶盘角度超过预定值时，飞行扰流板放出。A320南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、扰流板二、扰流板1. 扰流板配合副翼横向操纵 B737-800南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、扰流板二、扰流板2. 地面减速 飞机接地后，操纵减速手柄，所有扰流板（地面、飞行）全部打开，A320南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、扰流板二、扰流板3. 空中减速 在空中操纵减速手柄，左右两侧飞行扰流板同时放出。A320南京航空航天大

27、学民航学院南京航空航天大学民航学院二、扰流板二、扰流板4. 空中减速并横向操纵 在空中操纵减速手柄，左右两侧飞行扰流板同时放出。如此时驾驶盘转动角度超过预定值，飞行扰流板仍可配合副翼横向操纵，此时减速手柄信号与横向操纵信号叠加。5. 应急横向操纵 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、水平安定面三、水平安定面 现代大中型飞机由于纵向尺寸大、重心纵向位移量大，如果重心偏前或偏后，需要的纵向操纵量很大，单靠升降舵不能完全实现纵向操纵，因此大多数飞机的水平安定面安装角可调。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、水平安定面三、水平安定面 自动配平（配平电门） 人工配平（配

28、平手轮） 可实现应急俯仰操纵南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 速度配平速度配平 根据计算空速的变化对水平安定面配平。空速增根据计算空速的变化对水平安定面配平。空速增加时飞机进行抬头配平，空速减小时进行低头配平加时飞机进行抬头配平，空速减小时进行低头配平。 飞机在起飞、复飞时，用于增加低速大推力状态飞机在起飞、复飞时，用于增加低速大推力状态下速度稳定性。下速度稳定性。 三、水平安定面三、水平安定面南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 马赫配平马赫配平 修正低头力矩，改善或消除飞机在跨音速区速度修正低头力矩，改善或消除飞机在跨音速区速度不稳定。不稳定。当速度达到产生自动下俯现象数值时，马赫数配当速度达到产生自动下俯现象数值时，马赫数配平装置自动操纵水平安定面或升降舵向上偏转一平装置自动操纵水平安定面或升降舵向上偏转一个角度。个角度。属高速配平，只有飞行马赫数升高到某值，（如属高速配平，只有飞行马赫数升高到某值，（如B747达到达到0.86M），才开始工作。），才开始工作。三、水平安定面三、水平安定面南京航空航天大学