飞机检测与维修实用手册 4(88)

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由于数字式电传操纵系统具有高度的灵活性，易于实现各种复杂控制律计算和多种逻辑转换功能，修改控制律也很方便，尤其在余度管理方面，远超过模拟式的精度，所以近年来数字式电传操纵系统迅速发展。装有电传操纵系统的飞机有 ’ "(,、幻影 )))、’ "(.、美洲虎等。
第二节 0人工飞行操纵系统与自动控制系统的一体化
现代飞行控制系统发展的特点之一，是人工控制与自动控制相结合。阻尼与增稳系统的出现，是人工操纵与自动控制的初步结合； )世纪 ,)年代以后，战斗机上出现了增稳系统与自动驾驶仪结合的复合系统。战斗机要求保证在任意飞行状态下，能通过自动控制将飞机改平，以提高飞机安全性。此类自动控制系统的特点是：从功能上看，既具有阻尼增稳功能，又具有稳定飞机姿态、定高、航向保持、自动配平、任意姿态下改平及低高度自动拉起等自动控制问题。从操纵方式上看，一方面增加人工操纵与自动操纵的转换装置，即在驾驶杆上装有接通 /断开自动驾驶仪开关，后又发展利用杆力开关传感器接通或断开驾驶仪，使驾驶员可方便地实现人工操纵与自动操纵的协凋转换；另一方面，在系统中考虑自动驾驶仪在某些工作状态下需要更大的舵偏角控制飞机运动，使驾驶员可根据需要接通调效机构，扩大实际舵面权限，解决阻尼与增稳系统舵面极限不足的问题。由上述可知，这种复合系统使人工操纵与自动操纵进一步协调。
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第九篇 &飞行控制系统检修
 
"世纪 "年代以来，对飞机的性能要求愈来愈高，按照常规的飞机设计方法已无法满足。例如，高速飞机的静不稳定问题，单靠气动技术无法解决。设计既可考虑自动控制系统的作用，将飞机设计成静不稳定的，利用自动控制使其稳定，形成“放宽静稳定性”这个重要的主动控制功能，并重新布局飞机外形，提高飞机性能，这样设计出的飞机叫做“随控布局飞行器”，这种飞行器包括多操纵面、多功能的复杂控制，已将控制系统和飞机结合为一个整体。他不可能由人工机械系统操纵，只能依靠电传操纵系统 所以说，电传操纵系统为利用主动控制技术：奠定了基础。
过去人工操纵系统只包含机械操纵系统，“人工”的含义是明确的，但电传操纵技术出现以后，由于自动控制渗透到整个飞行操纵系统，因而“人工”与“自动”的界线不那么清楚了。电传操纵系统中，驾驶杆输出不再是机械位移信号，而是电信号，他与自动控制系统产生的电信号综合后共同操纵舵面，所以，电传操纵使人工操纵和自动控制在功能上和操纵方式上融为一体。
"世纪 %"年代，随着计算机技术的发展，出现了数字式电传操纵和数字式飞行控制系统，而电传操纵易与火控系统、导航和推力控制系统交联形成综合式航空自动控制 将计算机控制、电子、自动控制技术与气动技术和飞行操纵技术相结合，使人、操纵系统、飞机、自动控制一体化，全面提高飞机性能，是飞行自动控制发展的必然趋势。
第三节 &电传操纵系统
一、电传操纵系统的提出
控制增稳系统虽然能兼顾驾驶员对飞机稳定性和操纵性的要求，但对飞机机动性能的提高仍是有限的，其原因主要有如下几点。

图 ’ () (*&用复合摇臂组合起来的两套系统原理图（*）控制增稳系统的舵面操纵权限有限控制增稳系统的舵面操纵权限虽比增稳系统有所增大，但为确保飞行安全，操纵权限也只有最大舵偏角的 )"+左右，很难满足整个飞行包线内改善飞行品质的要求。（）存在力反传问题无论增稳还是控制增稳系统，都是通过复合摇臂把自动控制系统和不可逆助力操纵系统组合起来的，如图 ’ () (*所示。由图可知，人工操纵时，有力传到舵机，舵机受到外来 •*’,•
第九篇 4飞行控制系统检修
 
附加力，但不影响舵机工作，舵机工作时，也有力传到驾驶杆。若驾驶员不操纵，只有舵机工作，则当舵机输出杆向左缩进时 点左移 ，"为作用在 点的驱动力。 "为作用在 点的外力（"主要来自由复合摇臂到助力器分油活门段的机械系统的摩擦力和液动力、惯性力等）。只要正点存在支反力，就必然有传向驾驶杆的力 "，此现象称为力反传。由于舵机有时工作有时不工作，或时快时慢，因此会使驾驶杆产生非周期振荡现象。
此外，还有所谓功率反传问题，是由舵机和助力器输出速度不匹配引起的。一般舵机的输出速度总是大于助力器的输出速度，因此，由舵机到助力器之间杆系的动量在助力器输入端引起的碰撞力会反传到驾驶杆，从而引起驾驶杆和助力器输入端的瞬时撞击现象。
上述力反传和功率反传都会随操纵权限的增大而增大，通过改进机械系统本身很难克服。（%）战伤生存能力低
据资料统计，在美越战争期间，由于炮火击中的机械系统致使机毁人亡事故率大于 %&’左右，这是一个相当惊人的数量。其原因是由于机械杆系的传输线分布比较集中，一旦被炮火击中，可以使整个系统失灵。由于控制增稳系统中仍保留机械杆系，所以这种系统的战伤生存能力低。
（(）结构复杂、重量重
由于控制增稳系统是在不可逆助力操纵系统基础上，通过复合摇臂叠加电气通道构成的，显然在结构复杂程度和重量方面，均大于不可逆助力操纵系统。此外，机械系统存在间隙、摩擦等非线性与弹性变形，致使难于精确传递微小操纵信号。
由上述可知，产生这些缺点的根本原因在于控制增稳系统中存在机械杆系。飞机设计者们在 )&世纪 *&年代末期就提出了一种全新方案— ——电传操纵系统（ +）。 ,&年代中，计算机和微处理机的发展以及控制理论和余度技术的日趋成熟，为实现全电气操纵创造了有利条件，而余度技术的成功应用标志着飞行控制系统在安全可靠性上的突破，最终使在飞机上应用纯电传操纵系统成为现实。
二、余度技术
不论是军用还是民用飞机，安全飞行是至关重要的，安全飞行的关键是飞机的操纵系统应工作可靠。在原飞机机械操纵系统的基础上发展成为电传操纵系统，关键问题应是保证系统有足够的可靠性，并且应不低于机械操纵系统的水平。美国军用标准、操纵系统设计规范 -./— 0 1(1&2对飞机操纵系统的可靠性做了一些具体规定。但是在当时的技术条件下，单通道的飞控系统是无法实现所规定的飞行安全可靠性指标的。解决这个问题有两种途径：一种途径是进一步提高元部件的可靠性，但这是有限的；另一种有效的方法就是利用 )&世纪 ,&年代出现的余度技术，来显著提高飞行控制系统的可靠性，即用多重可靠性较低的、相同或相似的元部件组成可靠性较高的系统，使飞控系统达到甚至超过机械操纵系统可靠性水平，一般称这样的系统为冗余系统。根据可靠性理论计算，系统余度数目，与最大损失概率之间的关系如图 1所示。由图可知，若 +具有四余度，则故障率可满足要求，即不低于不可逆助力操纵系统可靠性。目前，国内外多采用四余度或自监控的三余度电传操纵系统。余度技术的成功应用迅速导致飞机主动控制技术进人了使用阶段，使电
　
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