第一章----飞机操纵系统1教材课件

第一章第一章 飞机操纵系统飞机操纵系统第一第一节 飞机机飞行操行操纵系系统概述概述 一、飞机飞行操纵系统的功用和分类飞行操纵系统的定义：传递驾驶员的操纵指令，使各操纵面按操 纵指令偏转，实现对飞行姿态的稳定控制飞机仰俯的操纵飞机操纵系统按操纵指令的来源分为：1.人工飞行操纵系统（MFCS）2.自动飞行控制系统（AFCS）人工飞行操纵系统可分为：A.主操纵系统 主舵面B.辅助操纵系统辅助舵面 早期飞机是藉助钢索或拉杆直接操纵的。二、飞机操纵系统的发展概况（一）传统的飞机飞行操纵系统随着飞行速度和飞机尺寸、重量的 增大，飞行员体力很难操纵飞机，导 致了液压助力器的出现。可逆可逆不不可可逆逆助力操纵系统又分为可逆与不可逆操纵系统杆力模拟装置（载荷感觉器）电门A液压助力器载荷感觉器调整片效应机构 不不可逆操纵系统除可逆操纵系统除可逆操纵系统除可逆操纵系统除设计了设计了载荷感觉器载荷感觉器载荷感觉器载荷感觉器外，还配上外，还配上:1.调正片效应机构（杆力配平装置）：调正片效应机构（杆力配平装置）：调正片效应机构（杆力配平装置）：调正片效应机构（杆力配平装置）：卸除载荷感卸除载荷感觉器中的压缩位移，从而使驾驶员能松杆飞行。觉器中的压缩位移，从而使驾驶员能松杆飞行。2.力臂自动调节器：力臂自动调节器：力臂自动调节器：力臂自动调节器：解决机动飞行中因飞行高度和解决机动飞行中因飞行高度和速度变化大所引起的驾驶技术不一致的困难。速度变化大所引起的驾驶技术不一致的困难。力臂自动调节器飞行速度和高度的进一步提高，特别是超音速飞机的出现。给飞机操纵带来了极大的困难。主要表现为：1.在亚音速至超音速的飞行过程中会出现舵面铰链力矩反向，使驾驶员无法正常操纵飞机。舵偏角舵偏角舵偏角舵偏角H=H=6KmM1.02.在跨音速飞行时，机翼焦点后移，飞机3.会产生自动下俯现象而引起杆力或杆位4.移反向舵偏角舵偏角舵偏角舵偏角H=H=6KmM1.03.飞机产生单位过载 所需的平尾偏度随M数和高度的变化很大，造成杆力和杆位移随M数和高度的 变化也相当大，使驾驶员很难操纵。nyMH=H=12KmH=H=5Km 随着飞机飞行速度、高度的不断增加，飞机的动不稳定问题变得突出，于是需要在操纵系统中设置增稳系统。增稳系统：是用速率陀螺和加速度计测量飞机的振动模态，并使舵面产生相反的运 动，以提供人工阻尼的方法使振动很快衰减下来。操作权限不宜太大，只为全权限的3%6%。（二）现代飞机飞行操纵系统增稳飞行操纵系统方块图助力器 飞机 放大器速率陀螺 放大器 加速度计 舵回路增稳系统 为了克服由于增稳系统而使飞机的操纵灵 敏性变差的问题，发展了控制增稳系统。控制增稳系统：是在增稳系统的基础上 迭加来自驾驶杆的电信号，使它既起到 了增稳的作用，有增加了操纵反应能力。操纵权限可为全权限的30%。杆力传感器指令模型助力器 飞机 放大器速率陀螺 放大器 加速度计 舵回路增稳系统控制增稳系统 随着电子技术和余度技术的发展，七十年 代初，出现了电传操纵系统（FBW），并 成为飞机的主操纵系统。电传操纵系统：是控制增稳系统的必然 产物，它去掉了增稳系统的机械杆系，而改用导线，用电信号代替机械信号工 作，就成了电传操纵系统。飞机操纵系统的发展：小结：纯机械操纵系统纯机械操纵系统可逆助力器操纵系统可逆助力器操纵系统电传操纵系统电传操纵系统不可逆助力器操纵系统不可逆助力器操纵系统控制增稳操纵系统控制增稳操纵系统增稳操纵系统增稳操纵系统第二节第二节 飞机操纵系统的基本工作飞机操纵系统的基本工作原理原理一、对飞机操纵系统的要求操纵系统是一个机构传力部件，它直接 或间接感受舵面铰链力矩的变化，应具 有足够的强度、刚度、且重量轻和使用强度、刚度、且重量轻和使用 维护方便维护方便。同时它也应能给驾驶员提供 合适的杆力和杆位移。对于这一要求，一般表现在如下三个方面：（一）保证驾驶员能正常操纵飞机。包括：1.驾驶员的操纵动作必须符合人的本能反 映习惯。2.驾驶员通过驾驶杆可同时操纵副翼和升 降舵，两舵面的偏转应保证互不干扰。3.驾驶员的操纵杆力和杆位移要恰当。4.纵向、横向或航向的操纵杆力要匹配。5.操纵系统的启动力应在合适的范围内，以减轻驾驶员的疲劳或防止驾驶员无 意识动杆。6.限制操纵系统的操纵延迟。7.具有既合适又足够的即使杆力和位移，以保证舵面的最大偏转角和完成飞机 作各种机动的要求。8.操纵系统元件与其它相邻结构件之间要 保持一定的间隙，以保证操纵系统在任 何飞行状态下不被卡死。（二）具有良好的动态品质。（三）工作应十分安全可靠。典型的飞机操纵系统由中央操纵机构和 传动系统两部分组成。中央操纵机构：是驾驶员直接操纵的部 分。由手操纵和脚操纵两部分组成。手操纵机构有驾驶杆式和驾驶盘式两种 脚操纵机构有平放式和立放式两种。二、飞机操纵系统的组成和传动关系（一）飞机操纵系统的组成某型歼击机的中央操纵构减速板按钮减速板按钮刹车把手刹车把手投弹按钮投弹按钮射击按钮射击按钮驾驶杆驾驶杆升降舵升降舵传动杆传动杆限动钉限动钉方向舵方向舵传动杆传动杆脚蹬调脚蹬调整卡锁整卡锁脚蹬调整卡锁脚蹬调整卡锁 支架支架 副翼传动杆副翼传动杆脚蹬脚蹬驾驶杆式手操纵系统33O O 1 2341 2aO O 4bb驾驶盘式手操纵机构及其原理图脚蹬平放式脚操纵机构脚蹬杆脚蹬杆横杆横杆脚蹬脚蹬钢索钢索脚蹬立放式脚操纵机构脚蹬脚蹬方向舵操纵钢索方向舵操纵钢索aabb至方向舵至方向舵ba操纵系统的小片段传动系统：是从中央操纵机构至舵面之 间的那部分线系。常规的传动系统有三种结构型式：1.硬式传动系统2.软式传动系统3.混合式传动系统 软式和硬式操作系统手操纵手操纵脚操纵脚操纵软式软式硬式硬式软式软式硬式硬式升降舵升降舵升降舵升降舵副翼副翼副翼副翼方向舵方向舵方向舵方向舵驾驶杆驾驶杆驾驶杆驾驶杆脚蹬脚蹬脚蹬脚蹬 硬式传动系统：主要靠拉杆和摇臂传力。刚度大，不易变形，舵面不易引起振动 但重量大，构造复杂，系统通过机内装 备不便。软式传动系统：主要靠刚索张力传力，必 须备有两根刚索构成回路轮流受拉起作用 。重量轻，构造简单，通过性好，但刚度 小，刚索受力后易伸长变形，受温度影响 大，操纵灵敏性差。刚索在转弯处绕过滑 轮，摩擦大，易磨损，生存力也差 操纵系统的主要传动构件1.拉杆和摇臂 拉杆：由两端耳片接头和管材组成，是受 拉或受压的细长构件。由于拉杆是受拉或 压的细长构件，要考虑它抵抗总体失稳的 能力。摇臂：主要用来传递力、位移、或改变它 的大小和方向，或仅作支持用。刚度要好。各种摇臂(a)支臂支臂 (b)单臂摇臂单臂摇臂 (c)舵面操纵摇臂舵面操纵摇臂 (d)双臂摇臂双臂摇臂 (e)散臂摇散臂摇臂臂(f)平面摇臂平面摇臂弯曲弯曲不好不好拉压拉压弯曲弯曲扭转扭转好好(g)空间摇臂空间摇臂2.刚索和滑轮、刚索张力补偿器刚索：由多股钢丝编织而成，它靠张力传力。受拉易伸长，须预加拉紧力，可以减小刚索传动中产生的张力。滑轮：支持刚索或改变刚索的运动方向和力的大小。刚索、刚索接头及其连接(a)钢索的加强套钢索的加强套 (d)螺套接头螺套接头(c)带眼接头带眼接头 (g)松紧螺套松紧螺套(b)钢索与扇形块连接钢索与扇形块连接 (f)松紧螺杆松紧螺杆(e)螺杆接头螺杆接头缩紧套管缩紧套管钢索扇钢索扇形块形块圆柱体圆柱体连接杆连接杆钢索源头钢索源头滑轮和扇形轮刚索张力补偿器：由于飞机所受的外载荷以及周围气温变化很大，使机体结构与系统产生不同的变形，刚索就会变松或拉紧，即产生间隙或附加摩擦。刚索张力补偿器能始终保持刚索适当的张力。轴承：为保证操纵灵活且不被卡死，在操纵系统各交点处都安装有轴承。是标准件。刚索张力随温度变化关系曲线温度温度o张力张力(kgf)2.5 3刚索张力补偿器（二）操纵系统的传动系数和传动比传动系数和传动比是操纵系统的两个重要 的特征参数，用它来表示操纵系统力和位 移的传动关系。传动系数：是舵偏角增量与驾驶杆位 移增量x之比。常用符号k表示。k=/x （1/米）操纵系统的传动系数 xFOQrMjk=/x传动系数也可定义为驾驶杆力与舵面铰 链力矩之比:若不考虑系统摩擦力，那么驾驶员杆力 F所做的功应等于舵面铰链力矩Mj j驱动 舵面偏转所做的功：Fx=Mj j符号规定：驾驶杆前推为正，后拉为负。k=F/Mj传动系数要适当选取：k不可太大，也不可太小。通常k在如下统计值范围内选取：升降舵操纵：k=2.33.2 方向舵操纵：k=5.18.1 副翼 操纵：k=1.72.9传动比：表示驾驶杆力F与舵面操纵摇臂上的传动力Q之比值。常用n表示。n=F/Q可见，传动系数和传动比的关系为：k=F/（Qr）=n/r两者具有同样的意义，两者成正比。操纵系统是由多个摇臂用拉杆连接起来 的，所以操纵系统传动比也由各摇臂传 动比组成。Fr1r2P1r3r4r5r6r7P2P3QABCr 操纵系统中任一摇臂的传动比n：表示它主动端上的作用力与从动端上的作 用力之比，也等于从动端位移与主动端位 移之比。摇臂传动比摇臂的传动比也可由从动臂和主动臂的有效臂长之比确定:n=F1 1/F2 2=x2 2/x1 1=r2 2/r1 1=r2 2sina/r1 1 X1 X2F1F2r1r2 操纵系统的传动比操纵系统的传动比等于系统各摇臂传动 比的连乘积，也等于各摇臂从动臂有效 半径乘积与主动臂有效半径乘积之比。Fr1r2P1r3r4r5r6r7P2P3QABCr差动操纵：是当驾驶杆向前、后（或向左、右）作相同的位移时，舵面向上、下的偏转角不等的操纵。C3 C2 C1 a bBAC b0 a0 2 1 2 1 2 1操纵系统线路布置特点1.线路要短且尽量贴近机身表面，使结构紧 凑且便于维护。2.系统交点接头尽量要少，且必须布置在刚 度较强的结构件上。全动平尾操纵系统线路布置全动平尾操纵系统线路布置液压助力器的安装和传力液压助力器的安装和传力 斜加强支座斜加强支座 纵向加强型材纵向加强型材3.助力器尽量靠近舵面布置，且要有足够大 的固定支持刚度，这样可以减轻后段系统 的重量和改善助力器动态性能。典型客机副翼操纵系统214143(a)构造图(b)副翼操纵系统示意图左驾驶盘10作动筒10 右副翼左副翼配平操纵钢索配平操纵钢索钢索扇形轮钢索扇形轮双重操纵钢索双重操纵钢索钢索补偿器钢索补偿器三角力臂三角力臂钢索补偿器钢索补偿器弹簧支柱弹簧支柱3感觉弹簧支柱感觉弹簧支柱操纵系统的强度和刚度1.操纵系统外载荷 操纵系统的外载荷必须按强度规范要求 确定。操纵系统的设计载荷取安全系数 f=1.5,助力器后段取f=2.0。2.操纵系统刚度 操纵系统刚度是在驾驶杆固定情况下，产生舵面单位偏角所需施加的舵面铰 链力矩Mj j。即 C=Mj j/(NM)刚度对操纵系统十分重要，系统刚度不好就会操纵迟钝，跟随性变差，影响飞机性能的发挥；且舵面效率底，影响机动和着陆性能。操纵系统是按刚度设计的。表表1-1 民用飞机的极限操纵载荷民用飞机的极限操纵载荷极限操纵杆力CCAR23部CCAR25部最大最小最大最小纵向驾驶杆（N）驾驶盘（N）400.8267.211101330 445 445横向驾驶杆（N）驾驶盘（NM）159.8106.5445356178 178航向脚蹬（N）520.9347.31330578适用轻型飞机适用运输类飞机