《飞机系统与附件》课件-5.飞行操纵系统

5.1飞行操纵系统概述飞机飞行性能乘坐品质

飞机

安全性飞机上的主要系统之一飞行操纵系统概述飞行姿态乘坐品质

气动外形飞行操纵系统定义操纵系统定义及分类飞机上所有用来传递操纵指令,驱动舵面运动的所有部件和装置总合

用于控制飞机飞行操纵系统定义操纵系统定义及分类控制飞行姿态飞行轨迹驾驶员操纵各舵面和调整片飞机绕纵轴横轴立轴旋转飞行操纵系统定义操纵系统定义及分类飞行三姿态:横滚飞机绕纵轴转动俯仰飞机绕横轴转动偏航飞机绕立轴转动飞行操纵系统定义操纵系统定义及分类飞行操纵系统三环节:中央操纵机构传动机构驱动机构飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类飞行操纵系统分类方法:操纵信号来源

信号传递方式

驱动舵面运动方式飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类根据操纵信号来源飞机飞行操纵系统人工飞行操纵系统自动飞行控制系统系统本身产生操纵信号驾驶员发出操纵信号飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类自动飞行控制系统自动驾驶仪发动机油门自动控制结构振动模态抑制系统

对飞机实施自动和半自动控制协助驾驶员工作或自动控制飞机响应扰动飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类

根据信号传递方式操纵信号传递方式机械操纵系统电传操纵系统飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类机械操纵系统操纵信号由钢索、传动杆等机械部件传动B737B747飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类电传操纵系统操纵信号通过电缆传递飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类

根据驱动舵面运动方式驱动舵面运动方式简单机械操纵系统助力操纵系统飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类简单机械操纵系统又称：无助力操纵系统依靠驾驶员体力克服饺链力矩驱动舵面运动飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类简单机械操纵系统分为软式操纵系统硬式操纵系统飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类简单机械操纵系统构造简单主要由驾驶杆、脚蹬、钢索、滑轮、传动杆、摇臂等组成飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类助力操纵系统实现助力操纵液压助力器电驱动装置飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类

根据驱动舵面类型操纵系统主操纵系统辅助操纵系统飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类主操纵系统副翼操纵升降舵操纵方向舵操纵副翼副翼升降舵方向舵飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类俯仰偏航滚转飞行操纵系统分类操纵系统定义及分类协调配合主操纵系统作动辅操纵系统增升装置扰流板操纵水平安定面配平操纵对操纵系统的要求操纵系统定义及分类实现飞机的经济性，操纵系统应满足:重量轻制造简单维护方便具有足够的强度和刚度……对操纵系统的特殊要求操纵系统定义及分类1驾驶员手、脚操纵动作与人类运动本能相一致

前推驾驶盘，机头下俯，飞机下降

驾驶盘向左转，飞机向左侧倾斜

踩右脚蹬，机头应向右偏转操纵系统定义及分类对操纵系统的特殊要求2驾驶杆可操纵升降舵可操纵副翼纵向或横向操纵时互不干扰操纵系统定义及分类对操纵系统的特殊要求3脚操纵机构可调节以适应不同身材的需要操纵系统定义及分类对操纵系统的特殊要求4驾驶员

感受过载大小

有合适的杆力和杆位移的感觉杆力脚蹬力和脚蹬位移操纵系统定义及分类对操纵系统的特殊要求5驾驶杆（或脚蹬）从配平位置偏转时，操纵力应均匀增加

力指向与偏转方向相反操纵系统定义及分类对操纵系统的特殊要求6操纵驾驶杆力（或脚蹬力）随飞行速度增加而增加随舵面偏转角度增大而增大操纵系统定义及分类对操纵系统的特殊要求7操纵系统的启动力应在合适范围内飞机在飞行中，舵面开始运动时所需的操纵力操纵系统中的摩擦力预加载荷操纵系统定义及分类操纵系统中对操纵系统的特殊要求8环节和接头数量最少接头处活动间隙量小系统应有足够刚度操纵系统定义及分类对操纵系统的特殊要求9在中央操纵机构附近有限偏转角度止动器操纵系统定义及分类飞机停在地面上时，为防止舵面被风吹坏，所有舵面应用“锁”来固定。对操纵系统的特殊要求105.2中央操纵机构与传动系统中央操纵机构中央操纵机构、传动系统驾驶员手脚直接操纵中央操纵机构飞机主操纵系统手操纵机构脚操纵机构中央操纵机构中央操纵机构手操纵机构驾驶杆式手操纵机构前推或后拉驾驶杆可操纵升降舵驾驶杆绕轴线a—a转动经传动杆1和摇臂1等构件传动中央操纵机构手操纵机构左右压杆①驾驶杆绕轴线b—b转动②扭力管和摇臂2随之转动③经传动杆2等构件传动④可操纵副翼驾驶杆式手操纵机构中央操纵机构手操纵机构驾驶杆式手操纵机构驾驶杆式手操纵机构操纵升降舵和副翼，但两者不会互相干扰不妨碍被操纵舵面的动作单独操纵某一舵面另一舵面不随之偏转中央操纵机构驾驶盘式手操纵机构驾驶盘操纵通过内部齿轮传动装置扭力管万向接头带动副翼操纵钢索轮驾驶杆内扭力管转动提供操纵副翼的信号中央操纵机构驾驶盘式手操纵机构前推或后拉驾驶盘驾驶盘操纵可操纵升降舵能保证操纵升降舵与操纵副翼时互不干扰中央操纵机构驾驶盘式手操纵机构两种手操纵机构相比(驾驶杆构造较简单)便于驾驶员一手操纵驾驶杆，一手操纵油门手柄不便于用增大驾驶杆倾斜角度的办法来减小操纵副翼时的杆力中央操纵机构驾驶盘式手操纵机构驾驶盘式构造较复杂可通过增大驾驶盘转角使操纵副翼省力这时使副翼偏转一定角度所需的时间要相应增长中央操纵机构驾驶盘式手操纵机构前者多用于,机动性较好,操纵时费力较小/装有助力器的飞机操纵时费力较大而机动性要求较低的中型和者大型飞机后者多用于中央操纵机构侧杆操纵机构“侧杆操纵器”简称“侧杆”一种输入力信号输出电信号的小型侧置手操纵机构中央操纵机构侧杆操纵机构代替前后、左右摆动发出互不干扰的电信号通过电传操纵系统使飞机产生纵向和横向运动这种手操纵机构驾驶杆（驾驶盘）中央操纵机构侧杆操纵机构代替这种手操纵机构驾驶杆（驾驶盘）具体结构、力特性驾驶员生理特点、操纵感觉和飞机操纵性能相关中央操纵机构侧杆操纵机构侧杆操纵器重量轻、空间尺寸小改善驾驶员观察仪表的工作条件克服重力加速度给驾驶员带来的不必要困难中央操纵机构侧杆操纵机构操纵时侧杆的位移和舵面偏转角一一对应机长和副驾驶的操纵信号舵面上产生叠加效果中央操纵机构脚操纵机构脚蹬平放式脚操纵机构有脚蹬平放式和脚蹬立放式两种蹬脚镫时只作平移而不转动中央操纵机构脚操纵机构立放式脚蹬通过传动杆和摇臂等构件的传动使方向舵偏转左右脚镫动作协调,一个脚镫向前另一个向后中央操纵机构脚操纵机构脚蹬前后位置调整设备脚蹬

其他装置适应不同身材驾驶员需要调整脚蹬前后位置中央操纵机构脚操纵机构驾驶杆（盘）和脚蹬的限动装置脚蹬其他装置限制驾驶杆（脚蹬）最大活动范围控制舵面最大偏转角以符合规定可调整的限动装置应在调整好的位置上保证确实锁紧(或保险丝保险)中央操纵机构防止可能因错误调整/装配舵面附近(使舵面偏转角超过规定、产生危险)限动装置传动系统舵面或助力器传动机构：操纵机构信号传送简单机械操纵系统中传动由一些机械机构完成称传动机构传动系统助力操纵系统和电传操纵系统中传动由一些机构和部件组成

传动装置

传动系统传动系统机械式传动机构机械传动机构某些飞机采用混合式传动机构软式传动机构硬式传动机构传动系统软式传动机构中：操纵力只能靠钢索张力传递两根钢索构成回路轮流起作用一根主动，另一根被动必须满足传动系统软式传动优点构造简单尺寸较小重量较轻容易绕过机内设备传动系统软式传动缺点钢索刚度较小受力易被拉长、操纵灵敏度变差、飞行中舵面易产生颤振钢索转弯处绕过滑轮较大摩擦力容易磨损传动系统硬式传动机构中：操纵力由传动杆传递,传动杆受到拉力/压力传动杆金属管件制成刚度较大传动机构中的饺接点可用滚珠轴承减小传动机构摩擦力、消除间隙传动系统硬式传动机构优点较佳的操纵灵敏度飞行中舵面不易振动硬式传动生存力较大尤其副翼(一边传动杆完全损坏，另一边副翼可进行横向操纵)传动系统硬式传动机构缺点传动杆难“绕”过飞机内部设备，需要大量饺接使构造复杂化整个系统重量加大（必须使传动杆不与发动机

的使用转速发生共振现象)混合式

传动机构兼有硬式和软式的优点和缺点传动系统电传操纵系统机械传动系统的缺点始终难以解决精微操纵信号的

传递问题弹性变形机械传动系统摩

擦间

隙传动系统机械传动系统的缺点20世纪70年代初实现电传操纵系统取代不可逆助力操纵系统成为新型操纵系统形式传动系统机械传动系统的缺点（电传操纵系统是控制增稳系统发展的

必然产物）把操纵权限全部赋予控制增稳系统电信号替代机械信号工作机械系统处于备用地位“准电传操纵系统”传动系统机械传动系统的缺点（电传操纵系统是控制增稳系统发展的

必然产物）把备用机械操纵系统取消“纯电传操纵系统”简称“电传操纵系统”传动系统为使电传操纵系统有不低于机械传动系统的可靠性机械传动系统电传系统保证电传系统可靠性釆用余度技术、引入多重系统（可靠性较低)(可靠性较高)(据可靠性计算，若电传操纵系统具有四余度，则故障率可满足要求)电传系统的可靠性问题传动系统电传操纵系统：现代技术发展的综合产物电子技术、计算机科学的发展可靠性理论、余度技术的建立电传系统

奠定基础余度系统电传操纵系统在现代民航飞机中获得广泛应用赋予较高安全可靠性传动系统变换为电信号经过

计算机处理计算结果通过电缆（导线）输送给操纵面作动器对飞机进行

全权限操纵

的一种人工飞行操纵系统驾驶员发出的操纵指令与飞机运动传感器返回来的信号综合电传操纵系统传动系统电传系统的可靠性问题电传系统节省操纵系统设计和安装时间消除机械操纵系统中使操纵系统重量轻、体积小摩擦、间隙，非线性因素，飞机结构变形的影响等传动系统电传系统的可靠性问题光纤技术和数字式电传操纵系统发展未来飞机上将出现光传操纵系统缺点：从而避免这些缺点成本较高、易受雷击、电磁脉冲波干扰影响5.3典型飞机操纵系统之主操纵系统主飞行操纵系统与辅助操纵系统的区别人工飞行操纵系统主操纵系统辅助操纵系统主操纵系统：指驱动副翼、升降舵和方向舵，使飞机产生围绕纵轴、横轴、立轴转动的系统主飞行操纵系统与辅助操纵系统的区别辅助操纵系统：其他驱动扰流板、前缘装置、后缘襟翼和水平安定面配平等辅助操纵面的操纵系统辅助操纵系统主操纵系统操纵力、位移主飞行操纵系统与辅助操纵系统的区别辅助操纵面位置驾驶员指示器或指示灯辅助操纵系统操纵面被操纵到需要的位置后不会在空气动力作用下返回原来位置主操纵系统副翼操纵系统特点飞机副翼饺接在机翼外侧的后缘副翼系统操纵飞机的绕纵轴飞行运动主操纵系统一侧机翼的副翼向上运动一侧机翼的副翼向下运动两个机翼上产生升力差使飞机滚转滚转操纵主操纵系统①输入机构特点现代民航飞机釆用并列式操纵机构一个驾驶盘卡阻后，另一个驾驶盘仍能转动两个驾驶盘不是固定连接保证飞机的横向操纵主操纵系统并列式柔性互联驾驶盘操纵机构左副翼互联鼓轮和副翼操纵鼓轮都与左驾驶盘扭力轴固定连接右副翼互联鼓轮空套在右驾驶盘扭力轴上右驾驶盘通过扭力弹簧与右副翼互联鼓轮连接主操纵系统转动左驾驶盘，通过互联鼓轮和扭力弹簧，使右驾驶盘跟着转动转动右驾驶盘，通过扭力弹簧、互联鼓轮，使左驾驶盘同时转动左、右驾驶盘刚性连接主操纵系统机长右驾驶盘卡阻不转此时只能通过左钢索系统操纵副翼操纵左驾驶盘转动扭力弹簧力感觉定中机构中的感觉力左驾驶盘卡阻不转副驾驶克服扭力弹簧力，操纵右驾驶盘转动主操纵系统右驾驶盘转过一定角度摇臂接触到空行程挡块驱动扰流板控制鼓轮转动操纵飞行扰流板进行应急横侧操纵主操纵系统②副翼感觉和定中机构与副翼配平助力操纵系统中，驾驶员感觉力副翼感觉和定中机构驾驶员操纵副翼，感觉和定中机构提供感觉力副翼配平作动器改变副翼和驾驶盘的中立位置，以实现配平没有输入，驾驶盘回位到中立位置主操纵系统驾驶盘转动凸轮随扭力轴转动推动滚轮离开凸轮近心点使弹簧拉伸为驾驶员提供模拟感觉力主操纵系统驾驶员松开驾驶盘滚轮回到凸轮近心点推动凸轮回转使系统回到中立位配平操纵期间副翼配平作动器使支架移动弹簧保持滚轮在凸轮的近心点带动凸轮一起转动主操纵系统给副翼助力器输入信号同时带动驾驶盘偏转到新中立位操纵力为零驾驶员能够松杆飞行驾驶盘顶部有副翼配平指示器移动副翼产生滚转力矩维持飞机的气动力平衡主操纵系统③副翼和扰流板联动增加副翼操纵效能转动驾驶盘超过一定角度，副翼上偏一侧的飞行扰流板打开协助副翼进行横向操纵扰流板配合副翼偏转升降舵操纵系统飞机升降舵铰接于水平安定面后缘驾驶员靠驾驶杆的前后移动操纵升降舵使飞机绕横轴做俯仰运动升降舵操纵系统自动驾驶仪接通自动驾驶作动器输入信号升降舵操纵系统回传到驾驶杆使驾驶杆移动自动操纵升降舵水平安定面配平时和马赫配平时，升降舵也要相应偏转升降舵操纵系统①升降舵输出扭力管特点升降舵扭力管将升降舵助力器的动力输岀到升降舵摇臂提高升降舵操纵的可靠性单助力器输入时的操纵平衡性升降舵操纵系统②升降舵感觉和定中机构升降舵采用动压载荷感觉装置具有弹簧式感觉定中机构特性将空速信号引进到感觉定中机构中随飞行速度增加,驾驶员感觉力增加真实模拟舵面饺链力矩驾驶员准确控制飞机升降舵操纵系统③马赫配平飞行速度增大到机翼上出现局部超声速区与局部激波时机翼后段的升力增大总升力作用点后移飞机的低头力矩增大升降舵操纵系统驾驶杆不随马赫数增大而减小推杆力飞机自动下俯现象飞机将自动减小迎角升力也随之减小飞机自动进入下俯状态升降舵操纵系统马赫数配平装置是一套自动控制装置飞行马赫数达到自动下俯数值操纵升降舵向上偏转一个角度避免自动下俯现象方向舵操纵系统方向舵安装在垂直安定面后缘方向舵操纵系统提供飞机偏航操纵驾驶员蹬踏方向舵脚蹬操纵飞机使其绕垂直轴做偏航运动方向舵操纵系统操纵飞机转弯，不能只操纵方向舵，副翼和升降舵协调转弯操纵①协调转弯平衡飞机转弯时产生的离心侧滑力使飞机横向倾侧一定角度机翼升力提供向心力平衝转弯离心力方向舵操纵系统飞机侧倾升力在垂直方向上的分量会减小，造成飞机高度下降抵消飞机下降趋势转弯时向后轻拉驾驶盘使飞机迎角增加飞机协调转弯方向舵操纵系统飞机方向舵操纵系统中装有偏航阻尼器②偏航阻尼器作用：及时根据飞机姿态的变化操纵方向舵，防止产生荷兰滚偏航阻尼器驱动方向舵的偏转角小于脚蹬操纵的方向舵偏转角方向舵操纵系统当升力大于重力的时候有规律的大幅度摇摆机翼从后面看飞机就像钟摆一样从上面看就是蛇行路线的现象荷兰滚5.4典型飞机操纵系统之辅助操纵系统辅助操纵系统操纵襟翼、扰流板、调整片等增升、增阻及水平安定面配平、方向舵配平等系统辅助操纵系统辅助操纵系统前缘装置增生装置民航飞机增升装置包括前缘襟翼、缝翼后缘装置一般为后退式开缝襟翼辅助操纵系统根据飞机状态收起、伸出伸出位工作中：前缘装置和后缘装置相配合,由襟翼手柄控制起飞位置着陆位置辅助操纵系统襟翼操纵后缘襟翼放出时，起到增加升力的作用，导致飞机实际迎角增大，使飞机易

发生失速前缘装置常作为后缘襟翼的

随动装置(前缘装置随后缘装置工作而作动)增生原理为

避免

出现失速辅助操纵系统放出时左、右两侧襟翼放出角度不同襟翼有

不同步保护

和

过载保护

两种保护方式（不同步保护一般仅在正常工作方式下发挥作用）不同步保护是后缘襟翼放出的角度大襟翼操纵系统会自动切断襟翼的工作防止不同步的进一步扩大出现不同步辅助操纵系统用于保护襟翼结构防止过大的气动载荷损伤襟翼过载保护(在襟翼驱动机构中设置襟翼载荷限制器)后缘襟翼处于完全放出位置时如果某时刻空速突然超过预定值后缘襟翼会自动收进一个稍小的角度防止襟翼结构承受过大的气动载荷辅助操纵系统有一个襟翼位置指示前缘襟翼、缝翼在收上位置，所有灯熄灭前缘装置移动时，过渡灯亮前缘装置移动到伸出位置，伸出灯亮前缘装置指示器面板有一个测试电门，按压电门时，所有指示灯亮（指示襟翼状态）前缘缝翼在完全伸出位置，完全伸出灯亮辅助操纵系统扰流板扰流板：帮助副翼进行

绕纵轴

的飞机操纵民航飞机每侧机翼上表面装有多块扰流板飞行扰流板扰流板在工作时均向上升起作为减速板：着陆/中断起飞期间，降低升力、增加阻力地面扰流板辅助操纵系统地面扰流板只能在地面起减速作用通常只有两个位置

立起位和放下位作动装置为普通双向单杆液压作动筒辅助操纵系统飞行扰流板飞行扰流栃可在地面使用，也可空中使用可减凍，也可协助副翼完成滚转操纵可提高飞机横侧操纵效能，防止副翼反效辅助操纵系统副翼操纵系统可在飞行时对飞行扰流板进行操纵使飞行扰流板配合副翼完成

滚转操纵驾驶盘转动角度较小时,飞行扰流板不放岀向右转动驾驶盘超过一定角度时配合副翼操纵飞机绕纵轴向右侧滚转右侧飞行扰流板放出配合副翼操纵辅助操纵系统当空中减速时，扰流板也可辅助副翼进行

横侧操纵在地面操纵减速手柄所有扰流板放出在空中操纵减速手柄

左、右侧飞行扰流板同时放出通过操纵

减速手柄

实现,位于中央操纵台左侧飞机减速辅助操纵系统水平安定面配平现代大中型民航飞机

纵向尺寸大,飞行重心纵向位移量大若重心偏前或偏后量过大

单靠升降舵不能完全实现纵向操纵大多数飞机水平安定面的安装角可调节,实现飞机

纵向配平辅助操纵系统速度配平系统（STS）是一种