民用飞机电传操纵系统设计浅析作者：张大伟来源：《科技创新导报》2011年第30期 摘 要:电传操纵系统是从上世纪蝴蝶螺母
80年代开始在民用飞机上逐步推广使用的飞行操纵系统,它取代了以钢索传动为特征的机械操纵系统,重量更轻,安全性更高。阐述了电传操纵系统的优缺点,并对飞行操纵系统设计的关键问题进行分析,汽结构给出了电传操纵系统的控制律设计和余度设计的基本要求。希望为民用飞机电传操纵系统的设计和研发提供参考与借鉴。 关键词:民用飞机 电传操纵系统
中图分类号:V249.1 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)10(c)-0056-02
飞机操纵系统是驾驶员用来操纵飞机上各操纵面实现飞机姿态、航迹控制的系统。早期,飞机的主操纵系统只是简单的机械操纵系统。驾驶员移动驾驶杆或脚蹬,通过由连杆、摇臂、滑轮和钢索等组成的机械传动机构操纵舵面。随着飞机尺寸和重量的增加,飞行速度的提高,使得飞机舵面上产生了较大的铰链力矩,驾驶员难以用简单的机械操纵系统操纵飞机。为了克服舵面铰链力矩,20世纪s60240年代末开始出现了液压助力器,实现了飞机的助力操纵洗衣机面板[1]。
然而,到了20世纪60年代,水煮纺大飞机性能要求越来越高,以机械操纵为主体的控制增稳系统已无法满足要求,炫富弟并且由于机械系统中存在着摩擦、间隙和弹性变形,精微操纵信号传递问题始终难以解决。飞机设计者们便提出了一种全新的设计方案——电传操纵系统。
1 电传操纵系统简介
电传操纵系统是取代机械操纵系统的电飞行控制系统。它实质上是一种全权限的控制增稳系统。电传操纵系统是将驾驶员发出的操纵指令转换成电信号,并与飞机运动传感器反馈回来的信号综合,经过计算机处理,把计算结果通过电缆传输到自主式舵机的一种飞行控制系统[2]。电传操纵系统是完全取代机械操纵系统对飞机实施全时间、全权限操纵的控制增稳系统。
电传操纵系统主要由指令装置、传感器、飞控计算机和作动器等组成,并且一般电传操纵系统都采用余度备份系统,即为完成规定功能而设置的重复架构、备件等[3]。
2 电传操纵系统的优缺点
2.1 电传操纵系统主要的优点
(1)实现“无忧虑操纵”。通过迎角控制和侧滑角抑制可以实现失速和分离的自动保护。通过自动限制法向加速度和滚转角速度可以避免机体应力过大。
(2)易于改善飞机的飞行品质,实现整个飞行包线内操纵品质的优化。在飞行包线内飞机飞行速度和高度变化范围很大,为了使飞机在不同高度、不同速度下飞行性能都能达到最佳的需要,电传操纵系统可以很容易实现控制律参数按M数、高度及速压变化自动调节。
(3)减轻飞机重量,推重比增大,飞机的飞行速度和高度范围扩大,相应的使用包线扩大。
(4)操纵中没有因摩擦引起的滞后,可减少维修量,而且还可以通过放宽静稳定性、阵风减载、机动载荷控制、机翼和机身结构振型的阻尼及颤振抑制等主动控制技术提高飞机的性能。
(5)更容易对系统所采用的前馈、反馈及补偿滤波特性进行修改和调整,以满足宽范围的飞行任务和飞行品质的要求,即实现多任务、多模态的可调整的控制功能。
2.2 电传操纵系统主要的缺点
(1)电传操纵系统是一种高性能、高增益系统,因而由于种种原因容易产生飞行员诱发振荡。
(2)设计成本较高,软件系统复杂,维护难度大。
(3)电传操纵系统包括的电子设备多,系统易受雷击、电磁脉冲的干扰。
3 电传操纵系统的几个关键问题
电传操纵系统直接影响到飞行任务的完成和飞行安全,在电传操纵系统设计时,有许多问题需要特别的重视,主要有:
(1)进场着陆控制律的设计。进场着陆控制律对于保证飞机安全着陆是极其关键的。影响进场着陆的因素很多,例如时间延迟、杆力与杆位移特性、短周期阻尼比、闭环频率响应特性和轨迹响应特性等。通过对控制律的精心设计,可以有效地改善进场着陆的飞行品质,从而可确保进场着陆的飞行安全。
