飞行控制法则简述

. A320飞机飞行控制法则简述A320系列飞机的飞行控制计算机提供的保护法则功能增加了飞行的安全性，这些保护都是为了更好的保证飞行员能够更好的控制飞机，如果丧失了保护法则,飞行员控制飞机的难度大大增加,就会给飞行安全带来非常大的隐患，但这些保护功能并不是永远都有效，因为这些保护功能是随着飞机控制法则的变化而变化的，A320飞机电传操纵系统的控制法则有正常法则、备用法则和直接法则。1. 正常法则：在正常情况下，正常法则用于计算操纵面的偏转指令，并且还提供了全飞行包线保护。全飞行包线保护包括：过载保护、俯仰姿态保护、大迎角保护(失速保护)、超速保护、坡度保护。因为正常法则可提供这些全飞行包线保护，所以，当飞行员将驾驶指令输送至计算机后，计算机经过比较和判断，然后再向液压作动筒发出操纵指令，从而可有效防止飞机进入危险飞行状态。正常俯仰操纵法则是荷载系数的闭环操纵,并且包含飞行包线保护。正常横向控制法联合横滚比率控制,转弯协调和荷兰滚轮阻尼功能。飞机的横滚和俯仰配平依靠ELAC和SEC计算机发出控制指令进行电动操纵，他们当中的每一个计算机都可以控制飞机的两个轴。飞行控制系统中存在着实时的监控和冗余度，飞机的多个传感器、电源和液压系统保证了电动控制较高的可用性。偏航控制和可配平的水平安定面都是靠液压机械控制，这样在飞机电源暂时完全丧失时可以提供飞机在飞行中的能力，在正常情况下，方向舵的控制功能（配平，行程限制）由FAC完成。正常的俯仰操纵法则是载荷因素的闭环控制并且提供了完成的飞行包线保护功能，正常的横向操纵包含了横滚速率保护，协调转弯和荷兰滚阻尼功能。下面具体看下几个飞机舵面的控制情况：副翼：通过一个副翼加每侧机翼上的四个扰流板完成飞机的横滚操纵，副翼由侧杆手动操纵或者在自动驾驶中自动的控制。每个副翼能由两个伺服控制器提供动力，由两个ELAC计算机发出控制信号，并由不同的液压系统供压。在正常工作中，副翼的横滚功能由ELAC1和相关的处于工作模式的伺服控制器完成，ELAC2处于备用状态，其相关的伺服控制器处于阻尼模式。当主用的故障时， ELAC2和相关伺服控制器自动的接收并控制副翼，如果多重故障导致了一个副翼的两个伺服控制器的控制丢失，伺服控制器自动的转换为阻尼模式，当液压压力丧失时，这种操作方式也会自动的接通。驾驶舱中装有两个独立的侧杆控制器，侧杆控制器中包含了横滚和俯仰位置传感器、感觉机械装置和一个电磁作动支挡块，支挡块在自动驾驶仪接通时把操纵手柄锁住在中立位置。方向舵：方向舵主要是实现偏航控制， 方向舵由三个伺服作动筒作动。 方向舵伺服控制可以在以下几种情况下驱动： - 在手动模式下： 机械方式从踏板 或电动模式从侧杆和/或方向舵控制面板。 - 在自动驾驶控制模式： 从FMGECs。 方向舵由三个伺服控制器提供动力，其控制信号来自脚蹬，信号通过一个单负载通道连杆，连杆上装有一个定中弹簧装置，此装置在发证脱开时能够将伺服控制输入固定在中立的位置， 每一套踏板装有一个位置传感器。 感力装置是由一个弹簧杆设置，其零压力位置由电动配平作动器控制。 自动驾驶接通时，一个电磁阀操作的机械装置增加感觉力的门限值。两个偏航阻尼器电动液压伺服作动筒连接到一个共同输出手柄经过一个差动手柄驱动连杆。一个伺服作动筒正常的作动，另外一个被旁通，当两个作动筒都释压时，装在作动器里面的一个弹簧杆使作动器定中。最大控制行程由行程限制装置限制的空速的功能。 配平作动筒、偏航阻尼伺服作动筒和行程限制器正常情况下由FAC1控制，FAC2处于备用状态。除了他们的基本功能，配平作动器和偏航伺服作动器被用来引入自动驾驶信号。在伺服作动器中装弹簧杆和释压活门可以防止由于伺服活门的卡阻而导致的方向舵不动或者失控。升降舵：飞机俯仰控制是通过两个机械独立的升降舵来完成的，升降舵可以通过人工的侧杆来控制也可以通过自动驾驶功能进行自动的控制。每个升降舵由两个电动液压马达来驱动，其信号来自ELACs或者SEC1或者SEC2，并由不同的液压系统进行供压。正常情况下升降舵由ELAC2来控制且其相关的伺服控制处于主动状态下，其他的计算机处于备份状态且私服控制器处于阻尼模式，当一个高载荷因数指令引起伺服控制器到时速时，第二个处于备份状态的伺服控制器也会一起进行操作，当ELAC2故障时，升降舵由ELAC1控制，如果ELAC1故障，由SEC2或者SEC1来接收进行控制，当升降舵的两个伺服控制器的控制丧失时，伺服控制器自动地转换为定中模式并保持舵面在中立位置（电气控制丢失），当一个升降舵的伺服控制器的两个液压系统丢失时，阻尼模式自动的接通。侧杆控制器操作俯仰控制相似于横滚控制器。可配平的水平安定面：配平俯仰功能是通过THS来完成，在正常飞行中，可以手动模式或者在自动驾驶状态过自动模式来实现，在地面或者在飞行故障状态下也可以手动通过手轮来控制THS的配平功能。THS由一个THS作动筒来固定和移动位置，该作动筒包含一个由两个差动耦合机械伺服控制的液压马达驱动的双载荷-路径球形螺钉。球形螺钉装有一个无返回制动器，马达装有压力关断制动器。该控制回路包含一个装置，如果任一控制活门卡阻发生，此装置刹住两个压力关闭制动器。正常情况下由ELAC2伺服控制的电动马达来驱动THS作动筒，另外两个马达分别由ELAC1或者SEC1和SEC2控制。飞行员也可以经过一个机械联动装置通过控制手轮的正常移动来手动的驱动THS作动筒的移动。一个机械的超控装置使得机械操纵超过电气操纵的优先权。扰流板：每侧机翼上装有五个扰流板，这些扰流板主要完成一下几个功能。-横滚扰流板（2号到5号扰流板）-减速板（2号到4号扰流板）-地面扰流板（全部五个扰流板）侧杆可以操作横滚扰流板，减速板操作手柄可以人工操作减速板或者在自动驾驶和地面上扰流板功能自动的操作。每个扰流板由伺服控制器进行控制，这些伺服控制器通过绿系统，黄系统或者蓝系统供压，并由SEC1，2或3发出信号控制。当电气故障时，由液压保持在下位。当液压故障时，伺服控制器液压的锁定在一个方向上来防止相关的舵面的上升，当两个都故障时，对称机翼的扰流板操作会被自动的禁止。根据飞行操纵和飞行增益系统和他们的外围设备的完整性,可以使用下面所列的不同的操纵法则和有关的保护，他们在计算机执行（详见图一）。11 / 11DESCRIPTION 说明ELAC1ELAC2SEC1SEC2SEC3FAC1FAC2ROLL NORMAL LAW横滚正常规则AILERONS RUDDER副翼 方向舵（AILERONS）（RUDDER）（副翼方向舵）SPOILER3AND43和4号扰流板SPOILER55号扰流板SPOILERS 1AND 21、2号扰流板YAW DAMPER ACTR1偏航阻尼作动筒1（YAW DAMPER ACTR2）(偏航阻尼作动筒2）RUDDER TRIM方向舵配平TRIM MOTOR11号配平马达（TRIM MOTOR2）(2号配平马达）TRAVEL LIMITATION运行限制TLU MOTOR11号行程限制马达（TLU MOTOR2）（2号行程限制马达）ROLL DIRECT LAW横滚直接法则AILERONS副翼(AILERONS)（副翼）SPOILER3AND43和4号扰流板SPOILER55号扰流板SPOILERS 1AND 21、2号扰流板ALTERMATE YAW CONTROL偏航备用法则控制YAW DAMPER ACTR1偏航阻尼作动筒1（YAW DAMPER ACTR2）（偏航阻尼作动筒2）PITCH NORMAL LAW俯仰正常法则(ELEV.THSMOT2)（升降舵和THS2号马达）ELEV.THS MOT1升降舵和THS 1号马达PITCH ALTERNATE LAW俯仰备用法则(ELEV.THS MOT2)（升降舵和THS2号马达）ELEV.THS MOT1升降舵和THS1号马达（ELEV.THSMOT2）（升降舵和THS2号马达）（ELEV.THSMOT3）（升降舵和THS3号马达）PITCH DIRECT LAW俯仰直接法则（ELEVATORS）（升降舵）(ELEVATORS)（升降舵）SPEEDBRAKE CONTROL减速板控制SPOILER3AND4 3和4号扰流板SPOILERS 22号扰流板GROUND SPOILER CONTROL地面扰流板控制SPOILER3AND4 3和4号扰流板SPOILER55号扰流板SPOILERS1AND21、2号扰流板图1 飞行控制法则在每个计算机的执行情况以与涉与到的舵面和作动筒（括号里面指示相关的计算机在正常备用状态）。2. 备用法则：飞机在飞行时，可能会遇到某些系统或零件的失效，但单一的失效不会导致正常法则的失效。但多个飞行控制、液压或电源系统的失效可能会导致飞行控制法则的降级。备用法则就是一种降级的飞行控制法则。备用法则分为有降级保护的备用法则和无降级保护的备用法则，其中，有降级保护的备用法则可为飞机提供：过载保护和低速、高速的稳定性保护。而无降级保护的备用法则却只能提供过载保护。所以，在备用法则下，飞机的有些保护功能会失去。1) 俯仰备用法则：升降舵和THS实现俯仰控制，如果升降舵和THS都有效的，侧杆控制器结合优先权逻辑来实现载荷因数的控制。根据飞机飞行中的构型不同，备用法则只能使用有限的负载因数和俯仰速率的反馈，它包含了一个无法由机组人员超控的负载因数的限制以与一个备用保护功能。引起出现俯仰备用法则原因以与机组的处理措施详见图22) 偏航控制备用法则：如果横滚正常法则丢失,由FAC计算的备用偏航阻尼法则会被激活,协调转弯不在有效,备用阻尼法则在以下情况下也会被激活: 两个ADR或者两个IR 或者两个ELAC或者两个副翼或者所有的扰流板失效,或者蓝+绿液压系统低压或者俯仰正常法则丢失 如果应急电源供给飞机,在FAC1中的备用法则会被激活。备用偏航控制会限制偏航阻尼作动筒限制方向舵正负5%偏向。3) 横滚备用法则：飞机横滚功能只有直接法则，不涉与到备用法则的控制。3. 直接法则：飞机在地面时，飞机的控制法则就是直接法则。在飞行中，当正常法则、备用法则均失效后，飞机的控制法则就转换为直接法则。在直接法则下，飞机在正常法则下的所有保护功能将会失去。此时操纵面的偏转与侧杆的操纵是直接对应的，而不经过计算机处理和判断，这和传统飞行的操纵原理一样。直接法则中没有自动配平而只有人工配平，USE MAN PITCH TRIM(利用人工俯仰配平)的琥珀色信息会出现在PFD上1) 横滚直接法则:根据优先权逻辑，侧杆控制副翼和2-5号扰流板，根据当时飞机的构型，来完成对上述舵面的角度控制（失去了一些控制法则的保护功能），侧杆的偏转会直接作用到飞机的舵面。2) 俯仰直接法则：根据当时飞机的构型，侧杆结合优先权逻辑来控制升降舵的角度，俯仰配平也可以通过THS的机械控制完成。3) 偏航控制直接法则：偏航控制没有直接法则。4. 机械备份操纵：虽然A320飞机的电传操纵系统拥有正常法则、备用法则、直接法则已经非常安全可靠，但A320飞机的设计者还考虑到极其不利的情况。例如，当飞机上供电完全中断时，飞行控制计算机，将不能工作，飞机的电传操纵系统也就失效。为了保证飞行安全，在这种情况下，飞行员还可以采用机械备份操纵。这时，飞行员可通过俯仰配平手轮操纵水平安定面对飞机进行俯仰操纵。利用方向舵脚蹬操纵方向舵对飞机进行偏航操纵，使飞机的安全性得到大大提高。1) 偏航机械控制法则： 机械控制方向舵一直有效,在以下情况下会用到: 两个FAC或者两个ADR或者三个IR或者绿+黄液压系统低压或者飞机电源只有电瓶供给.注意：万一双FAC失效,在每个FAC里面有个特别的通道,当缝翼伸出时候,方向舵会被限制在低速构型.2) 俯仰机械备份控制：如果所有的电源失效或者所有的计算机故障，俯仰操纵可以通过机械配平系统（THS）来完成，四个升降舵作动筒在中立模式。A320飞机每个飞行控制计算机可能存在多个飞行控制法则，下面的图3是控制法则在计算机的分配情况与所控制的舵面。计算机法则控制ELAC配平正常法则配平备用法则配平直接法则横向直接法则两个升降舵一个THS马达两个副翼SEC配平备用法则配平直接法则横向直接法则两对扰流板两个升降舵一个THS马达FAC偏航备用法则图3计算机部控制法则的分配和操纵舵面情况俯仰正常控制-两个自测的ADR或者IR故障-第二个无自测的ADR故障（AOA不一致）-两个ELAC故障-两个液压系统故障，绿+蓝或者绿+黄-两个副翼故障或者所有的扰流板故障导致横滚正常法则丢失-THS卡阻-SFCC中两个缝翼通道故障-缝翼通道故障 两个IR故障-两个FAC计算机故障 （第二个无自测功能）-应急发电机给飞机提供电源（应急发电机运转）-两个ADR故障-三个IR故障（第二个无自测） - 两个无线度计算空速或马赫数不一致高度表故障-三个ADR故障（当起落架伸出时）俯仰备用法则减保护俯仰备用法则无保护机组动作机组动作（确认故障的ADR）（确认故障的IR且复位ELAC电门）俯仰直接法则图2.引起俯仰配平法则降级的故障与机组处理措施。下面具体分析我们公司最近几年的出现的备用法则和直接法则情况（见图5），根据我们公司出现的备用法则和直接法则的情况可以看出，大部分都是ADIRU的问题（见图4，占比45.45%），这也间接地告诉我们，在一个ADIRU出现故障需要保留的情况下，如果航材部门有航材且时间允许的情况下，尽量还是更换掉故障的计算机。如果确实时间不足或者航材无件，当天航后最好能够解决该故障。如果在飞机推出情况下，如果出现单系统方向舵配平故障或者单个FAC计算机出现问题（出现FAC1 FAULT不能放行，可以做M项消掉FAC1的警告。），最好只复位单个故障的计算机，以免出现备用法则的警告信息。另外尽量完全校准3部ADIRU后在进行试车工作（试车准备工作）。图4出现不正常法则原因占比图CLT ALTN LAW机号当天出现次数CLT DIRECT LAW机号当天出现次数原因2011/5/25616342011/5/2561632IR1和IR2故障，出现备用和直接法则。2011/11/2261632启动过程中2发启动失效，出现F/CTL ELAC 1 PITCH FAULT，后出现备用法则。2012/1/761522试车时出现，两部惯导警告信息。2012/1/1061521试车时出现，两部惯导警告信息。2012/1/1661512试车时出现，由于当时的液压油箱充气压力不足。2012/3/862292定检试车时出现。（拔出了相应的跳开关）2012/10/368502发动机启动时出现三部SEC故障。出现备用法则。2012/10/1969071发动机启动时出现三部SEC故障。出现备用法则。2012/11/2162291启动过程中出现AUTO FLT RUD TRV LIM 2，机组复位双FAC后出现备用法则。 2013/3/66900102013/3/669002空中出现三部ADR失效，造成了直接法则。2013/4/968502启动时出现，AUTO FLT FAC 2 FAULT ，机组复位双FAC后造成出现备用法则。2013/6/9694032013/6/96940206航段出现NAV ADR DISAGREE ，实为ADR2和ADR3故障，出现备用和直接法则。2013/6/2062302启动时出现，AUTO FLT FAC 2 FAULT ，机组复位双FAC后造成出现备用法则。2013/7/862302发动机启动时出现双ELAC故障2013/7/1362292关车时出现双ELAC故障2013/7/1962302期初出现方向舵配平2故障，后将两个FAC都重新开关后出现备用法则。2013/7/2062302启动时出现方向舵配平2故障，后机组将两个FAC都重置后出现备用法则。2013/8/1867282由于黄系统液压组件上的压力传感器失效，造成的发动机启动时黄、绿系统低压形成的备用法则。2013/8/2967294停场定检试车2013/10/2967302启动时出现FAC2故障，机组将FAC1和FAC2重置后出现备用法则。2013/11/15998521R1和1R3与ADR1失效2013/12/23694012013/12/2369401IR2和IR3失效图5 我们公司从2011年至今出现的备用法则和直接法则的情况与出现的原因