飞机操纵系统

1、电传操纵技术1电传操纵技术的发展从飞机发明直到现在，飞机的操纵系统仍然 主要是机械式的操纵系统。机械操纵系统在操纵 装置（操纵杆、脚蹬）和飞机的舵机之间存在着 一套相当复杂的机械联动装置和液压管路，飞行 员操纵操纵杆和脚蹬，通过上述联动装置控制舵 机位置，从而使飞机达到希望的姿态和航向。早期的飞机只是直接人工机械操纵。随着飞机的尺寸和速度的增加，驾驶员再直接通过钢索去拉动舵面感到困难，于是作为驾驶 员辅助操纵装置的液压助力器安装在操纵系统中。它 由一个并联的液压作动器来增大驾驶员施加在操纵钢 索上的作用力，目前液压助力器仍在许多飞机上使用第二次世界大战后不久，出现了全助力操纵系统。在这种系统中

2、，操纵钢 索从驾驶杆直接连到作动器的伺服阀上， 不再与操纵面发生直接机械联系。使用 全助力操纵的主要原因是在跨音速飞行时，作用在操纵面上的力变化很大而且非 线性很厉害。这样，操纵时从操纵面反传到驾驶杆上的力从操纵品质的观点来说 是难以接受的。全助力操纵系统本身是不可逆的，因此不受跨音速飞行中非线性 力的影响，由于这种操纵方法不再需要飞行员的体力去改变舵面状态，使得飞行员无法直观地感受到飞机所处的状态，于是就借助一些力反馈装置来提供人工杆 力，这种人工杆力虽然在移动操纵面时不需要，但在操纵飞机时给飞行员提供适 当的操纵品质还是必要的，人工杆力的设计可以使人的操纵感觉从亚音速飞行平 滑地过渡到超音

3、速飞行阶段。随着飞机尺寸的继续增加和性 能的进一步提高，增加稳定性帮助飞 行员操纵变得十分迫切，于是从全助 力操纵系统发展到增稳系统，如偏航增稳系统、俯仰增稳系统和横滚增稳系统。系统通过传感器反馈的飞机状态，在程序控制下自动控制舵机偏转，以保证飞机 静稳定性。这种增稳系统与驾驶杆或脚蹬是互相独立的， 因而增稳系统的工作不 影响驾驶员的操纵。从增稳系统发展到电传操纵（FBVV系统只是很小的一步，通过加上一个离“协和”超音速客机合器或其它使机械系统在不使用时断开的方法便可以实现, 上就装有这种系统。“协和”超音速客机把电传操纵系统中的机械备份完全去掉就变成了全电传操纵（FFBW系统。在这里我们已经

4、能够给电传操纵系统下一个定义了：电传操（Fly-By-Wire ,FBVV是航空领域中一种将 航空器驾驶员的操纵输入，通过转换器转变为电信号， 经计算机或电子控制器处理，再通过电缆传输到执行机构一种操纵系统。它省掉机械式和液压式飞行操纵系统重量较大，需要使用滑轮和曲柄系统仔细布置 穿过整个航空器的飞行操纵线系。 这两个系统经常需要冗余备份装置，这又进一 步增加了重量。止匕外，这两个系统对处于变化中的空气动力环境只能提供有限的 补偿能力，失速、螺旋以及人机耦合振荡等一些危险的飞行特性仍有可能发生。 因为这些飞行特性取决于飞机的空气动力和结构特性而非控制系统本身。然而通过使用计算机和电子连接，设计

5、者能够降低航空器重量并提高可靠 性。同时使用计算机还可以预防上述危险的飞行特性。电传操纵”一词从字面仅仅意味着这是一个通过电信号实现控制的系统事实上，这是一个通过计算机控制的系统。在飞行员和最终的控制执行机构或舵 面之间，计算机系统通过软件程序实际上修改了飞行员（对于非飞机系统，指操作员）的输入。当然为避免危及安全性，这些程序都需要经过周密的开发和验证。安全性和冗余。在飞机上，这样的控制系统一般都具有四个独立的通道。当其中的一个甚至两个通道损坏时，飞机仍然不会失去控制。为获得更高的机动性， 一些电传操纵的飞机经过仔细设计静稳定性很低，甚至为负。节约重量。相对传统飞机，电传操纵的飞机一般重量更小

6、。由于可以放宽静稳定 性，运输机可以减少部分重量，战斗机可以减少更多。这是由于飞机舵面现在可 以做得更小了。电传飞控首先应用于军机，之后才进入民机市场。空客系列飞机 从一开始就应用电传操纵技术，而 波音则是在777系列之后应用此项技术。电传操纵系统能够更灵活地响应变化中的空气动力环境，通过控制舵面运动使得飞机对操纵输入的响应在所有飞行条件下都是一致的。电子系统需要的维护不 多，而机械和液压系统却需要润滑、松紧调整、渗漏检查、更换液体等。而且， 将电路系统放置在驾驶员和航空器之间能够提高安全性，例如操纵系统能够防止 失速，或制止驾驶员使机身过载。电传操纵系统实际上是用一个电子接口取代了航空器的物

7、理操纵。驾驶员的指令被转换成电信号，飞行控制计算机确定如何恰当地驱动连接在每个操纵面上 的执行机构以提供想要的响应。最初的执行机构通常是液压式的， 现在电动执行 机构也已经被研制出来。关于电传操纵系统的主要担忧是可靠性问题。 传统的机械式或液压式操纵系 统通常是逐渐失效的，而所有飞行控制计算机失效会使飞机立即处于不可控制状 态。为此，大多数电传操纵系统包含有冗余计算机和一些机械式或液压式备份。 这好像使电传操纵系统的一些优点变得没有意义，但是由于冗余系统只是用于紧急情况，因此这些系统可以做得更简单、更轻，而且只需提供有限的能力。2.电传操纵系统飞机的侧风修正量度的掌握八十年代后期到九十年代，空

8、中客车制造商科研人员与航空公司飞行人员及 试飞员等共同努力，研制了位于驾驶舱两侧的小型侧操纵杆 （side-stock ）取代 了传统飞机位于飞行员与显示装置之间笨重的直立驾驶杆，实现了飞行员的无障碍视界。而它的技术和概念与传统飞机的技术有着较大的区别，它的优先性在于取消了驾驶杆与液压助力器之间的机械连接，它是以从不传动装置上提供反馈， 它的操纵不通过弹簧力和阻尼等组件，而避免的复杂的反馈系统、驾驶杆的连接、 卡阻及反馈的监控组件、操纵分离等组件，从而减小了系统装置的重量及阻力， 大大提高了操纵系统的灵活性和可靠性。只有空中客车系列飞机装有侧杆，它是由七个计算机解读飞行员输入的操纵 量并按序行

9、动飞机操纵舵面，其中两个 ELAC （升级舵付翼计算机）提供正常升 降度及安定面控制、付翼控制；两个 FAC（飞行增益计算机）提供方向舵电动控 制；三个SEC（扰流板、升降舵计算机）提供扰流板、升降舵和安定面控制。而侧杆与舵面之间没有机械连接，所有的传输信号也是通过有屏蔽的、 低阻抗的电 线进行传输，安定面和方向面也可以机械操纵（应急情况） ，而其他舵面全部为 电操纵和液压做动。电传系统的设计和取证已经是新一代的飞机比传统飞机更加经济、安全，在驾驶和乘坐时更加舒适和平稳。它的经济性是由于飞行轨迹稳定， 飞行参数控制 精确，提高了飞机的厚重性，加上发动机的控制技术（FDX,使推力稳定，燃油 量减

10、小。电传操纵技术及计算机的运用使得操纵系统的安全裕度大大增加，对于飞机的失速、风切变、超速等复杂状态都提供了很好的保护程序，加上设备本身 也有很好的自检自测性能，把飞机各系统故障均显示在ECAM幕上或自动处理或提供人工处理依据，对保证飞行安全性又大大提高了 一步。 另外电传操纵系统 在满足侧驾驶杆在选择目标轨迹外和除了对复杂状态的保护外还有一个很重要 的功能，就是会对飞机提供广泛的保护措施，当驾驶员输入由计算机解读并按序 移动飞行操纵面时，然而不管飞行员输入操纵量如何，计算机都能防止过大的机 动动作和超出安全飞行范围的失控，因此，电传操纵系统在必须做极端飞行机动 动作或飞机进入剧烈的天气状态时

11、都能有助于它自身的安全性能，对保证航空安全向前又迈了一大步。侧杆和侧风几乎风马牛不相及，但从传统飞机杆状的侧杆飞行的飞行员， 对于电传侧杆飞机来修正侧风问题值得讨论。首先，侧风的修正一般通常分为三 种方法：1、侧滑修正即用跑道的航向来校准飞机的正确性向风来的方向压适量 的坡度产生侧滑，同时向相反的方向蹬舵，制止飞机因坡度而室航向偏转，保持 飞机纵轴与航迹一致，与跑道中心线一致直到接地为止；2、偏流修正法即视飞机的航向与跑道的着陆航迹之间差一个侧风偏流角使飞机着陆航迹与跑道方向 一致；3、混合修正法一般用于侧风较大时用一部分偏流带一点侧滑进行修正五 边的着陆轨迹。但无论用那一种方法进行修正侧风，

12、 一般在飞机接地前的瞬间均 应将飞机的纵轴与跑道的方向修正到一致，否则就有冲出跑道的危险。大、重型 飞机如空中客车A33O空中客车A340机型修正侧风时通常为偏流修正，即向上 风方向修正一个偏流，使飞机航迹与跑道方向一致；在短五边时，通常采用混合 修正法因为偏流较大，有时对飞行员的视线有一定影响， 所以短五边可以减小一 点偏流角而带一点侧滑角；而长五边进近中，飞机的侧杆通常处于中立位，飞机 平稳保持选定的俯仰和横滚姿态，在姿态限制内飞机能够抵御由侧风引起的颠簸 影响，即使强烈的扰动气流也能保持稳定， 不需飞行员操纵侧杆，几乎百分之百 的补偿因速度和外形而引起的配平改变，这就是电传操纵系统的自动配平和最小 地速保护功能。在模拟机训练时，当学员五边进近不稳定时，有时教员会说把手 松开飞机反而较人操纵侧杆时稳定， 这就是电传操纵那个的灵敏度较高， 修正量 和提前量都要适度掌握，一旦掌握不好就