第9章 自动油门系统《民航飞机自动飞行控制系统》

《民航飞机自动飞行控制系统》✩精品课件合集自动油门系统第九章目 录CONTENTS1飞行速度的控制方案2自动油门系统概述自动油门系统的接口5自动油门系统的接口自动油门系统的组成和在飞机上的安装位置346 自动油门系统的控制、显示和使用飞行速度的控制方案第1节1.1

自动驾驶仪控制飞机速度的原理自动驾驶仪控制飞机速度的方法是将速度误差信号和速度给定信号引入自动驾驶仪的俯仰通道，通过操纵升降舵来改变飞机的俯仰姿态，从而改变飞机的飞行速度。自动驾驶仪控制飞机速度的原理1.2

自动油门系统控制飞机速度的原理将速度误差信号和速度给定信号引入自动油门控制系统，通过控制发动机油门的方法实现对飞行速度的控制。由于飞机纵向运动中飞行速度和俯仰姿态角之间存在着气动耦合，当增加推力时，不仅会直接引起飞行速度的增加，而且还会引起俯仰角（航迹角）的增大，俯仰角增大又会导致飞行速度下降。因此要改变飞行速度必须保持俯仰角。所以，通常自动油门系统必须与自动驾驶仪（姿态保持功能）配合使用才能达到速度控制的目的。通过自动油门系统控制飞机的速度1.3

交叉耦合控制飞机速度的方法交叉耦合控制飞机速度的方法是在对速度进行控制的同时，还要对飞机的俯仰运动参数进行控制或保持。交叉耦合控制飞机速度的原理自动油门系统概述第2节2

自动油门系统概述自动油门系统可以在起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆和复飞阶段使用。在这些阶段中自动油门系统应该具备以下功能：速度保持功能速度保护功能进场功能自动检测功能起飞/复飞功能2

自动油门系统概述自动油门系统及其使用的飞行阶段自动油门计算机使用来自飞机传感器的数据计算发动机推力。自动油门控制发动机推力以响应机组在

AFCS

MCP

板上和驾驶舱内选择的方式以及来自

FMC

的方式。自动油门系统的工作方式总体来说有两种，即推力方式和速度方式。自动油门的工作方式可以通过

3

种方法确定：一是通过MCP

板人工确定，二是在

AFCS

衔接时由AFCS

自动选择，三是通过油门杆上的起飞/复飞电门（TO/GA电门）人工选择。自动油门系统的组成和在飞机上的安装位置第3节3

自动油门系统的组成和在飞机上的安装位置自动油门系统由自动油门计算机、自动油门伺服电机（A/T

Servomotors，A

S

M

s

）

、

油门解算器（

T

h

r

u

s

tResolver，TR）组件、具有摩擦制动器和离合器的齿轮箱、油门杆和自动油门伺服电机之间的机械连接部分、MCP

板上的自动油门预位/断开电门和自动油门方式选择电门、油门杆上的起飞/复飞（TO/GA）电门、油门杆上的自动油门脱开电门，以及自动油门方式通告牌等组成自动油门系统的组成3

自动油门系统的组成和在飞机上的安装位置自动油门计算机和自动油门程序电门组件安装在电子设备舱内。方式控制板（

M

C

P

）

、

油门杆上的TO/GA

电门、油门杆上的自动油门脱开电门、自动飞行状态通告牌以及外侧的飞行显示器（PFD）和中央显示组件（发动机显示器）等都安装在驾驶舱内。自动油门系统中驾驶舱内的部件及安装位置3

自动油门系统的组成和在飞机上的安装位置自动油门伺服马达（ASM）安装在中央操纵台和驾驶舱地板下面的前设备舱内，

通过齿轮箱、推力解算器组件以及操作台下面机械装置与油门杆连接在一起自动油门伺服马达及相关部件的安装位置自动油门系统的接口第4节4

自动油门系统的接口自动油门计算机和各系统组件、传感器和电门之间交换数字信号、模拟信号和离散信号。自动油门电源接口和模拟离散信号接口如右图所示。自动油门电源接口和模拟离散信号接口4.1

电源接口在跳开关板上有两个跳开关用于向自动油门计算机提供

28V

直流电。通常情况下，自动油门计算机使用

BUS

1

的电源。如果

BUS

1失效，自动油门将使用

BUS2

的电源。在自动油门前面板上有

ASM

1

和

ASM

2

两个跳开关，自动油门计算机通过这两个跳开关分别向左、右两个自动油门伺服马达提供28V直流电。自动油门计算机上的

ASM

跳开关4.2

模拟离散信号接口自动油门计算机接收模拟离散信号，模拟信号有来自

TO/GA

电门的起飞/复飞请求、来自自动油门脱开电门的脱开逻辑、来自

ASA

的自动油门脱开警告删除/复位信号、来自MCP板的方式选择信号、来自

FCC

的所需方式离散信号以及来自程序电门模块的销钉选择信号。起飞/复飞（TO/GA）电门安装在油门杆上。该电门用于选择起飞方式或复飞方式。在地面，该电门选择起飞方式；在空中，如果复飞方式已经预位，则该电门选择的是复飞方式。当自动油门脱开时，将向自动飞行状态通告牌（ASA）发送一个信号，使

ASA

上红色的A/T

灯闪亮。自动油门计算机向显示电子组件（DEU）发送自动油门工作方式信号，以便在

PFD

的FMA

上显示相应的方式通告信息。4.3

自动油门的数字输入接口自动油门数字输入接口自动油门计算机接收来自方式控制板（MCP）、电子式发动机控制器（EEC）、飞行管理计算机（FMC）、无线电高度表（RA）、失速管理偏航阻尼器（SMYD）、大气数据惯性基准组件（ADIRS）以及自动油门伺服马达（ASM）的数字信号，并用这些数据计算伺服马达的速率指令，以控制发动机的推力。自动油门数字输入接口如图。4.3

自动油门的数字输入接口DFCS的MCP

板自动油门方式控制板可以是独立的，但在大型飞机上一般和自动飞行控制系统合用一个MCP

板。操作人员通过

MCP板上的电门和自动油门系统接口。MCP

板上的自动油门方式控制部分4.3

自动油门的数字输入接口电子式发动机控制器（EEC）每一个

EEC

都向自动油门计算机发送推力解算器角度（TRA）、N1

指令显示、最大前推慢车TRA、预计修正推力、实际

N1TRA、目标

N1TRA、最大

N1TRA

以及

5°/s

响应的

TRA

的数字信号。显示电子组件（DEU）将目标

N1值发送给电子式发动机控制器（EEC），电子式发动机控制器利用该数据计算与目标

N1值对应的推力解算器角度（TRA）目标值。飞行管理计算机（FMC）飞行管理计算机向自动油门计算机发送目标

N1

值、全重、最小速度、FMC高度、大气静温、时间/日期以及

BITE测试信息等数字信号。4.3

自动油门的数字输入接口无线电高度表（Radio

Altimeter，RA）无线电高度表的收/发机向自动油门计算机发送无线电高度信息。在进近阶段自动油门利用该数据来确定控制律增益，并用作拉平收油门的备用信号。失速管理偏航阻尼器（SMYD）失速管理偏航阻尼器向自动油门计算机发送最小操纵速度信号，以便进行最小速度包线控制。大气数据惯性基准组件（ADIRU）大气数据惯性基准组件向自动油门计算机发送计算空速、最大允许空速（VMO/MMO）、未修正的高度、修正气压高度、马赫数、大气静温（SAT）、大气总温（TAT）、高度变化率、静压、总压、真实速度以及迎角等大气数据的数字信号。4.3

自动油门的数字输入接口自动油门伺服电机（Autothrottle

ServoMotors，ASM）自动油门伺服电机接收来自自动油门系统的推力变化率指令数字信号，并将该数据转换成电气脉冲信号，以驱动伺服电机。电机通过齿轮箱和摩擦式离合器驱动推力解算器组件，进而将油门杆驱动到期望的推力解算器角度。推力解算器组件再将推力解算器角度以数字信号的形式发送到电子式发动机控制器，以便设置合适的推力值。自动油门伺服电机向自动油门计算机发送伺服状态，测量速率以及测量力矩等反馈信号。4.4

自动油门的数字输出接口自动油门计算机通过

BUS

1

和BUS

2

两条数据总线向各用户发送数字信号。自动油门计算机通过

BUS

2

连接的设备有

ASM1

和

ASM

2。自动油门计算机通过

BUS

2向ASM1

和

ASM2

发送推力变化率指令、TRA

选择和

TRA最大限制等数字信号。自动油门系统的数字输出接口自动油门的原理第5节5

自动油门的原理自动油门计算机是一个数字式计算机，它接收来自许多系统的输入信号，用于计算油门杆指令。自动油门计算机由直接存储器存取（DirectMemory

Access，DMA）、中央处理组件（CPU）、存储器和电源供应组件组成。自动油门计算机的功能5.1

自动油门计算机的功能模块DMA

系统DMA系统包含

I/O设备、控制器和

RAM。DMA

的

I/O

设备接收

ARINC429

数据和模拟离散信号，进行转换后，将这些数据发送到DMA控制器。DMA

的

I/O

也接收来自

CPU

的数字信号，并在这些数据发送到其他系统之前将其转换成ARINC429

数据和模拟离散信号。DMA

控制器控制着自动油门计算机的输入/输出数据。5.1

自动油门计算机的功能模块CPU决定什么时候接通和脱开自动油门计算油门杆指令监控系统的运行确定自动油门的工作方式5.1

自动油门计算机的功能模块存储器存储器有

ROM

和非易失性存储器两种。ROM

中存放着计算机操作程序，非易失性存储器用于存储

BITE产生的维护数据。电源组件在自动油门计算机前模板上有

ASM

1

和

ASM

2

两个跳开关。自动油门计算机通过这两个跳开关向自动油门伺服电机提供电源。5.2

自动油门系统的方式选择和指令计算自动油门的方式选择自动油门各方式的指令计算所依据的参数5.2

自动油门系统的方式选择和指令计算N1

方式N1方式在起飞，爬升和最大推力复飞这

3

个飞行阶段中使用。在

N1

方式中，A/T

控制推力到

EEC

油门杆角度解算器计算的目标

N1

值。N1

方式可从下列

4

种方式选择：驾驶员从

MCP

上人工地选择

N1

方式。当

DFCS

衔接时根据俯仰方式和飞机所处的飞行阶段，DFCS

请求

N1方式。在地面上，按压

TO/GA

电门。在空中，连续两次按压TO/GA

电门。5.2

自动油门系统的方式选择和指令计算N1

方式在爬升期间，当

DFCS

衔接于

VNAV

爬升或高度改变爬升时，FCC

指令

A/T

到

N1

方式。当DFCS

未衔接时，驾驶员可以按压

MCP上的

N1选择器开关来人工地选择

N1方式。在

N1方式，A/T

使用下列输入信号：TRA

目标（EEC）目标

N1（FMC）TRA

实际（EEC）N1指令（EEC）最大

N1

TRA（EEC）5.2

自动油门系统的方式选择和指令计算N1

方式推力管理计算机根据人工选择的推力或自动飞行时

FMC（或

FCC）计算出的推力（各飞行阶段不同），和发动机的实际推力相比较，计算出它们的差值；再根据飞机当前的高度、速度、大气温度、姿态等，计算出油门控制指令，驱动伺服机构，移动油门杆，保持所需推力。自动油门

N1

方式的原理5.2

自动油门系统的方式选择和指令计算目标马赫数速度方式在速度方式，A/T

通过控制发动机推力来控制飞机的速度，使实际空速与目标空速保持一致。目标空速来自

MCP

板，或飞行管理计算机。当

VNAV

方式接通时，目标速度来自FMC，称为

FMCSPD。当

VNAV

方式没有接通时，比如接通的是

FLCHG方式时，目标空速来自MCP

板，称为

MCPSPD。目标空速 马赫数真空速纵向加速度计算空速5.2

自动油门系统的方式选择和指令计算速度方式推力计算机根据

MCP

板上给定的速度或

FMC

计算的目标空速（各飞行阶段不同），和实际空速相比较，计算出它们的差值；再根据飞机当时的高度和姿态等，计算出油门控制指令，驱动伺服机构，移动油门杆，控制发动机推力，使飞机的空速保持给定空速。自动油门

SPD

方式的原理5.2

自动油门系统的方式选择和指令计算油门保持方式油门保持方式是自动进入的。在起飞地面滑跑期间，当计算空速为

80kt时，自动油门自动进入油门保持方式（THROTTLEHOLD）。在该方式中，A/T

断开到自动油门伺服电机的电源，以防止起飞滑跑和初始的爬升期间

A/T移动油门杆。当电源断开时，A/T

方式在

FMA上显示

THR

HLD（油门保持）。此时，机组可以人工控制油门杆。预位方式在预位方式，A/T

能够并准备好接收指令，自动油门伺服电机已供电，但

A/T

控制逻辑阻止了伺服电机移动油门。飞行前

A/T

被预位后，或起飞滑跑过程中自动油门处于油门保持方式后已经达到气压高度

800

ft，或在下降收油门过程中当油门杆到达后止动位时，自动油门会进入预位方式。5.2

自动油门系统的方式选择和指令计算回收油门方式在回收油门方式，A/T

将油门杆回收到后止动位。回收油门方式分为下降回收油门和拉平回收油门两个子方式。下降回收出现在

VNAV

SPD下降过程中，或当在

MCP

上

LVL

CHG下降被选择时。拉平回收出现在着陆拉平过程中。复飞方式在进近期间，当无线电高度低于

2

000

ft

时，复飞方式预位后，按压

TO/GA

电门，A/T给出一个减推力复飞指令。A/T方式在

FMA

上显示

GA（复飞）。在复飞方式中，A/T

使用

N1

方式、速度方式、TO/GA

电门输入、无线电高度、总重以及襟翼位置等信号计算指令。如果在

MCP上选择了

N1或速度方式，则复飞方式复位。自动油门系统的控制、显示和使用第6节6.1

自动油门的主要控制组件MCP

板自动油门预位电门（Arm

Switch）自动油门预位灯（A/TArm

Light）自动油门推力（N1

或

EPR）方式选择电门指示空速/马赫数选择器（IAS/MACH

Selector）指示空速/马赫数显示器（IAS/MACH

Display）指示空速/马赫数切换电门（IAS/MACHChange/Over

Switch）自动油门速度（SPD

或

SPEED）方式选择电门6.1

自动油门的主要控制组件油门杆上的

TO/GA

电门在每一个油门杆上都有一个起飞/复飞（TO/GA）电门，该电门用于启动AFCS

中飞行指引仪的的起飞/复飞方式和自动油门的起飞/复飞方式。当相关的条件具备时，如果飞机位于地面上，按压该电门，启动的是起飞方式；如果飞机位于空中，按压该电门，启动的是复飞方式。油门杆上的自动油门断开电门在每一个油门杆都有一个自动油门断开电门，如教材图

9.15

所示。按压任何一个自动油门断开电门都能够断开自动油门系统。当自动油门断开警告出现时，再次按压该电门，可以使自动油门断开警告信号复位。6.2

自动油门的主要显示组件PFD

上自动油门方式通告牌自动油门方式通告牌用于显示自动油门当前的工作方式。在有些飞机上，有专门的

A/T方式通告牌。自动油门方式通告牌6.2

自动油门的主要显示组件ASA

前面板上的自动油门断开警告灯A/T

断开警告灯在自动飞行控制系统状态通告牌上有

A/T

断开警告灯。当自动油门系统断开时，琥珀色A/T灯闪亮A/T

断开警告当自动油门断开时，红色的

A/T

灯闪亮，表示自动油门已经断开。当

A/T

处于

BITE中时，该灯也亮。警告复位按压

A/T

灯的灯罩时，ASA

将产生一个复位信号，并发送到

FCC

和自动油门计算机，并使闪亮的琥珀色

A/T

灯熄灭。自动油门断开警告出现时，再次按压该电门，可以使自动油门断开警告信号复位。6.2

自动油门的主要显示组件自动油门系统在发动机显示器上的显示信息自动油门系统在发动机显示器上的显示信息正常工作在正常工作期间，FMC

计算发动机目标

N1。FMC

将基准

N1

发送到

DEU，显示在

N1刻度盘上。6.2

自动油门的主要显示组件自动油门系统在发动机显示器上的显示信息非正常工作在非正常工作期间，当

FMC

N1

数据无效或无计算的数据（NCD）时，推力方式通告牌上显示3

条划线，基准

N1

用虚线显示，以表示在

N1

刻度盘上的基准

N1

游标不是由

FMC设置的。FMC

N1

数据无效时，可以用发动机控制板上的

N1

设置选择器在

N1

刻度盘上人工设置基准N1

游标。FMC

N1

数据是无效或无计算的数据时，A/T

计算机为两个发动机计算一个单一的

N1限制。信息“A/TLIM”显示在发动机显示器上。6.3

自动油门系统的使用自动油门的衔接逻辑A/T

计算机对传感器和

A/T

系统的性能进行检查。如果系统工作并且传感器正常，则衔接逻辑让

A/T

衔接。A/T

系统使用硬件和软件监控。如果这些监控器发现问题，则系统断开；如果某一个传感器无效，或

A/T系统无效，或飞机在地面上，或按压了自动油门断开电门，则自动油门的衔接逻辑断开。6.3

自动油门系统的使用自动油门在起飞阶段的使用03

起飞滑跑04

开始爬升01

起飞前02

起飞开始6.3

自动油门系统的使用自动油门系统在爬升阶段的使用初始爬升起飞后，当无线电高度大于400

ft

时，可以衔接自动驾驶仪，并选择一个

AFCS

俯仰方式，开始自动爬升。自动油门在起飞阶段的使用6.3

自动油门系统的使用自动油门系统在爬升阶段的使用VNAV

爬升在爬升过程中，如果选择了

VNAV（垂直导航）作为

AFCS

的俯仰方式，就进行

VNAV爬升。这是常用的AFCS

爬升方式。在

VNAV

爬升期间，AFCS

自动选择

A/T

方式是

N1，A/T控制发动机推力到爬升目标N1。自动驾驶仪使用升降舵来控制空速。LVLCHG

爬升在爬升过程中，如果选择了

LVL

CHG（高度层改变）作为

AFCS方式的俯仰方式，就进行

LVL

CHG

爬升。在

LVL

CHG

爬升期间，AFCS

将选择

N1

为

A/T方式。A/T

控制发动机推力，直到实际

N1

等于爬升目标

N1。自动驾驶仪使用升降舵来控制空速。6.3

自动油门系统的使用自动油门系统在巡航阶段的使用在巡航期间，自动油门控制发动机推力来控制空速，使飞机速度保持在

FMC

目标速度上，或

MCP

上选择的速度上。巡航阶段自动油门的使用6.3

自动油门系统的使用自动油门系统在下降阶段的使用VNAV

下降在

AFCS

VNAV

巡航期间，当飞机达到

FMC计算的下降顶点时，自动油门慢慢地将油门杆回收到后止动位。在

AFCS

VNAV

下降期间，AFCS

俯仰方式通告为

VNAV，自动油门的方式通告从MCP

SPD变为收油门（RETARD），最后变为预位（ARM），MCP板上的

N1方式开关灯熄灭，IAS/MACH

速度窗口显示空白。

DFCSVNAV

下降期间，通常油门杆在慢车位，A/T

方式是预位。AFCS

可能请求

A/T方式从预位变为

FMC

速度方式以增加推力来保持

FMC目标速度和下降速率。飞机持续下降到

FMC

高度或

MCP板选择的高度。6.3

自动油门系统的使用自动油门系统在下降阶段的使用LVLCHG

下降如果飞行员在

MCP

板上选择一个较低的目标高度，并按压

LVL

CHG

方式电门，就启动了

LVLCHG下降。在

LVLCHG下降期间，AFCS

俯仰方式通告为

MCPSPD，自动油门的方式通告从

MCPSPD

变为收油门（RET