自动飞行控制系统(8)

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速度和方向都保持不变。飞机的平衡包括俯仰平衡、方向平衡和横侧
平衡。
在飞行中，当飞机受微小扰动(如阵风、发动机工作不均衡、舵面的
偶尔偏转等)而偏离原来的平衡状态，并在扰动消失后，不经驾驶员操
纵，飞机自动恢复到原来的平衡状态，这种特性称为飞机的稳定性。
飞机的稳定性包括：俯仰稳定性、方向稳定性和横侧稳定性。要想使
飞机在飞行中稳定，就要使飞机处于一个平衡状态中，例如：当飞机
受到外来某于扰力矩的影响使方向平衡受到破坏时，最有效的克服方
法就是利用偏转方向舵产生的方向操纵力矩来平衡使机头偏转的力
矩，从而保持飞机的方向平衡。飞机的方向平衡和横侧平衡是相互联
系、相互依赖的，方向平衡受到破坏，如不修正就会引起横侧平衡的
破坏。横侧平衡的破坏会加剧方向不平衡。
 偏航阻尼系统就是提供飞机绕立轴的稳定。飞机在飞行过程中，当
方向平衡被破坏后，偏航阻尼器控制方向舵偏转，从而抑制飞机绕立
轴的摆动，即抑制飞机的“荷兰滚"运动。保持飞机的方向平衡和方向
稳定性。
 在飞行中，由于飞机的不平衡和不稳定会使飞机出现各种运动状
态，如对于机翼带后掠角，高速飞行的飞机，当飞机受到沿偏航轴的
扰动时，如侧风干扰等，机体会产生沿其立轴和纵轴的周期性摆动，
即飞机出现左、右偏航的同时，伴随着右、左倾斜运动，这种运动称
做“荷兰滚”运动。其运动过程如下图所示。飞行轨迹呈立体状“S”
形，酷似荷兰人的滑冰动作，故被称为“荷兰滚”。它不仅严重影响飞
机乘坐的舒适性，而且对飞机的结构造成损伤，必须加以抑制。飞机
利用偏航阻尼系统来降低荷兰滚造成的影响。
 另外，对于后掠翼高速飞行的飞机，如果机身较长，在飞行过程
中会产生机身的弯曲和摆动，为了抑制这种机身结构模态振荡趋势，
提高驾驶的操纵性和乘坐的舒适性。偏航阻尼系统使用摆动的信号来
实现这种抑制，例如波音767—300型有模态抑制功能。
4．3 偏航阻尼系统

 4.3.2偏航阻尼系统的功用和基本工作原理
 在不改变飞机构型和不降低飞机性能的前提下，
通常在航向控制系统中附加一个自动控制装置一偏航
阻尼器来提高对飞机的“荷兰滚"的阻尼，
4．3 偏航阻尼系统
4．3 偏航阻尼系统
 偏航阻尼系统主要功用是由偏航阻尼器通过计算，输
出方向舵偏转信号来控制方向舵的偏转来抑制荷兰
滚，稳定飞机的航向，并对飞机的转弯起协调作用。
 现在，在大型飞机上，偏航阻尼系统通过专门的传感
器来感受机身的摆动，来实现对飞机摆动的抑制，提
高驾驶质量和乘坐舒适度。
 由自动控制理论得知，引入某变量的信号，形成反馈
回路，就可实现对该变量的稳定与控制，那么以飞机
的偏航角速度作为反馈信号，就可以稳定飞机的偏航
角速度，这就相当于增大了飞机偏航角运动的阻尼，
有效地抑制荷兰滚运动。
4．3 偏航阻尼系统
 如飞机的偏航角速度为，方向舵的舵偏角为，则偏航阻尼
器的控制规律可表示为：

其中， 为偏航阻尼器的传递系数或称为增益。
y 
4．3 偏航阻尼系统
R 
 R  K y y
y K
 由上式可知，当飞机出现偏航时，方向舵会产生一个与偏航角速
率成比例的舵偏角，此舵偏角产生的附加力矩与飞机的运动方向
相反，因此它起到了增大偏航轴上阻尼力矩的作用，抑制了飞机
的偏航运动。但只要飞机存在偏航运动，方向舵就会偏转，阻止
飞机的航向变化，这对飞机的正常转弯是极其不利的，因此需对
控制规律进行调整，使其对飞机的正常转弯不阻尼，而对飞机的
荷兰滚运动进行阻尼。具体实现是加入带通滤波器，并对增益K进
行调整。其中带通滤波器的作用就是只允许荷兰滚对应的频率信
号(大约1／4Hz)通过，不允许正常转弯对应的常值信号或机动飞
行时的低频信号通过。
 偏航阻尼器内部还有一个协调转弯电路，它用飞机的倾斜姿态
信号产生使方向舵偏转的协调转弯信号，使飞机实现协调转弯。
4.3.3偏航阻尼系统组成
 1．偏航阻尼计算机： 用来计算方向舵的偏转方向
和偏转量。在偏航阻尼器内部有速度补偿电路、带通
滤波器和协调转弯电路。速度补偿电路接受来自大气
数据计算机系统的空速信号，调节方向舵的偏转量来
适应飞机速度的改变，即利用飞机的空速来修正方向
舵偏转的大小。带通滤波器接受飞机的偏航率信号，
这一电路可以使计算机区分荷兰滚振荡和正常转弯。
偏航速率信号达到荷兰滚振荡频率才能通过滤波器，
产生阻尼荷兰滚的控制信号，但不允许正常的转弯偏
航率信号通过，以改善荷兰滚阻尼。协调转弯电路接
收来自垂直陀螺或惯导系统的倾斜姿态信号协调飞机
的转弯。
4．3 偏航阻尼系统
4．3 偏航阻尼系统
2．偏航阻尼伺服回路
 偏航阻尼伺服回路用来驱动方向舵。方向舵能被驾驶员
通过方向舵踏板或方向舵配平盘偏转。偏航阻尼系统在整
个飞行过程中都工作，它不被驾驶员的输入干扰。因此偏
航阻尼信号总是与驾驶员的输人叠加在一起。方向舵的偏
转总是偏航阻尼信号和驾驶员输人信号之和。因此系统叫
做连续偏航阻尼系统。偏航阻尼系统的输人被限制一定的
范围内，以便驾驶员能人工超控偏航阻尼系统。
4．3 偏航阻尼系统
3．速率陀螺
 速率陀螺用来测量偏航运动的变化。偏航速率陀螺
一般位于电子舱内。它可以是独立的部件也可以被集
成在偏航阻尼计算机中。来自偏航速率陀螺的信号被
计算机使用以便对荷兰滚进行阻尼。在一些飞机中偏
　
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