飞机主要系统简介.ppt

第十章飞机系统简介 10 1飞行操纵系统 10 2飞机液压系统 10 3飞机燃油系统 10 4飞机座舱空气调节系统 10 5飞机防冰系统 回总目录 10 1飞行操纵系统 概述 10 1 1主操纵系统 10 1 2辅助操纵系统 10 1 3液压助力器 概述 飞行操纵系统指的是传递驾驶员在驾驶舱内发出的操纵指令 驱动舵面或其它有关装置 从而实现对飞机各种飞行姿态稳定的控制的系统 飞行操纵系统是飞机的重要组成部分之一 操纵系统工作的好坏直接影响到飞行性能的发挥与飞行的安全 飞行操纵系统按其功用与操纵特点分为主操纵系统和辅助操纵系统 10 1 1 10 1 1主操纵系统 主操纵系统操纵的是升降舵 方向舵和副翼这三个主操纵面 实现飞机的俯仰 航向和倾侧姿态操纵 主操纵系统通常由中央操纵机构和传动系统两部分组成 10 1 1 1 1 10 1 1 1中央操纵机构 中央操纵机构指的是由驾驶员直接操纵的部分 中央操纵机构位于驾驶舱内 包括手操纵机构和脚操纵机构两部分 手操纵机构 手操纵机构用于操纵升降舵和副翼 升降舵操纵和副翼操纵各自独立 也即动作不相互干扰 飞机的手操纵机构通常有两种型式 驾驶杆式驾驶盘式 驾驶杆 驾驶杆式手操纵机构多用于小型飞机 驾驶盘 驾驶盘式手操纵机构常用于大型飞机 空客的手操纵机构 空客飞机的手操纵机构采用了 驾驶杆 侧杆 的形式 即副翼用侧杆进行操纵 脚操纵机构 脚操纵机构用于操纵方向舵 脚操纵机构通常也有两种型式 即平放式和立放式 平放式通常和驾驶杆配合使用 而立放式则多与驾驶盘相配合 10 1 1 1 2 驾驶杆 盘 和脚蹬都装有机械限动装置 以防止舵面的偏转超过极限要求 脚蹬机构还装有可以调节前后距离的装置 以适应不同身材的驾驶员的需要 大型运输机的驾驶舱内往往安排有两套并列的操纵机构 即驾驶杆 盘 和脚蹬都是双套的 10 1 1 2 1 10 1 1 2传动系统 传动系统的功用 将驾驶员的手 脚作用在中央操纵机构上的力 位移 速度传递到舵面 使舵面的偏转角和偏转速率与操纵量相对应 因此操纵系统的灵敏度 准确性及安全性在很大程度上取决于传动系统 10 1 1 2 2 传动系统的类型 传动系统按其组成与工作特点可分为 软式传动 硬式传动 混合式传动 软式传动 1 钢索滑轮和扇形轮 软式传动系统的主要元件 钢索 1 钢索由多股钢丝拧制而成 因钢索只能承受拉力而不能承受压力 所以需构成双回路才能实现双向操纵 驾驶杆 升降舵 副翼 方向舵 脚蹬 钢索 2 钢索受拉易产生弹性伸长 使系统产生 弹性间隙 从而使操纵面的偏转滞后于操纵的动作 即操纵灵敏度降低 为提高软式操纵的灵敏度 可对钢索施加预张力使其绷紧 并在钢索中间加装松紧螺套来调节此预张力 滑轮和扇形轮 滑轮用胶木或铝合金制成 用以支持钢索和改变传力方向 扇形轮多用铝合金制成 其除了具有滑轮的作用外 还可以改变力的大小 软式传动 2 软式传动系统的特点 系统构造简单 重量较轻 可以很方便地改变走向 操纵跟随性较差 灵敏度较低 钢索绕过滑轮处摩擦力较大 易磨损 硬式传动 1 传动杆摇臂导向滑轮 硬式传动系统的主要元件 驾驶杆 升降舵 副翼 脚蹬 方向舵 传动杆 传动杆又称拉杆 用铝合金或钢管制成 承受拉或压力 杆的两端装有接头 其中一端通常是可调节的 接头中通常装有滚珠轴承以减小摩擦力和消除间隙 传动杆 检查孔 接耳 保险螺帽 轴承 摇臂 摇臂由铝合金制成 按其功能可分为单摇臂 双摇臂和复合摇臂三种 用以支持传动杆 改变传动力的大小或改变传动力的方向 导向滑轮 导向滑轮的作用是支持传动杆 增加传动杆的中间支点 一般由几个小滑轮及支架组成 硬式传动 2 硬式传动系统的特点 刚度大 灵敏性好 连接转弯处摩擦力较小 生存力较高 结构复杂 重量大 通过性较差 混合式传动 混合式传动系统指的是为了兼备软式与硬式传动系统的特点 在同一架飞机上有的舵面采用软式传动 而有的舵面采用硬式传动 10 1 2 10 1 2辅助操纵系统 辅助操纵系统操纵飞机的增升装置 减速装置 调整片等辅助操纵面 主要是为了改善飞机的某一方面的性能 辅助操纵与主操纵的主要不同点在于辅助操纵面往往需要保持在规定的位置上 因此需要有特殊的掣动装置或自掣机件等 辅助操纵可采用液压 冷气 电力或机械等不同型式 驾驶员操纵的可以是手轮 手柄或电门等 10 1 3 1 10 1 3液压助力器 助力器指的是以其他动力协助驾驶员驱动舵面的装置 助力器 助力器的功用 使驾驶员操纵省力 降低劳动强度 10 1 3 2 根据助力器所使用的动力不同 常见的助力器有液压助力器和电动助力器 飞机上运用最广泛的是液压助力器 而电动助力器一般只用作应急操纵 助力器的种类 助力操纵系统的型式 有回力助力操纵系统无回力助力操纵系统 有回力助力操纵系统 有回力助力操纵系统又叫做可逆助力操纵系统 在有回力助力操纵系统中 为克服舵面铰链力矩所需的总操纵力由驾驶员所施加的力和液压助力器所施加的力叠加而成 即驾驶员操纵舵面的力只是总操纵力的一部分 而这部分操纵力可以为驾驶员提供操纵感觉 图 无回力助力操纵系统 无回力助力操纵系统也称不可逆助力操纵系统 在无回力助力操纵系统中 克服舵面铰链力矩所需的操纵力全部由液压助力器提供 而驾驶员施加的力仅用来带动液压助力器的分油活门 为了给驾驶员以应有的操纵感觉而不致因感觉错误而发生错误的操纵 在无回力助力操纵系统中采用了载荷感觉器 图 助力操纵系统 有回力 无回力 10 2飞机液压系统 概述 10 2 1液压传动原理 10 2 2液压系统的组成 概述 1 液压系统指的是用液压泵来提高液压油的压力 用高压油液来推动飞机某一部件工作的系统 液压传动与机械传动相比 在输出功率相同时重量较轻 结构紧凑 易于安装 而且操纵效率较高 传动稳定 易于控制 因此现代飞机许多部件都采用了液压传动 概述 2 B737 300 400 500飞机的液压系统 10 2 1 10 2 1液压传动原理 假设面积为A1的小活塞上作用的力为F1 则其上产生的油液压力为p F1 A1 根据巴斯卡原理 如果容器是密闭的 此压力将以同样的大小传给面积为A2的大活塞 并产生推力 F2 pA2 F1 A1 A2 10 2 2 10 2 2液压系统的组成 液压系统的基本组成部分有 能源部分 液压油泵控制部分 控制活门执行部分 作动筒和液压马达辅助装置 能源部分 由发动机或电机带动 为液压传动系统提供具有一定压力和流量的油液 将机械能或电能转换为液压能 液压油泵的功用 液压油泵的常见类型 齿轮泵柱塞泵叶片泵 齿轮泵 主动轮 从动轮 柱塞泵 叶片泵 控制部分 控制活门也叫控制阀 其功用是控制和调节液压系统中油液流动的方向 压力和流量等 控制活门的功用 方向控制活门 控制活门 流量控制活门 压力控制活门 换向活门 溢流活门 卸荷活门 压力顺序活门 压力转换活门 简单节流活门 单向节流活门 均流活门 定容积活门 定流量活门 单向活门 控制活门的种类 执行部分 将液压油的压力能转变为机械能而传动其他部件 其中 作动筒 产生机械线位移 当作动筒用于飞行主操纵系统时又称为助力器 液压马达 产生机械角位移 执行部分的功用 作动筒 液压作动筒是利用油液压力克服负载 包括摩擦力 和利用油液流量维持运动速度 以输入压力和流量换取输出力和速度 即将液压能转换为机械能 最常见的液压作动筒是活塞式的 其基本组成有外筒 带杆活塞 进出油接头以及密封 调节装置等 常用的作动筒的结构型式有 单向作动筒 单向作动筒 从作动筒的一头进油 活塞向一边输出 无液压 即回程 时靠弹簧作用 双向作动筒 双向作动筒 作动筒的两头都可以进油 可进一步分为单活塞单杆式和单活塞双杆式 双向三位置作动筒 双向三位置作动筒 作动筒有三个进油口 活塞杆对应地有三个停留位置 常见类型作动筒 液压马达 液压马达输出的是转速与扭矩 以驱动工作构件实现旋转运动 液压马达在工作原理上与液压油泵是可逆的 辅助装置 液压系统的辅助装置包括 储压器 液压油箱 工作介质 液压油 油滤 导管 储压器 1 储压器又称蓄能器 是能储存一定压力油的钢制薄壁容器 储压器 储压器的主要功用 给间歇工作的液压系统提供峰值流量 以减小液压油泵的容量 当主供压系统失效时 作为应急能源应急供油 储压器作为系统的辅助液压源 其功用是 储压器 2 储压器的常见形式 隔膜式气囊式活塞式 储压器根据其储压方式不同 分为 隔膜式储压器 气囊式储压器 活塞式储压器 液压油箱 1 液压油箱的主要功用 保证飞机在各种飞行状态下都能正常地给液压系统提供足够的油液 接收回油 贮存油液 排除气体 以防止油泵进口低压而导致管路气塞 沉淀污物以及消散热量 液压油箱 2 液压油箱的组成 飞机的液压油箱通常用铝合金材料制成 10 3飞机燃油系统 概述 10 3 1燃油 10 3 2燃油系统的基本组成 10 3 3加油与放油 概述 飞机燃油系统的主要功用是贮存飞机所需的燃油 并保证在一切可能的飞行姿态和工作条件下 按照要求的压力和流量连续可靠地向发动机供油 燃油系统的功能包括加油 储油 供油 放油 通气 显示等 此外 燃油还可以用来冷却飞机上的其它设备和平衡飞机等 10 3 1 10 3 1燃油 航空燃油主要指供活塞式发动机使用的汽油和供喷气式发动机使用的喷气燃料 喷气燃料又有三类 即汽油型 煤油型和宽馏份型 10 3 2 10 3 2燃油系统的基本组成 按飞机燃油系统的功用和要求 其主要工作附件包括 燃油箱燃油泵燃油滤控制活门 燃油箱及其通气 1 燃油箱的功用就是贮存燃油 飞机上的燃油大多存放于机翼和机身内的燃油箱中 民用飞机尤以机翼内为多 燃油箱由不与任何航空燃油发生化学反应的材料制成 燃油箱的功用 B737飞机的油箱 A320飞机的油箱 燃油箱及其通气 2 燃油箱的结构型式 硬油箱软油箱整体油箱 硬油箱 硬油箱以铝合金壳体加带孔隔板的型式最为常见 一般用张紧带固定在飞机的承力结构上 有的硬油箱外面还加有由多层非金属材料制成的自封套 软油箱 软油箱用耐油橡胶 帘子布 非耐油胶层等胶合而成 也可用尼龙织物制成 中间用硬铝箍圈支撑 软油箱一般装在中央翼盒内或装在与其外形相适应的油箱舱内 通过销钉 扣环等固定 较大的软油箱在其中间还装有支撑隔板 整体油箱 整体油箱也称结构油箱 就是利用飞机的部分结构空间加以密封直接作为油箱 整体油箱不仅充分利用了飞机的结构空间 减轻了重量 而且储油量大 所以广泛应用于现代大中型飞机 燃油箱及其通气 3 燃油箱通气系统的主要功用一是保证飞机在各种姿态下油箱与大气相通 加油时排出油箱内空气 避免正压与气泡 耗油时让空气进入油箱 防止真空负压而影响供油 同时导出油箱内的燃油蒸汽 防止形成高压爆炸条件 燃油箱的通气 图 油箱通气 燃油泵 燃油泵的基本条件是流量大 压力小 同时应工作可靠 重量轻且外廓尺寸小 工作寿命长 燃油泵的基本条件 燃油泵的常见类型 飞机燃油系统的燃油泵按其工作可分为增压泵 超控泵 引射泵 转输泵及搜油泵等 燃油滤 飞机燃油管路的油滤有粗细两种 粗油滤主要滤去燃油中的机械杂质 油滤的下部有放油开关 飞机在地面时可放出沉淀 细油滤主要滤去燃油中的细杂质及水分 一般装于燃油系统的较低处 飞行后打开放油开关放出所沉淀的水分 粗油滤 细油滤 控制活门 燃油管路的控制活门的功用是控制油箱向发动机供油 主要有油箱选择活门 断流活门和交输活门等 10 3 3 10 3 3加油与放油 10 3 3 1飞机加油 10 3 3 2飞机放油 10 3 3 1 10 3 3 1飞机加油 飞机加油包括 地面加油地面加油又有重力加油和压力加油两种方式 空中加油 重力加油 重力加油时 燃油在重力的作用下经燃油箱上部的加油口流入油箱或油箱组 这种方式适用于载油量较少的轻型飞机 在用压力加油的大 中型飞机上 一般也设置重力加油系统 作为备用加油或补充加油措施 压力加油 压力加油是靠加油车的压力进行加油 压力加油比重力加油速度快 加油点集中 能自动控制油面 所以得到了广泛的应用 图 地面加油 空中加油 空中加油 采用空中加油一方面可以增加飞机的航程和续航时间 另一方面还可以减小起飞时的重量 缩短起飞滑跑距离 增大有效载重 10 3 3 2 10 3 3 2飞机放油 飞机放油分为 空中应急放油地面放油放沉淀 主油箱油槽放油活门 中央油箱放油活门 均压油箱油槽放油活门 均压油箱放沉淀活门 空中应急放油 1 当飞机的起飞重量大于最大允许着陆重量 而飞机起飞不久就需要迫降时 在起落架 发动机或操纵系统等重要部件带故障着陆时 什么时候需要空中放油 空中应急放油 2 空中应急放油的方式 空中应急放油有重力自流放油和油泵压力放油两种方式 放油口一般在翼根襟翼附近或靠翼尖的副翼附近 重力放油由人工操纵打开比油箱低的放油活门 油箱燃油经放油活门及放油口排出机外 油泵压力放油由应急放油电门接通输送泵 将油箱燃油送入放油管 同时打开放油活门 无输送泵的油箱则接通增压泵 燃油从供油管经放油活门放出 地面放油 地面放油的目的是为了便于维护和修理飞机 地面放油可以是利用应急放油系统来实现 也可以是用加油车来抽汲 放沉淀 放沉淀的目的是放出燃油里沉淀出的水分及杂质 通常由装在管路和油箱最低处的放沉淀开关来实现 10 4飞机座舱空气调节系统 概述 10 4 1对飞机座舱空气调节系统的要求 10 4 2座舱空气调节系统 概述 1 现代大 中型旅客机的巡航高度一般在7000 10000米左右 飞机在高空飞行气象条件较好 风速与风向稳定 保持相对空速时 发动机消耗的燃料比低空时少 航程可相应增大 经济性提高 但高空飞行时的低压 缺氧和低温使人体难以承受 因此现代飞机都采用了气密座舱加座舱空气调节系统 概述 2 座舱空气调节系统的功用是在飞行高度范围内 向座舱供给一定压力 温度的空气 并按需要调节 保证机上人员的舒适与安全 10 4 1 10 4 1对飞机座舱空气调节系统的要求 10 4 1 1对座舱空气压力的要求 10 4 1 2对座舱空气温度与湿度的要求 10 4 1 3对座舱通风换气的要求 10 4 1 1 10 4 1 1对座舱空气压力的要求 对飞机座舱空气压力的要求包括 对座舱内空气压力的要求 对座舱内空气压力变化速度的要求 对座舱余压的要求 压力要求 座舱内压力的大小用座舱高度表征 座舱高度指的是座舱内空气的绝对压力所对应的海拔高度 试验得出 舒适的座舱高度为0 2400米 安全座舱高度为3000米 最大座舱高度不超过4000米 压力变化要求 座舱压力的变化速度对应于座舱高度的变化速度 试验得出 旅客机座舱压力的降低速度应在0 16 0 32mmHg s范围内 而座舱压力的增大速度应在0 135 0 18mmHg s范围内 所对应的座舱高度变化速度分别为 上升时每分钟小于500呎 2 67m s 下降时每分钟小于300呎 1 65m s 余压要求 余压指的是座舱内外的压力差 飞机机身的结构强度对座舱余压有一定的限制 旅客机的座舱余压一般控制在0 3 0 6Kg cm2 4 27 8 53PSI 10 4 1 2 1 10 4 1 2对座舱空气温度与湿度的要求 对飞机座舱空气温度的要求 旅客机在空中的座舱空气温度要求在15 27 范围内 现在一般都选择在21 3 因此飞机在高空飞行时需要加温 而在低空飞行时视季节 地域的不同有时需要降温有时则需要加温 10 4 1 2 2 对飞机座舱空气湿度的要求 低空空气湿度大 而高空空气湿度低 因此座舱空气湿度也需要控制 试验得出 当飞行小时 4小时 客机座舱的低湿度不会引起乘员的明显不适症状 而当舱内人员较多时 由于乘员的呼吸会使舱内湿度加大 所以对空调引气必须进行除水处理 10 4 1 3 10 4 1 3对座舱通风换气的要求 通风换气主要是为了保证座舱空气压力 温度及空气新鲜的要求 旅客机座舱换气次数每小时不能少于25 30次 且地面通风时座舱内空气流速不应超过1m s 在空中座舱内空气流速不应超过0 2m s 个人通风咀气流速度不超过3m s 10 4 2 10 4 2飞机座舱空气调节系统 10 4 2 1座舱空气调节引气系统 10 4 2 2座舱空气温度调节系统 10 4 2 3座舱空气压力调节系统 10 4 2 1 1 10 4 2 1座舱空气调节引气系统 为了调节座舱压力与温度并保证通风换气 必须向座舱供给具有一定压力 温度和流量的空气 现代旅客机座舱空气调节系统的供气主要来源于发动机压气机引气 直接利用从燃气涡轮发动机压气机引出的具有一定压力和温度的压缩空气 不仅控制简便且能减轻系统重量 10 4 2 1 2 10 4 2 1 3 在起飞 爬升和大部分巡航飞行时间内 中小型飞机从低压压气机引气 大型客机一般从中压压气机引气 当高空 低速飞行压力不足时 中小型飞机可从中压级 或高压级 引气 大型客机则从高压级引气 有辅助动力装置的飞机 在发动机出现故障时 辅助动力装置也可供气 图 10 4 2 1 4 引气管路中装有压力调节器 可根据空调的需要调节供气压力调节 调节的基本方法是改变引气活门的开度 在引气管路或调温系统中装有温度传感器 当引气超温时 控制信号经作动器关小或关断引气活门 在引气管路的下游还装有供气量调节装置 以保证座舱空调所需要的空气量 图 10 4 2 1 5 大型飞机发动机的功率大 引气温度高 一般在引气管路中还装有预冷器以降低引气温度 预冷器为空气式热交换器 主要通过调节进入预冷器的风扇空气量来控制预冷器出口温度 图 引气系统 3 4 5 10 4 2 2 1 10 4 2 2座舱空气温度调节系统 飞机气密座舱与周围环境间的热量经对流 辐射 导热等多种途径进行交换 舱温则随热交换量变化 座舱空气温度调节系统的功用主要是按选择的舱温来调节和控制进入座舱的供气温度 10 4 2 2 2 来自引气管路的引气进入调温系统经加热或制冷后变为热路空气与冷路空气 由温度控制器根据机组选择的舱温及温度传感器感受的座舱和供气管路的实际温度所发出的信号调节冷 热管路的进气活门的开度 供给座舱一定流量和温度的冷 热混合空气 使舱温保持在要求的范围 图 空调系统 10 4 2 2 3 调节好温度的混合空气经分配管路进行分配 客机座舱空气分配包括主管道空气分配和个人通风调节 约20 的空气供给驾驶舱 其余的供给客舱 10 4 2 2 4 客舱主管道空气分成两路 一路空气经客舱顶部分配管道从天花板供气口进入客舱 另一路经客舱地板两侧管道从行李架下面的侧壁供气口进入客舱 单个 个人 通风咀可向旅客面部和身上供给凉风和热风 通风咀可按需要调节风量和风向 图 空气分配 10 4 2 3 1 10 4 2 3座舱空气压力调节系统 座舱空气压力调节系统的功用是按规定的压力制度调节座舱压力 满足预先所选择的余压 座舱高度以及压力变化速度的要求 确保乘员舒适安全 10 4 2 3 2 飞机座舱空气压力与供气量 排气量及漏气量有关 座舱压力的调节是通过改变座舱单位时间内的排气量来实现的 压力制度 所谓座舱压力制度即座舱空气绝对压力 或座舱高度 随飞行高度的变化规律 又称座舱压力调节规律 客机座舱常用的压力制度有三种 而现代大型客机一般都采用曲线3所示的压力制度 飞行剖面 根据飞机的飞行任务以及所选定的压力制度 可得飞机的飞行剖面图 10 5飞机防冰系统 防冰系统 1 在7000 10000米的现代大 中型旅客机的巡航高度 大气温度都在0 以下 因此在飞机的迎风部位将会产生结冰 所以 现代飞机都有防冰系统 以防止结冰给飞机飞行带来危害 飞机防冰包括防止结冰与除去结冰两个方面 防冰系统 2 飞机结冰类型及其引起原因如下表所示 防冰系统 3 常见的飞机结冰部位及其防冰方法如右表所示 图 防冰系统 4