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时间:2011-02-10 15:42来源:蓝天飞行翻译 作者:admin
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(%)为提高飞机机动性、放宽静稳定度要求、设计新型的高性能飞机提供了可能性。由于控制增稳操纵系统具有上述主要优点。所以,在高性能歼击机上广泛采用这种操纵系统。
正因为控制增稳操纵系统中有机械通道,由此带来一些不可克服的缺点。如机械通道中有许多相当重的连杆、摇臂以及变臂机构和其他联动装置,其重量约 "&&&’左右,这是相当大的数,且占据空间大。由于机械杆系存在非线性(间隙、摩擦)和弹性变形,这样很难实现传递微小精确的操纵信号。如果再考虑到电气通道中增益不是相当大,控制增稳系统的操纵权限不是全权限,故该系统对飞机稳定性和操纵品质的改善是有限的。这些缺点将严重地影响飞机性能的继续提高,为此,人们在该系统基础上又发展了电传操纵系统。
第六节 (电传操纵系统
控制增稳操纵系统能兼顾飞机稳定性和操纵性的要求,从而能较好地发挥正常型(静稳定的)飞机潜在的机动性。但因该系统的增益不是相当大,电气通道的操纵权限不是全权限,而且没有可靠的安全措施,故对飞机稳定性和操纵品质的改善是有限的。再考虑到控制增稳操纵系统(包括增稳操纵系统)是在不可逆助力机械操纵系统基础上发展而来的,这种系统的驾驶杆与助力器间存在一套相当复杂的机械杆系,由此带来一些不可逾越的缺点,如占据空间大等等。显然,这些缺点会限制设计师根据飞行任务需要设计出最佳的气动布局,以提高飞机的性能。为此,电传操纵系统得到了发展。
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本节以一个典型的纵向模拟式电传操纵系统作为例子,介绍电传操纵系统的组成及其对飞机稳定性和操纵品质的作用。也简单地介绍了电传操纵系统中的安全可靠性与余度技术。最后叙述了电传操纵系统的优缺点。
一、电传操纵系统的提出
控制增稳操纵系统的主要优点是能兼顾驾驶员对飞机稳定性和操纵性的要求。解决了飞机在向高速、高空、高性能发展中稳定性和操纵性间的矛盾,使飞机的性能有很大提高。但它仍然存在以下问题。
()控制增稳操纵系统是在不可逆助力操纵系统基础上,通过复合摇臂迭加电气通道而组成的,在重量和结构复杂程度上均比不可逆助力操纵系统高,这会对飞机设计造成很大困难,且也影响其性能提高。
(")控制增稳系统对舵面的操纵权限是有限的。
()系统会产生力反传。
()战伤生存力低。
%&年代中期,计算机和微处理器小型化为解决上述问题创造了有利条件,与此同时现代控制理论和余度技术日趋成熟,使得去掉控制增稳操纵系统中的机械杆系、增大增益、将操纵权限扩展为全权限,从而构成电传操纵系统成为可能。
二、电传操纵系统中可靠性与余度技术
实现电传操纵的关键在于安全可靠性,过去对安全可靠性没有量的概念,只有在可靠性理论发展之后,才有定量的可能。那么现今所采用的不可逆助力操纵系统的安全可靠性指标是多少呢?
显然,可靠性指标只能来自实践。据美国空军 年期间(’%(—’)(年)的外场安全数据统计与分析可知,作为 *,,"类飞机的代表 + ,飞机,由于操纵系统故障引起的飞机损失率为 &-.%架 / &&&&&次飞行,由于液压系统故障引起的飞机损失率为 &-.架 / &&&&&次飞行,二者损失率为 &-(’架 / &&&&&次飞行。
0 ,.",1 , .和 1 , 等类飞机在十年间没有因为操纵系统或液压系统的故障造成飞机的损失,但造成过事故,其事故率分别为 &-&..架 / &&&&&次飞行和 &-&&(架 / &&&&&次飞行。可以看出这类飞机的可靠性是比较高的,这是因为在这些飞机上空勤人员的救生措施与歼击机相比较为薄弱,此外可能携带核武器,一旦飞机失事可能产生灾难性的后果。所以,必须保证这类飞机有较高的可靠性。
此外,还对飞机未完成规定任务的概率进行了统计。对全机来说由于各组成部分的故障,使飞行任务失败的概率为 &-& /每次飞行。其中由于操纵系统的重大故障,而中断飞行任务的仅占十分之一。所以,因操纵系统故障而使飞机中断任务的概
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率为 "  每次飞行。
通常,用飞机损失(即指操纵系统处于 %级工作状态)概率来表示飞行安全可靠性指标。若以美国军用规范 &’( )* )+,+-为例,由操纵系统故障引起的飞机最大损失概率 .应为:
对类飞机 / .012 )3 每次飞行
对 ’,",类飞机 .02 )3 每次飞行
飞行安全可靠性指标通常是以飞行小时为单位来计算的。美国空军十年的统计资料表明, 类飞机每次飞行的时间约为 4" 35;类飞机( *),)每次飞行时间约为 " 45,由此可得
对类飞机 / .0"672 )3 飞行小时
对 ’,",类飞机 .047"12 )3 飞行小时
对电传操纵系统安全可靠性提出的指标,一般在(" 2 )3 8" 2 )+)飞行小时范围内。
所以,目前世界各国均定 "2 )3 飞行小时作为电传操纵系统的可靠性指标。但单通道电传操纵系统的故障率只有 "2 )9 飞行小时。为了保证电传操纵系统的可靠性至少不低于机械操纵系统。所以,需要采用余度技术,即引入多重系统。
据可靠性理论计算,系统的多余度数目, 7与最大损失率 .间的关系,如图 7 )6 ) 4所示。

图 7 )6 )4/多余度数目与最大损失率间关系图由图可知,若电传操纵系统具有四余度,则故障率可满足要求。正因为它的可靠性不低于不可逆助力操纵系统,所以电传操纵系统得到迅速发展。
所谓采用余度技术就是引入多重(套)系统来执行同一指令,完成同一项工作任务。多重系统也称余度系统。图文 7 )6 )4是四余系统简图。由图可知,杆力传感器、速率陀螺、加速度计和计算机均有四套,图 7)6 )4多余度数目与最大损失率间关系图此外,这种系统应满足如下三个条件:
()对组成系统的各个部分具有故障监控、信号表决的能力。
(7)一旦系统或系统中某部分出现故障后,必须具有故障隔离的能力。
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()当系统中出现一个或数个故障时,它具有重新组织余下的完好部分,使系统具有故障安全或双故障安全的能力,即在性能指标稍有降低的情况下,系统仍能继续承担任务。
 
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